水泥-粉煤灰-水玻璃注浆材料强度影响因素试验研究

为研究不同配比水泥-粉煤灰-水玻璃注浆材料结石体抗压强度的变化规律,在正交实验设计原则指导下,确定了影响浆液性能的水固比、粉煤灰掺量、水玻璃添加比例三个因素以及各因素的水平,设计了正交实验方案,测试了结石体抗压强度。通过极差和方差分析了各因素对抗压强度的影响规律,最终得出水固比0. 8∶1、粉煤灰掺量20%、水玻璃添加比1%的浆液结石体强度性能最好。采用多元非线性回归法建立结石体28d强度与三因素之间定量关系的基础上,分析浆液固化过程和结石体SEM图像,阐明了三因素对结石体强度的影响机理,认为粉煤灰掺量超过20%会减少氢氧化钙(CH)六方晶体的析出,水固比的增大会稀释浆液,直接导致浆液凝结速度变缓,水玻璃添加比过大一方面会导致浆液凝结过快,其他物料不能充分反应,另一方面会抑制氢氧化钙(CH)的生成,导致强度降低。     

水玻璃模数的调节与计算

水玻璃是矿建工程中的常用材料,也是注浆工程的主要材料,常用来配制浆液、拌合塑胶泥等。水玻璃的性能对所配制的浆液和拌合的塑胶泥的性能有很大影响,特别是影响这些配合物的凝固时间,从而对整个注浆工艺造成影响。所以,在注浆施工现场对所购进的水玻璃性能要有准确的了解。反映水玻璃性能的主要指标是其浓度和模数。水玻璃的浓度可以由加水量调配,较易控制和掌握。而水玻璃的模数则需要通过试验和计算方能了解并可调制到所需要的参数数值。本文就水玻璃模数的调节、试验和计算方法作一介绍。     

矿渣粉黏土水泥复合浆液主要性能试验与分析

注浆法是解决施工中出现突水、涌泥问题的主要方法,而注浆材料的选择又是关键因素。对矿渣粉黏土水泥注浆浆液的黏度、流动性、析水率及立方体抗压强度进行试验研究,再与纯水泥浆液的性能作对比分析。试验结果表明,复合浆液的最佳配合比为:水胶比0.75,水泥替代率20%(即矿渣粉掺量10%,黏土掺量10%)。此时,复合浆液的黏度为30.34 s,流动性为135.25 mm,析水率为1.44%;3,7和28 d三个龄期结石体的抗压强度分别为5.865,9.263和14.351 MPa。     

松散软岩巷道锚注支护注浆材料配比试验研究

对于松散、整体强度极低的砂砾岩巷道,采用锚注支护是一种经济、有效的措施,注浆材料及适宜的浆液配合比的确定是其中一个重要环节。通过对水泥浆、超细水泥浆和水泥水玻璃浆进行的一系列浆液性能室内试验,探寻了水灰比和掺合比对浆液性能的影响规律。根据试验结果对比分析,水灰比为0.8的普通硅酸盐水泥浆和体积比1∶1水灰比0.8∶1的水泥水玻璃浆液对松散软弱砂砾岩巷道进行现场注浆试验和锚注支护较为适宜。     

粉煤灰水泥注浆材料主要性能试验研究

粉煤灰水泥注浆材料在采空区治理方面应用广泛,其主要性能直接关系到注浆充填实施和效果。通过室内试验,探讨了不同水固比、固相比、水玻璃掺量与浆液黏度、浆液初凝时间、浆液结石率、浆液结石体抗压强度之间的相互关系。试验表明,水固比1∶1.2～1∶1.5、固相比3∶7、水玻璃占水泥含量2%或3%情况下,注浆体凝结后,结石率均在75%以上,7d单轴抗压强度均在2MPa以上,满足工程需要。     

低黏度水玻璃化学注浆材料试验研究

为解决煤矿深部基岩段微裂隙和孔隙性含水地层注浆困难的问题,对溶液型水玻璃化学注浆材料进行了研究。采用正交试验研究了水玻璃模数、水玻璃体积分数、乙二醇二乙酸酯体积分数对浆液胶凝时间、黏度及浆液固砂体抗压强度的影响。正交试验表明:影响浆液胶凝时间最显著的因素为乙二醇二乙酸酯体积分数;影响浆液黏度及固砂体抗压强度最显著的因素皆为水玻璃体积分数。试验结果表明:采用乙二醇二乙酸酯作为水玻璃的胶凝剂可以得到结石体强度较高(约1MPa)、胶凝时间可调(5~30 min)、黏度较低(≤6 mPa.s)的新型水玻璃浆液。     

矿渣-粉煤灰注浆材料的性能与微观结构研究及优化

为研究矿渣-粉煤灰注浆材料的宏观性能与微观结构,利用正交试验和极差分析方法对矿渣-粉煤灰注浆材料进行了测试,研究了水玻璃模数、碱固比、水灰比、矿渣粉煤灰比等因素对浆液流动度、表现黏度、析水率、凝胶时间、28 d抗压强度等物理和力学性能的影响规律。通过扫描电子显微镜(SEM)分析了注浆材料微观结构和宏观性能之间的联系。结果表明：水灰比对浆液的物理力学性能有明显的影响,水灰比与浆液流动度、凝胶时间、析水率呈正相关,与表现黏度、抗压强度呈负相关;水玻璃模数主要影响凝胶时间,二者呈正相关;碱固比主要影响析水率,二者呈负相关;矿渣与粉煤灰的比值对流动度和强度有较大的影响,随着比值的提高,浆液流动度和强度升高。利用矩阵分析法得到了料浆配比的优选方案：矿渣∶粉煤灰为7∶3、水玻璃模数2.0、碱固比4%、水灰比0.9。矿渣-粉煤灰注浆材料充分利用工业废渣,现场工程应用效果良好,研究结果为该材料的工程应用提供了参考。     

矿用MDI-50型聚氨酯加固材料的制备及性能研究

聚氨酯注浆加固材料在煤矿井下使用过程中需保证其力学强度及降低材料注浆过程的反应温度，因而针对添加阻燃剂和通过化学反应以改变材料结构的阻燃改性方法研究极其重要。为了有效提升聚氨酯加固材料力学性能和阻燃性能，在聚氨酯加固材料B组分中引入异氰酸酯和扩链剂预聚工艺，有效合成MDI-TMP加成物，从而整体提高硬段交联程度。通过红外光谱、万能力学试验机和热重、凝胶渗透色谱研究预聚温度对MDI-50型聚氨酯加固材料力学性能和阻燃性能的影响。研究结果表明：最高反应温度、抗压强度和拉伸强度随预聚反应温度增加而升高，预聚温度为80℃时所制得的聚氨酯加固材料力学性能最佳；极限氧指数主要由阻燃剂添加量决定，预聚体的结构对其影响不大。MDI-50型聚氨酯加固材料的反应速率可调，反应温度上升平缓，凝结后具有较高的力学性能，可满足聚氨酯注浆材料在煤矿加固应用的要求。     

3种典型水玻璃浆液在黄土中的凝胶特征

结合黄土地区工程需要,通过试验,分析比较了水玻璃单浆和水玻璃氯化钙浆液在黄土中的固化情况、水玻璃和乙酸乙酯浓度对水玻璃乙酸乙酯浆液凝胶时间的影响、水泥水玻璃浆液强度在饱和黄土中随时间的变化规律等.试验结果对黄土地区注浆工程有一定的参考价值.     

3种典型水玻璃浆液在黄土中的凝胶特征

结合黄土地区工程需要,通过试验,分析比较了水玻璃单浆和水玻璃氯化钙浆液在黄土中的固化情况、水玻璃和乙酸乙酯浓度对水玻璃乙酸乙酯浆液凝胶时间的影响、水泥水玻璃浆液强度在饱和黄土中随时间的变化规律等。试验结果对黄土地区注浆工程有一定的参考价值。     

水玻璃参数对改性聚氨酯注浆材料稳定性的影响

目前煤矿井下采掘工作面应用较多的注浆加固材料主要是聚氨酯类和水玻璃改性聚氨酯类材料,但后者因材料本身不燃、反应温度低等优势,逐渐成为最广泛的工作面超前注浆加固材料,但该材料在实际注浆中经常出现双组分中白料分层现象。为达到加固效果,并确保施工安全。探究了水玻璃中关键参数对白料体系稳定性的影响,如模数、波美度和铁离子含量;记录了不同参数下白料的析出量,且利用分光光度法测定了样品的铁离子含量;同时,利用傅里叶红外光谱剖析了析出物质的主要成分。结果表明:3.3高模数水玻璃极易造成体系凝胶,模数2.4、2.7对体系析出量影响不大,最终均造成4.0～5.0 mm的析出。但模数2.4的稳定性相对较好,且相同参数不同厂家水玻璃品质差异较大,其中2.4HP-50样品早期析出相对缓慢,1—7号样品铁离子质量分数为0.006 5%～0.035 0%,其中6号棕褐色样品铁离子质量分数最高,达0.035%。但铁离子含量与析出量无正相关关系,不是影响体系分层的主要因素。3—6号样品析出物红外谱图基本一致,可判定析出物质成分相同,经进一步特征峰分析,发现析出主要是甘油和催化剂。因此,体系析出主要因胺类催化剂打破了水玻璃胶体电荷平衡,依据相似相溶理论,醇胺类催化剂将甘油一起带出体系造成白料分层。     

复杂地层钻进中可控复合浆液的研制

复杂地层钻进中常用的注浆材料需要良好的时间可控性和固结体强度,因此研制一种可控时间、增加固结体强度、效果良好的注浆浆液是有意义的。针对以上问题,利用正交试验的方法研制了一种复合注浆材料。在不饱和聚酯中添加水泥及引发剂、促进剂使浆液在要求时间内固化,最终配方的固化时间为62 min,抗压强度为32.6MPa。该浆液作为化学浆液具有可注性好、浆液粘度低、能注入到细微裂隙中的优点,固结体强度高,并且塑性性能良好,由于在浆液中添加了水泥,降低了成本,较之一些化学浆液有一定的优势。     

本煤层瓦斯抽采钻孔注浆材料优化试验研究

针对本煤层瓦斯抽采钻孔周边裂隙多、注浆效果差、抽采浓度低等问题,对注浆封孔机理及注浆液性能进行了分析,并通过13125本煤层钻孔注浆材料配比优化试验,得出高水材料注浆时间为水泥浆液单孔注浆时间的65%;高水注浆材料单孔成本最高仅为水泥注浆单孔成本的79%;高水材料注浆效果优于水泥注浆效果,最佳注浆配比为水料比9∶1。     

橡胶-粉煤灰基矿井底板裂隙注浆材料性能的试验研究

目前针对千米深井高水压、易突水等难题,提出了“疏水降压、注浆加固”矿井防治水技术,这要求注浆材料具有“高强度、强稳定、易流动、低成本”等性能。“高强度”可以通过添加纳米增强材料来达到;“强稳定”可以通过优选易固结、难分散原材料,调整拌和条件来实现;“稳流动”可以通过调整添加原料粒径,增加界面摩擦性来实现;“低成本”可以选用现存亟待处理的大规模工矿固废产物,辅以少量添加剂来实现。针对存在的上述问题,以注浆加固煤层底板为目标,以大规模利用工矿废弃物为方向,通过利用废弃轮胎橡胶颗粒、粉煤灰与黏土为主体材料,辅以少量外加剂,采用正交试验方法,对固废注浆充填材料的基础性能开展试验研究。分析了不同橡胶颗粒掺量与外加剂的影响,得出了其对注浆结石体的流动度、力学性能、矿井水环境下稳定性、抗渗性能与微观结构性能的影响。研究结果表明：当橡胶颗粒掺量为20%、粉煤灰掺量65%、黏土掺量15%,纳米二氧化硅掺量为固体粉料掺量的1%时,注浆浆体的流动度为293 mm,注浆结石体的28 d抗压强度为11.7 MPa,结石体的抗渗压力为0.8 MPa,所得试验结果能够满足现场注浆加固需求,对大规模底板裂隙注浆加固具...     

低黏度超细水泥浆液配比试验研究

为配制1种高效注浆的低黏度超细水泥浆液,以超细水泥,减水剂和超细粉煤灰为试验材料,采用正交试验方法,通过SPSS软件处理试验数据,分析水灰比、粉煤灰和减水剂对浆液的黏度、结石体强度、析水率和密度的影响规律,从而得到最优的浆液配比。结果表明:水灰比是影响考核指标的主要因素;随着减水剂掺量的增加,28 d强度和浆液密度无显著变化,但黏度持续降低,7 d强度增强,析水率增高;随着粉煤灰掺量的增加,黏度下降,7 d强度增强,但对28 d强度、析水率和密度的影响不显著;当水灰比、减水剂掺量和粉煤灰掺量分别为1∶1、0.25%、25%时为浆液最佳配比。     

聚氨酯基注浆加固材料大样反应温度及释放气体试验研究

注浆加固材料在预防和解决井下煤（岩）体冒顶、片帮等问题时具有独特作用,而聚氨酯和硅酸盐改性聚氨酯是应用最广泛的2类材料。针对这2类注浆加固材料,为掌握其在大体积注浆下反应放热规律和释放毒害气体种类,研究了材料种类、注浆量、测试点位置等对材料最高反应温度的影响,对比了不同注浆量及相同注浆量不同注浆材料的放热规律。结果表明:材料种类对最高反应温度影响较大,100 kg注浆量下硅酸盐改性聚氨酯材料最高反应温度约106 ℃,聚氨酯材料最高反应温度约140 ℃。实验室条件下,注浆量对聚氨酯材料最高反应温度的影响不大,在100 kg和500 kg下最高反应温度均在140 ℃左右。同时,注浆量、材料种类和测试位置等对材料散热速率具有显著影响。     

岩溶裂隙发育地层帷幕注浆材料性能及适用性研究

针对某矿区岩溶裂隙发育地层突水灾害帷幕注浆治理工程,开展适用于岩溶裂隙发育地层帷幕注浆材料的性能及适用性研究。通过室内试验对硅酸盐水泥单液浆、水泥-粉煤灰浆液、水泥-粉煤灰-黏土浆液基本性能以及最佳配比进行研究,并根据该矿区地层性质及帷幕注浆扩散方式要求,从材料性能、技术可行性、注浆过程控制、治理效果及经济环保性等方面系统研究了注浆材料适用性,对注浆实际工程材料选择提供参考及指导。研究结果表明:浆液水固比是影响浆液结石体强度、黏度、结石率、凝结时间等基本性能指标的主控因素,粉煤灰及黏土掺量配比也会影响复合材料基本性能参数。根据提出的注浆材料适用性评价方法以及不同配比不同类型材料性能参数,确定了不同区段注浆材料及配比等注浆参数,对该矿区突涌水进行了有效封堵。     

湖泥混合浆液的性能对其初凝时间的影响

某矿帷幕注浆工程预使用湖泥作为注浆原材料,但高压灌注条件下出现地层吃浆量大、扩散半径远远大于帷幕体厚度等问题,通过现场对不同水玻璃添加量条件下及不同带压条件下浆液初凝时间进行研究,最终得出对于透水率大的地层,建议将水玻璃添加量控制在15%~20%的范围内,可减小浆液扩散半径;此外,当混合浆液压力提高0.5 MPa时,其初凝时间能缩短1h左右,因此,可适当提高注浆压力来缩短混合浆液初凝时间。     

西峪煤矿井下玻璃纤维增强注浆材料的强度性能研究

为了提升矿用堵水注浆材料的力学性能,提出采用废弃玻璃纤维进行材料改性。通过开展单轴压缩试验探究了注浆体强度受纤维长度、掺量和养护时间的影响规律,结合损伤分析和微观图像对废弃玻璃纤维的增强机理进行探讨。结果表明：掺入玻璃纤维使注浆体的抗压强度和延性显著提高;抗压强度的增长速度随养护时间增加而下降,3d内增长速率较快,3d后趋于稳定;玻璃纤维长度对强度影响显著,短切纤维对强度增长贡献值最高;随着纤维掺量增加,强度指标呈先增后减的变化规律,当纤维掺量为0.3%～0.4%时达到最大;纤维在水泥胶砂中的桥接效应可抑制压缩裂缝的扩展,对试件破坏起到缓冲作用;当玻璃纤维的长度过大或掺量过高时会增加局部区域的孔隙率,使矿用堵水注浆体的变形和强度性能发生弱化。     

水玻璃-固化剂固化地表冰碛物实验研究

针对普朗铜矿矿区地质环境较为脆弱?,开采过程中地表形成塌陷坑,在连续降雨量时地表冰碛物吸水饱和,易诱发井下泥石流灾害等问题。开展水玻璃-固化剂浆液胶凝时间和冰碛物土固结体强度的影响因素及影响规律实验,试验结果表明：水玻璃-固化剂混合液中,随催化剂的浓度增大时,浆液凝胶时间减小;水玻璃-固化剂浆液胶凝时间随固化剂浓度的增加呈先减小后增大规律;水玻璃-固化剂浆液胶凝时间随水玻璃浓度增加而减小;水玻璃浓度与固化剂浓度都对冰碛物固结体抗压强度起积极作用,实验结果可为地表冰碛物现场注浆固化提供理论依据。