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。     

煤矸石质硅铝基胶凝材料的试验研究

为提高煤矸石的综合利用率，以500 ℃煅烧的煤矸石为主体原料，附以改性硅酸钠溶液为成岩剂，研制煤矸石质硅铝基胶凝材料.利用煤矸石与矿渣、粉煤灰之间的协同效应在常规条件下制备出强度持续增长（62.10 MPa，3 d； 93.15 MPa，90 d）、施工性能良好的胶凝材料.通过X射线衍射、IR和MAS NMR对全煤矸石硅铝基胶凝材料进行研究，煤矸石质硅铝基胶凝材料在水化前后Si，Al价键和配位发生了改变，表征有水化产物生成，进一步验证水化产物有水白云母、C-S-H凝胶和类沸石无定性铝硅酸盐凝胶.根据煤矸石硅铝基胶凝材料的特征提出了原位键合的水化机理.     

赤泥基胶凝材料钙硅比对Na+固化性能的影响

运用NMR、IR等分析手段,采用结构分析的方法研究了赤泥基胶凝材料的水化过程,揭示了胶凝材料钙硅比对水化产物Na+固化性能的影响规律。结果表明,随着钙硅比的降低,在Al对Si的取代作用下,［Si(Al)O₄］结构单元聚合度增大,桥［SiO₄］、［AlO₄］四面体增多,Si以Q¹、Q²结构形式存在的C-S-H凝胶转变为具有SiQ²、SiQ³和SiQ⁴结构单元的(Na,Al)-C-S-H凝胶,利于Na⁺以化学吸附和化学固溶形式的固化。     

钢渣比表面积对钢渣-水泥复合胶凝材料安定性的影响

钢渣中含有C_3S、C_2S胶凝活性物质,因此经粉磨后,具有用作胶凝物质掺合料的潜质。但是钢渣的安定性差是制约其利用的最重要限制因素之一。本文分别采用沸煮和压蒸方法研究钢渣的比表面积对钢渣-水泥复合胶凝材料净浆安定性的影响;用灰色关联度分析法研究钢渣掺量与比表面积对钢渣-水泥复合胶凝材料净浆安定性的影响程度;通过SEM分析钢渣不同比表面积时,钢渣-水泥复合胶凝材料净浆的微观形貌。研究结果表明,钢渣-水泥复合胶凝材料净浆可以通过提高钢渣的比表面积改善其安定性。钢渣掺量10%时,相较于钢渣比表面积454.99 m~2/kg的钢渣-水泥复合胶凝材料净浆,钢渣比表面积为598.43 m~2·kg的钢渣-水泥复合胶凝材料净浆沸煮膨胀率降低了72.14%,压蒸膨胀率降低了51.40%。灰色关联分析得出与比表面积相比,钢渣掺量对钢渣-水泥复合胶凝材料净浆膨胀率的影响更大。限制钢渣的掺量仍是预防钢渣-水泥复合胶凝材料体积膨胀的主要方法。SEM微观结构分析表明,随着钢渣比表面积的增加,钢渣-水泥复合胶凝材料净浆逐渐趋于致密,此结论与膨胀率评价结果一致。     

温度对水玻璃化学浆胶凝时间的影响研究

为了研究温度对水玻璃化学浆液胶凝时间的影响,选用4种典型水玻璃化学浆液进行试验。使用高低温试验箱调节不同温度进行试验,对试验数据进行拟合分析。试验结果表明,温度对水玻璃化学浆液胶凝时间的影响规律符合Arrhenius关系式。     

磷石膏粒径及pH值对其复合胶凝材料的影响

利用大宗工业固体废物二水磷石膏和粉煤灰,加入少量水泥、生石灰等原料制备磷石膏基复合胶凝材料,研究了磷石膏的粒径以及pH值对胶凝材料凝结时间、强度的影响规律,采用SEM、XRD等测试方法对胶凝材料的水化产物、微观结构进行分析。结果表明:适当减小磷石膏粒径或增加磷石膏pH值,都会降低磷石膏基胶凝材料的用水量,缩短凝结时间,提高强度,并且通过蒸汽养护,最终可制备出28d强度超过40MPa,软化系数接近0.9的胶凝材料。     

钼尾矿复合胶凝材料的制备及其水化机理研究

为了促进固体废弃物的资源化利用,解决尾矿堆积带来的环境、安全问题,并提供相应的理论依据,以钼尾矿为主要原料制备复合胶凝材料,通过粒度分析、力学性能测试、X射线衍射（XRD）和扫描电镜 （SEM）等测试手段,研究了钼尾矿磨矿时间和掺量对胶凝材料性能的影响及复合胶凝材料的水化机理。结果表明：①当钼尾矿粉磨时间为80 min,比表面积为500 m2/kg,其28 d活性指数接近1.2;钼尾矿掺量为40% ,胶砂比为1∶3,水胶比为0.5时,所制备的复合胶凝材料胶砂块28 d抗压强度为52 MPa。②复合胶凝材料水化反应初期,主要生成水化硅酸钙和钙矾石,为胶砂块提供了早期强度,水化反应后期主要产物为C—S—H 凝胶、水化铝酸钙及钙矾石（AFt）,尾矿残余颗粒及水化产物的凝聚效应为胶砂块强度提供了保障。     

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。     

钛石膏-脱硫石膏复合胶凝材料力学性能研究

将钛石膏和脱硫石膏两种工业固体废弃物综合利用,制备钛石膏-脱硫石膏(简称:TG-FGD)复合胶凝材料。利用Origin软件对TG-FGD复合胶凝材料抗折强度与抗压强度数据进行非线性拟合,得到相关度较高的拟合曲线与强度关系式。结合XRD、SEM等测试方法分析TG-FGD复合胶凝材料反应物相和微观形貌。结果表明:随着脱硫石膏掺量的增加,TG-FGD复合胶凝材料2 h抗折与抗压强度均增大;钛石膏与脱硫石膏按质量3∶2制作TG-FGD复合胶凝材料,石膏增强剂(主成分为聚羧酸醚)的适宜掺量为0.05%,达到GB/T 9776-2008《建筑石膏》1.6等级,复合胶凝材料的强度提高10%左右;掺加石膏增强剂降低了水膏比,且水化产生的二水石膏晶体排列较为紧凑,有利于TG-FGD复合胶凝材料形成较高强度。     

黄土和风积砂为骨料的高浓度胶结材料流变特性研究

为保证高浓度浆液顺利输送及掌握其在采空区中的堆积效果,对高浓度胶结充填材料进行流变特性研究。选取水泥和粉煤灰为胶凝材料,风积砂和黄土为骨料,对不同胶凝材料和不同骨料配比下高浓度充填浆液流变特性的影响规律进行研究,得到了各因素关于高浓度充填浆液的剪切应力、表观黏度、屈服应力、塑性黏度,以及触变性之间的关系。结果表明,不同黄土和风积砂掺比下高浓度充填浆液均有一定触变性,且骨料中黄土所占比例越大,触变性越大。高浓度充填浆液的剪切速率与剪应力曲线在剪切速度增加区间和剪切速率减小区间数据均服从宾汉模型关系,且同一剪切速率下随着黄土掺加比例的增加所需剪切应力增加,表观黏度增加。提出用细料(黄土、水泥和粉煤灰)和骨料(砂)质量比来确定浆液对流变特性的影响关系,细料骨料比越大,屈服应力越小,塑性黏度越小,触变性越小,浆液流动性越好。     

改性脲醛树脂浆液用于地面预注浆的性能研究

为改善煤矿井下化学注浆的施工条件,研究了可用于地面预注浆的改性脲醛树脂浆液各组分对浆液凝胶时间的影响及浆液的性能,结果表明温度对凝胶时间影响最大,浆液实际注入的体积偏差对凝胶时间影响最小,草酸用量在0.3%～0.6%时浆液的凝胶时间易于调节控制;改性脲醛树脂浆液黏度低,凝胶时间在10～60 min可以调节控制,可用于煤矿孔隙性地层等地面预注浆。在山东新汶矿业集团赵官煤矿副井孔隙性火成岩注入浆液120 m3,经井筒掘进测量,涌水量几乎为0,注浆效果良好。     

粘土水泥浆性能及其堵水机理的研究

为了取代单液水泥浆，促进粘土水泥浆的推广应用和控制不同注浆条件下浆液参数达到理想的堵水效果，研究了粘土水泥浆的密度规律、流变性及其影响因素，粘土水泥浆的稳定性、塑性强度测定原理，分析了粘土水泥浆的凝结特性及原理、堵水机理．粘土水泥浆具有粘性、塑性、弹性三态变化规律，粘性是浆液扩散、流动的前提，浆液属于宾汉姆流体；塑性状态下，塑性强度增长，可防止浆液超扩散和被水稀释冲走；弹性状态确定了防水帷幕的强度     

裂隙岩体注浆扩散范围及注浆量数值模拟

为预测浆液在裂隙中的扩散范围,建立二维正交裂隙网络宾汉浆液渗流模型,采用中心型有限体积法进行数值模拟。分别研究不同参数下,浆液在裂隙中的扩散范围,给出多因素影响下的注浆扩散半径公式和注浆量公式。研究表明,注浆压力、浆液黏度、浆液剪切强度、裂隙开度和裂隙粗糙度对浆液扩散半径起到主导作用;注浆压力、钻孔长度和裂隙开度对注浆量起到主导作用。通过该公式可定量预测任意参量下浆液扩散范围和注浆量。     

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。     

高含盐量膨润土原料制备有机膨润土试验与表征研究

以高含盐量的膨润土为原料,制备有机膨润土产品.通过试验找出了合适的工艺务件,并利用XRD、SEM、IR等测试手段对试验样品进行表征.结果表明,利用高含盐量的膨润土原料也可以制备出高黏度的有机膨润土产品.     

煤系高岭土水热合成LSX型分子筛

摘要:以煤系高岭土为原料,采用低温胶化、高温晶化的两步水热法合成出了LSX分子筛。通过进行单因素试验,系统考察了胶化条件和晶化条件对合成分子筛的影响。通过对合成的分子筛进行静态吸水值测定、SEM、IR、XRD的表征得到优化条件为胶化时间4h,胶化温度50℃,晶化时间4h,晶化温度90℃。在此条件下合成的LSX型分子筛具有规则的晶体结构,静态水吸附量高达30.57%。结晶度达到93.46%,且不含任何杂晶。      

低品位石灰岩用作胶凝—灌浆材料的研究

研究了不同品种石灰岩与不同性质水玻璃在常温下的反应。Beo=4 5～ 4 8的过渡态水玻璃与低品位石灰岩反应速度较快 ,反应程度较大 ,浆液凝固时间较短 ,能达到一定胶结强度 ,生成水化硅酸钙 (镁 )凝胶产物。可开发为一种新型胶凝材料 ,尤其适合用作灌浆材料。与其他灌浆材料相比 ,是一种综合性能优良且成本较低的绿色无机灌浆材料     

综放工作面过向斜构造深孔全封闭注浆加固技术

在综放工作面过向斜构造区时,为加固破碎、裂隙发育的煤层顶板,采取了工作面超前进行深孔全封闭注浆技术。通过现场钻孔窥视煤体内部结构和破坏范围,确定采用水泥浆和低黏度化学浆联合加固方式。结果表明:采用水泥浆可封闭1 mm以上裂隙,同时隔断化学浆表层渗透通道。采用无机与有机材料混合加注的方式,整体注浆效果比使用单一材料注浆好。经巷道向工作面超前深孔全封闭注浆,使注浆施工与回采工作面生产互不影响,对向斜构造区域煤体进行了有效加固,保证了工作面在该构造区域安全快速推进。