微纳米无机注浆材料研发与应用

随着煤矿开采深度的增加,千米深井巷道围岩大变形控制难题急需解决,提出了支护-改性-卸压"三位一体"协同控制技术,其中注浆"改性"环节要求注浆材料具有高渗透性和早强性。以硫铝酸盐水泥熟料、石膏、石灰为主要原料,通过优化配比和超细粉磨方法研发了具有早强、高渗透性的微纳米无机注浆材料,测试了材料粒径、比表面积、抗压强度、泌水率和凝结时间;采用自制的注浆模拟系统测试了微纳米无机注浆材料注浆加固煤体效果;在中煤新集口孜东矿进行了现场应用。材料性能实验结果表明,硫铝酸盐水泥熟料、石膏、石灰三者最优质量比为10∶8∶2,经超细化加工,材料粒径达到6. 7μm,比表面积为1 200 m~2/kg,达到微纳米级别;水灰比为1. 0时,6 h抗压强度达到6. 8 MPa,泌水率低至2. 8%,初凝时间为10 min。煤体注浆加固模拟实验结果表明,注浆前后煤样强度提高24. 4%;现场工程应用结果表明,注浆前后锚杆拉拔力提高了2倍,浆液大量填充煤体裂隙,提高了煤体完整性,扫描电镜观察说明浆液可以通过10μm裂隙,渗透性良好。与传统水泥基注浆材料相比,微纳米无机注浆材料具有更高的渗透性和早期强度;与有机化学注浆材料相比,微纳米无机注浆材料为无机矿物材料,不燃,具有更低的成本和使用安全性。     

千米深井巷道高压劈裂注浆改性技术研发与实践

高压劈裂注浆改性技术通过注浆改性方法可提高围岩自承能力,是巷道围岩"支护-改性-卸压"协同控制技术的重要一环。针对口孜东矿121302运输巷锚杆支护效果差,常规注浆方法无法注入巷道围岩等难题,开展了千米深井巷道高压劈裂注浆改性技术研究与实践。开发高压劈裂注浆工艺,研制高压劈裂注浆装备,试制的矿用气动注浆泵最大工作压力超过30 MPa,采用微纳米无机有机复合改性材料,经过超细加工,95%的粒径≤9μm,在121302运输巷掘进工作面进行高压注浆改性试验,对注浆压力-流量变化规律、注浆量、浆液扩散半径等参数统计分析,对注浆改性后的效果进行了测试评价。试验结果表明:注浆压力与注浆流量是劈裂注浆的主控因素;掘进工作面超前注浆平均启劈压力在22 MPa左右;滞后掘进工作面6～8 m注浆,适当降低排量,注浆过程进入高压微劈裂-渗透注浆阶段,增强注浆效果。高压劈裂注浆改性工艺解决了高应力低渗透软岩"注不进"的难题,保证锚杆索锚固质量,改善新掘巷道成型。巷道围岩改性效果理想:现场取样SEM扫描电镜细观形貌分析可发现,高压劈裂注浆工艺下,新型微纳米有机无机复合改性材料可注入最小约2μm宽度的裂隙;浆液水化固结体密实并与煤界面结合致密;纳米压痕试验证明煤浆界面区弹性模量高于煤,致裂重新黏合后的煤体力学性能强于之前。     

润湿性调控界面纳米气泡生成及其对亲水性颗粒浮选的促进

浮选体系中纳米气泡的引入可以有效提高微细粒矿物特别是疏水性矿物的浮选效果,而如何利用纳米气泡提高亲水性矿物的浮选效果是一个难题。以氧化石墨代表亲水性颗粒,采用原子力显微镜(AFM)直接进行纳米气泡形貌表征,通过十二烷基醇聚氧乙烯醚(AEO-15)对石墨表面进行润湿性调控,利用温差法生成界面纳米气泡,对比分析石墨经氧化、表面活性剂吸附等润湿性调控后其表面生成的界面纳米气泡形貌、数量等差异;同时通过浮选试验验证润湿性调控界面纳米气泡的生成对浮选的影响。研究结果表明：界面纳米气泡的产生与颗粒表面亲疏水性密切相关,与其形貌高度无关。相较于亲水性的氧化石墨,经表面活性剂吸附后,其表面可以产生更加密集且均一的界面纳米气泡。此外,纳米气泡的引入可以明显提高亲水性氧化石墨的浮选回收率。研究成果提供了一种亲水性颗粒表面生成界面纳米气泡的方法,对低阶煤、氧化煤等其他亲水性颗粒的浮选强化具有一定的指导意义。     

新型水泥基注浆材料的特性优化试验

通过正交试验,研究一种适用于含水地层注浆条件的新型水泥基注浆材料。试验以硫酸盐水泥熟料为骨料,添加羟基高聚物、超塑化剂、多聚铝酸盐以及硅化物进行组分优化。该注浆材料具有低黏度、强渗透、高强度的特点,可以有效加固富水破碎区围岩,确保矿井的安全高效生产。     

硫铝酸盐-铝酸盐水泥体系高水充填材料的研制试验

研究了用硫铝酸盐-铝酸盐水泥体系制备高水充填材料的方法,进行了单浆凝结时间、胶凝时间、抗压强度的测试。结果表明,用细度较粗的铝酸盐水泥熟料替代5%～30%的强度级别42.5 MPa硫铝酸盐水泥的熟料制备高水充填材料,对材料的胶凝时间有所影响,使材料的2 h强度稍有降低,但可大幅度提高材料的后期强度,28 d抗压强度最大可提高48.9%,可以制备出满足MT/T 420-1995标准要求的高水充填材料。     

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...     

新型双阶段膨胀封孔注浆材料研究

针对目前封孔注浆材料存在析水、注浆后泄漏、凝固速度慢、凝固后收缩等缺点,借鉴高水材料和加气混凝土研究成果,以硫铝水泥熟料、石膏及生石灰为主料,柠檬酸、膨润土、铝粉及多种添加剂为辅料,通过三角坐标图、正交设计等实验方法,研发出一种新型双阶段膨胀封孔注浆材料。该材料与水混合后,在初凝点和终凝点之间通过有效加气反应促使料浆体积膨胀,实现对封孔注浆段浆液漏失的补偿及对钻孔周围裂隙的封堵;并可在凝固硬化阶段再次通过钙矾石结晶微膨胀实现对微细裂隙的进一步密封压实。性能测试表明,该材料具有高水灰比（1.2∶1）、速凝、早强、膨胀性好（可达15%）、强度适中、抗渗透性好等优点,且其凝结速度能够与施工进度良好吻合,在封孔注浆领域具有较好的应用前景。     

阳煤五矿褶皱构造超前预注浆加固技术研究

针对阳煤五矿褶皱构造发育、片帮冒顶严重、化学浆注浆成本高昂的问题,分析认为褶皱构造治理应从提前预防的角度出发,在两顺槽内对褶皱构造超前预注浆加固,提高构造区煤岩体完整性和强度,避免工作面停采,设计了40 m试验区注浆加固方案,介绍了两种新型无机注浆材料,并进行了现场试验。结果表明:双液注浆材料用于浅部裂隙封堵,单液注浆材料用于深部扩散加固,成本不足化学浆的1/5;与未注浆区域相比,注浆区域未发生冒顶,推进速度由0. 8 m/d提高到2. 5 m/d,注浆区域未使用化学浆,工作面采用新型无机注浆材料后,与化学浆相比,每米节约注浆费用1. 075万元,经济效益显著。     

超高水材料覆岩离层及冒落裂隙带注浆充填技术

为了解决传统覆岩离层注浆减沉技术实施后离层区内大量承压可流动水体所带来的问题,结合超高水材料基本性能,以岩层控制的关键层理论为指导,提出了超高水材料覆岩离层及冒落裂隙带注浆充填技术。该技术将超高水材料浆液充满关键层下的离层空间、冒落带垮落矸石间缝隙以及裂缝带裂隙,凝固后的充填体控制上覆岩活动。根据以往覆岩离层注浆实践结果及超高水材料注浆充填技术在假想工作面的应用可知:超高水材料覆岩离层及冒落裂隙带注浆充填的减沉率在80%～90%,有助实现"三下"压煤开采的高产高效。     

纳米二氧化硅改性及其应用研究进展

纳米二氧化硅是一种应用非常广泛的无机纳米材料,被用于涂料、塑料和橡胶等众多领域.但纳米二氧化硅的比表面能较高,很容易发生团聚现象,且与有机相相容性差,所以需要对纳米二氧化硅进行表面改性.将改性后的纳米二氧化硅应用到塑料、涂料和橡胶等材料中可以提高其综合性能.对近年来纳米二氧化硅的改性和应用进行了综述,并对纳米二氧化硅应用的前景进行了展望.     

新型无机瓦斯抽采钻孔封孔材料及应用研究

针对目前瓦斯抽采钻孔封孔材料封孔质量差、抽采浓度低、材料强度低、固结时间长等缺点,以硫铝酸盐水泥熟料、石灰和石膏为主料,并辅以改性材料,研发了一种新型无机双液瓦斯抽采钻孔封孔材料。该材料固化速度快、强度高、渗透性强,具有微膨胀性能,能够有效将孔内封实,消除孔内漏气通道。该新型材料在抽采钻孔封孔领域具有良好的应用前景。     

Ag3Sn纳米颗粒对焊料金属间化合物形貌和厚度的影响

本文选用氧化还原法制备 Ag3Sn 纳米颗粒,将其以不同质量比(0.0,0.1,0.15,0.2 %)添加到 SAC305 焊料中来探讨 Ag3Sn 纳米颗粒对焊料显微组织、润湿性和可靠性的影响。采用X-射线衍射仪和扫描电子显微镜对所制备的Ag3Sn纳米颗粒进行物相分析和形貌观察,采用金相显微镜观察焊点的显微组织。通过150 ℃高温时效(0,50,100,150,200 h)处理后,使用金相显微镜对焊点界面进行观察,采用 Image J 软件计算界面金属间化合物(IMC)的厚度,得到生长指数。实验结果表明,添加适量的Ag3Sn纳米颗粒到SAC305焊料中,可以提高SAC305的润湿性;Ag3Sn 纳米颗粒可以有效细化 SAC305 焊料的微观组织并抑制IMC 层生长;随着时效时间的延长,Cu6Sn5 金属间化合物层由扇贝状向平面状转变,同时出现 Cu3Sn 金属间化合物层;SAC305焊料中添加0.15 wt.%的Ag3Sn纳米颗粒可获得最佳综合性能,润湿性最好(铺展面积为167.447 mm2⁾,生长系数最小(0.04),组织细化也较为明显。     

氯化钡和铝酸盐水泥改性石膏正交试验研究

采用正交试验研究了氯化钡和铝酸盐水泥复掺改性石膏复合胶凝材料的力学性能、吸水率和耐水性,并分析了改性机理。结果表明,水膏比为0.53,氯化钡掺量为10%,铝酸盐水泥掺量为20%时,石膏复合胶凝材料28 d抗折软化系数最高;水膏比为0.53,氯化钡掺量为10%,铝酸盐水泥掺量为25%时,石膏复合胶凝材料28 d抗压软化系数最高。通过XRD和SEM分析可知,复掺改性剂可以改变其微观形貌,并没有使晶体结构密实。     

厚煤层巷道掘进中托顶煤自燃防治技术

在厚煤层巷道掘进过程中顶板存在托煤层现象,因煤层存在裂隙,随着对顶板上方煤体持续供氧,煤层出现迅速氧化自燃征兆,采用无机复合凝胶发泡防灭火材料压住到煤体后,通过封闭煤层空隙和隔绝抑制氧化作用,使煤的氧化自燃现象停止,取样分析CO,CO2,N2,CH4,C2H6浓度变化,特别是CO体积分数由压注浆前的0.21%减小到注浆后的零,证明了新型无机复合凝胶发泡防灭火材料防使用效果理想,具有封闭、隔氧、环保等性能,其可成功应用于防治煤层自燃。     

PU改性硫铝酸盐水泥注浆材料试验与应用

通过添加水溶性聚氨酯(PU)和外加剂以提高硫铝酸盐水泥(SAC)基材料的力学性能。采用流动度测试、力学性能测试、XRD矿物组分衍射、接触角分析和SEM显微观察等方法对其可注性、力学性能、化学结构、亲水性和表面形貌进行了研究;并且通过现场工程应用,研究了该材料对破碎煤岩体注浆加固的效果。研究结果表明:(1) PU的加入提高了该材料流动度,增加了硫铝酸盐水泥材料韧性,特别在早期较为明显。当PU的质量分数为10%时,PU-SAC的综合性能最好,硬化结石体拉强度在1,3,7 d分别增加了29.4%,50.7%,39.5%,对抗压强度无明显改善。(2) XRD定性物相分析表明随着PU的加入水化速率加快,水化产物种类与改性前一致;改性后浆液结石体表面静水接触角由11°增加到95°,润湿性由亲水性变为疏水性,可以更好地阻止水侵入注浆材料;(3)该材料具有微膨胀特性,体积膨胀率为1.17%;SEM微观结构形貌分析可知改性后的结石体内部结构裂隙较少,且有聚氨酯构成的网状结构镶嵌贯穿于水泥石内部,抑制微裂纹的发展;(4)现场试验表明,该材料性能稳定、泵送距离长、胶凝时间可控、力学性能好、体积微膨胀、强度不...     

无机注浆加固控制大采高煤壁片帮问题探讨

煤壁片帮现象已成为影响大采高工作面生产的主要因素,提出了通过无机注浆加固技术控制大采高煤壁片帮的方案。通过实验室试验研发了1种可注性强、凝结速度可调、早期强度高、黏结性强等特点的无机注浆加固材料;采用理论分析及现场实测等多种研究方法确定了注浆压力、浆液扩散半径等参数。由现场工业性试验效果可知:注浆后围岩内部致密,并且注浆材料能够很好的和破碎围岩黏结,围岩的抗变形能力明显增强,煤体与浆体之间的黏结力得到提高,注浆效果显著。煤壁片帮平均深度减少到0.4~0.5 m,有效的控制了煤壁片帮。     

沿空大断面巷道预应力锚注支护技术应用

针对沿空大断面巷道掘进期间围岩变形控制难题,以王家岭矿东翼胶带大巷为工程实例,应用预应力锚注裂隙岩体加固原理,采用预应力注浆锚杆与自应力注浆联合支护方式,选用快硬早强高流态微纳米硅质复合注浆料,改善煤岩体的整体性和约束应力状态,浆液的黏结作用使锚杆变为全长锚固状态,使锚杆、浆液结石体、围岩三者形成完整的整体,提高围岩抗剪强度、破碎煤岩体应力状态和煤岩体自有强度,支护7 d后围岩变形速度明显降低,顶底板、两帮最大移近量分别为179 mm、294 mm,比支护设计优化前分别少移近198 mm、386 mm。     

纳米煤制备及其改善煤泥浮选的机理研究

为了探究普通浮选药剂里加入纳米级煤对煤泥浮选的影响,采用冷冻研磨的方法制备了纳米级超纯煤,并对其表面特性进行了分析.在煤浮选捕收剂正十二烷中加入纳米煤,制备液固混合浮选捕收剂用于煤泥浮选.通过X射线光电子能谱(XPS)结合润湿性分析表明,纳米煤颗粒主要以C元素为主,表面官能团以疏水性基团C-C和C=C为主,具有极强的疏水性.研究了正十二烷和纳米煤—正十二烷混合捕收剂对煤泥浮选的效果,并且通过扫描电子显微镜(SEM)对2种捕收剂作用后的精煤颗粒表面形貌进行分析表征.结果 表明使用纳米煤-正十二烷混配的新型捕收剂得到的精煤颗粒表面微纳颗粒显著增加,说明纳米煤颗粒在浮选过程中能够粘附于煤颗粒表面,从而增强煤的疏水性,并且增加了煤表面的固体凸起点.在浮选过程中,当气泡粘附煤颗粒时,这些微纳颗粒能够加速水化膜的破裂,促进煤颗粒和气泡的黏附效率,提高煤泥浮选效率.     

赛瑞加固材料在寺尔沟煤矿的应用

 摘要：介绍了赛瑞化学加固材料的基本性能及煤岩体注浆加固机理,并在寺儿沟煤矿进行了现场应用,结果表明：赛瑞浆液在围岩裂隙中迅速渗透、膨胀,形成枝状浆脉相互交叉的韧性网状结构,能够极大增强煤岩体的承载能力,提高巷道围岩稳定性,起到很好的封堵裂隙及加固效果,是一种安全高效的化学加固材料。     

煤基纳米碳材料制备技术的研究与应用

纳米碳材料可以由化工产品、木材、煤等原料制取,在现代工业中发挥着越来越重要的作用。我国煤炭资源丰富,开发煤基纳米碳材料制备技术意义重大。文章介绍了碳纳米管和石墨烯两种具有代表性纳米碳材料的结构、特点、应用前景,阐述了以煤为原料制备两种材料的工艺流程,以为提高煤炭资源的综合利用程度提供理论参考。