VAE改性水泥基注浆材料性能研究

为了提高水泥基注浆材料的性能,解决煤壁片帮问题, 采用高分子有机聚合物 VAE 乳液对普通硅酸盐水泥进行 力学性能改性;对不同 VAE 掺量下有机—无机复合浆液的 水灰比、力学性能及韧性进行研究;并结合电子扫描显微镜 (SEM)分析其改性机理。结果表明,VAE 在合适的掺量下 具有减水效果,VAE 掺入较多时,复合浆液黏稠,增大用水 量。在最佳掺量3%下,VAE 薄膜与水泥水化产物形成了 有机 无机互穿三维网状结构,从而限制了结石体内部微裂 缝的蔓延,提高了复合浆液的性能。现场试验表明:注入复 合浆液,显著提高了煤壁整体稳定性,煤壁片帮问题得到了 有效治理。     

煤体注浆材料优选及加固煤体单轴压缩试验

为了在瓦斯抽采钻孔施工过程中对帷幕注浆加固材料进行优选,通过黏度和抗压强度,确定高延性水泥基复合材料的基本水灰比。采用粉煤灰、微硅粉以及聚乙烯醇作为掺合剂,研究了不同掺合剂配比对注浆加固材料性能的影响,包括浆液黏度、凝结时间及固结煤体渗透率和抗压强度。试验结果表明:高延性水泥基复合材料的基本水灰比为0.75∶1;水灰比对注浆材料的黏度和抗压强度影响显著,注浆材料黏度与固结煤体渗透率、抗压强度、弹性模量受掺合剂配比影响明显;与其它体系相比,体系1(粉煤灰、微硅粉以及聚乙烯配比分别为(5%、15%、3%)注浆材料黏度适中,固结煤体渗透率较低,抗压强度最高,其注浆效果最优。     

高分子乳液对水泥基充填材料性能的影响

为解决水泥基充填材料存在的流动性差、强度低的问题，提出以高分子乳液改性其性能。对比研究了苯丙乳液、纯丙乳液、VAE乳液3种乳液对充填料浆流动性能和力学性能的影响，采用SEM扫描电镜观测微观结构形貌。结果表明：2%掺量的苯丙乳液和6%掺量的纯丙乳液对浆体流动度具有促进作用；VAE乳液则增加了浆体黏度，但对充填体抗压强度和抗折强度的改性效果优于苯丙乳液和纯丙乳液，当VAE乳液掺量为10%时，充填体3 d、7 d抗压强度和抗折强度达最大值为12.82 MPa、16.55 MPa和4.37 MPa、5.63 MPa;当VAE乳液掺量为6%时，28 d抗压强度和抗折强度达最大值为16.25 MPa和5.63 MPa。苯丙乳液对充填体的抗拉强度改性效果最好，当苯丙乳液掺量为10%时，充填体3 d、7 d和28 d抗拉强度达最大值为1.77 MPa、2.55 MPa、2.91 MPa。随着水化龄期的延长，聚合物乳液改性充填体微观结构形貌由细针状钙矾石和絮状C-S-H凝胶发育为短棒状和团聚状，水化产物与乳胶颗粒构筑成紧密结合的有机-无机三维互穿网状结构，填充至骨料基体孔隙之间，使充填体具备良好的宏观力...     

ACZ-1改性注浆材料加固深部软煤巷道试验研究

首先通过实验室试验方法研究了不同水灰比的ACZ-1改性水泥浆液的黏度、凝结时间、膨胀率和不同龄期结石体的抗压强度;其次,利用专门研制的模拟破碎煤体注浆试验模具,对注浆胶结破碎煤体的抗压强度和注浆胶结体黏结钢绞线的抗剪强度进行了一系列的模拟验证,研制出了1种即具有流动性好、微膨胀、早强、高强特性,又具有凝结时间可调的ACZ-1改性水泥注浆材料。最后,将试验结果应用到平顶山天安煤业公司六矿深部软煤层回采巷道进行了工程试验,有效地控制了巷道变形,提高了煤巷支护的稳定性,大幅度减少巷道返修率,技术经济效益显著。     

矿用新型水泥粉煤灰基喷涂堵漏风材料性能研究

采空区自燃是煤炭开采中面临的重大灾害之一,不仅会浪费煤炭资源、造成大量经济损失,还会引发事故导致人员伤亡.为了减少氧气向采空区泄漏,常常沿采空区侧煤壁喷涂堵漏风材料,以封堵因采掘活动产生的煤壁裂隙.以水泥-粉煤灰为基体材料,用羟丙基甲基纤维素(HPMC)和磷酸三丁酯(TBP)共同改性制备新型喷涂堵漏风材料.通过析水率测试、保水率测试、力学性能测试和水泥基材料与煤界面接触角测试,得出了不同掺量的 HPMC和 TBP对涂层性能的影响.试验结果表明,当水固比为0.5、粉煤灰掺量为20％、HPMC掺量为0.2％、TBP掺量为0.08％时,材料综合性能最佳.浆液析水率低于5％,材料7 d抗压强度和抗折强度可分别达到16.70 MPa和5.02 MPa,相比于纯水泥 粉煤灰材料提高了6.57％和2.87％,改性后浆液与煤的初始接触角降低了21.83°.最终,根据 X 射线衍射分析、傅里叶红外光谱分析和扫描电子显微镜分析,得出了外加剂对水泥水化机理及微观结构的影响.     

氧化石墨烯改性黏土水泥浆性能试验研究

黏土水泥浆作为应用广泛的矿山注浆材料,注浆加固初期抗渗滤能力差、结石体强度低且易发生脆性破坏,影响注浆加固效果。以氧化石墨烯(hGO)为改性剂,掺入普通黏土水泥浆,制备了新型黏土水泥浆。通过室内试验,在对比分析h GO掺入量对黏土水泥浆的黏度、稳定性、塑性强度及结石体力学性能等主要性能参数影响的基础上,结合扫描电镜(SEM),从微观形貌角度对h GO的作用机理进行分析,提出了h GO改性黏土水泥浆结石体的生长模型。研究结果表明:hGO改性黏土水泥浆液固结后,结石体内部形成了以h GO片层为核心的黏土—水泥团聚物空间骨架,黏土颗粒填充其中,形成浆液体系架构,这是h GO改性黏土水泥浆性能优于传统黏土水泥浆的主要原因;随着h GO掺量的增加,黏土水泥浆液的黏度最大提高163%,浆液流动性下降;hGO改性黏土水泥浆的稳定性和塑性强度明显增强,同一养护时间塑性强度最大提高7.11倍;浆液结石体的单轴抗压强度和抗剪强度均提高,最大增幅分别为23.94%和25.27%,对浆液耐久性的优化作用明显。     

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。     

松软厚煤层异型开切眼新型预应力锚注支护研究与应用

普通水泥基浆液加固煤体由于其自收缩常造成浆煤界面松弛及充填空隙,以综放厚煤层异型开切眼松软煤体加固为工程背景,提出基于预应力锚和自应力注的松软煤体锚注加固方法。基于该新型预应力锚注加固煤体原理分析,对比研究普通硅酸盐水泥和超细硅酸盐水泥的基本性能,为自应力浆液原材料的选取提供依据;通过浆液纵向自由膨胀率试验获得自应力浆液的最佳膨胀剂掺量;进行预制裂隙煤体普通硅质浆液和硅质自应力浆液加固试验,对比分析自应力浆液加固煤体的力学性能优势和破坏特征;通过数值模拟和现场监测分析新型预应力锚注加固异型开切眼的有效性。结果表明:通过浆液结石体的膨胀应力和注浆锚杆的轴向约束应力,能够使松软破碎煤体处于准三维的受力状态,实现了其强化与损伤修复;超细硅酸盐水泥浆液由于流动性更大、结石体强度更高而更能满足自应力浆液的加固要求;随着膨胀剂掺量增大,水泥浆液最大纵向膨胀率呈先增大后减小的趋势,自应力浆液的最佳膨胀剂掺量为10%;约束条件下自应力浆液加固煤体的峰值强度比普通浆液加固煤体提高4.6%,说明自应力浆液加固裂隙煤体的效果优于普通浆液;普通浆液和自应力浆液加固煤样初始宏观裂纹均出现在浆煤界面处,最终破坏形...     

低成本注浆材料研制及其改性试验研究

为满足回采工作面通过构造带时围岩的控制问题及加固治理的需求,针对井下工作面深孔注浆的特点研制了一种高性能廉价注浆材料,通过实验室对水泥改性液浆液粘度、结石率、浆液粘结强度、抗压强度、表观脆性的测试研究,研究结果表明:改性液的引入不仅降低注浆材料成本,而且大大提高了浆液与受注物体间的粘结强度,最终确定水泥浆液水灰比0. 7∶1、水泥改性液用量15%～20%为水泥浆液的最佳配比。     

矿渣粉掺量对高水材料物理力学性能的影响研究

为了降低高水材料充填体成本、提高充填体强度,并有效开发利用矿山工业固体废弃物,开展了掺入有活性成分的矿渣粉对高水材料浆液和充填体物理力学性能及晶体微观结构影响的试验研究。结果表明,随着矿渣粉掺量增加,浆液初凝时间缩短,试件的含水率降低、容重增大,且含水率与峰值抗压强度及容重与峰值抗压强度均具有较好的二次相关关系;随着矿渣粉掺量的增加,试件的峰值抗压强度与残余强度均先减小后增大,掺量为10%时,峰值抗压强度与残余强度均达最小值;从材料的微观结构可以看出,矿渣粉的掺入促进了钙矾石晶体和硅酸钙凝胶的生长发育,改变了晶体发育形貌及网状结构形态。在试验掺量范围内,掺加20%的矿渣粉可使试件晶体空间网状结构最为致密,在宏观上表现为峰值抗压强度达最大值。     

瓦斯抽采钻孔封孔段注浆密封全过程分析

为了分析瓦斯抽采钻孔封孔段注浆密封过程中封孔材料对钻孔密封性的影响,采集不同矿区水泥基封孔材料,在实验室测试其黏度、膨胀率、析水率、凝结时间及凝固后的强度参数指标,从前期封孔材料注浆到后期固结密封全过程分析各指标对钻孔密封的影响。结果表明:封孔材料前期注浆时浆液黏度是衡量其流动性的关键指标,浆液黏度上升越快,流动性降低越快,封堵钻孔围岩裂隙的难度越大;中期注浆完成后,不同材料表现出膨胀性和析水性,材料的膨胀特性可为钻孔围岩提供支护作用,提高钻孔封孔段异质结构的稳定性和完整性,材料的析水性会造成钻孔壁面与封孔材料分离,漏气通道增加,密封性降低;封孔材料后期凝固后的强度与煤体差异较大形成不稳定异质结构,在应力作用下,不稳定异质结构裂隙发育,密封性降低。     

煤巷锚网防风化喷涂材料性能的试验

为了探讨适用于煤壁及锚网的防风化材料的合理配比,提出采用聚乳液改性水泥浆液作为喷涂材料,对锚网支护巷道进行喷涂.应用正交试验方法,选取水泥用量、水灰比、聚灰比和砂灰比为4个因素及4个水平作正交试验.改变材料配比以研究喷涂材料的抗压强度、黏结抗拉强度等性质的变化,得到适用于煤矿巷道的喷涂材料配比,将其应用于井下巷道,结果表明聚合物砂浆喷层胶结性好,凝固快,对巷道封闭效果好,能覆盖金属网和煤壁,有效防止金属网锈蚀.     

煤储层固井胶结强度性能及改善方法研究

为了解决煤岩表面亲水润湿性差导致的煤层段固井质量差的难题,优选了不同类型的表面活性剂和硅烷偶联剂作为煤体表面润湿改性剂,试验研究了对煤体表面的润湿改性对界面胶结强度等改善效果,并测试评价了对水泥浆流变性能、凝结时间、抗压强度等影响规律。研究结果表明:表面活性剂、硅烷偶联剂均可有效改善煤体表面亲水润湿性;但硅烷偶联剂却不会提高煤层界面胶结强度,其原因是硅烷偶联剂水解产生Si-OH基团吸附在水泥颗粒表面形成包裹层,阻止水泥与水进一步接触,对水泥有较强的缓凝副作用,不利于煤层界面胶结;含醚、硫酸根的阴表面活性剂对水泥没有缓凝副作用,与水泥浆相容性好,能够显著提高煤层界面胶结强度达1.71 MPa,其最优浓度为0.3%。     

改性碳纤维水泥基材料的界面研究

采用2种不同的方法对碳纤维表面进行改性,利用扫描电镜(SEM)对改性前后的碳纤维表面进行分析,并探讨了改性方法对碳纤维水泥基复合材料强度及碳纤维与水泥基体界面粘合的影响.结果表明,碳纤维经浓硝酸超声处理2 h后,比表面积增大,与水泥基体相容性好,界面粘合牢固,水泥基体7 d抗压强度提高9.1%,28 d抗压强度提高10.2%.     

水泥增强粉煤灰浆液性能的实验研究

为了满足井下充填堵漏对灌浆防灭火材料的强度要求,在水泥-粉煤灰灌浆防灭火材料的浆液固化实验基础上,结合X射线衍射分析手段,研究了水泥掺量对粉煤灰浆液的初凝时间及抗压强度的影响,并探讨了水泥增强粉煤灰浆液的强度形成机理。结果表明:当灰水比为14∶10,粉煤灰与水泥的添加比例为3∶1,井下胶凝固化剂的添加量为3%~5%时,粉煤灰水泥固化浆液快速初凝,3 d抗压强度为2.91 MPa,14 d抗压强度为7.50 MPa,28 d抗压强度为7.95MPa,完全可以满足井下充填堵漏的需要。水泥水化与粉煤灰水化过程协同相互作用,形成致密界面结构是水泥增强粉煤灰浆液的主要原因。     

深井高压地面预注浆水泥基浆材料改性研究

为了满足深井巷道高压地面预注浆技术对加固材料性能的要求,解决普通单液水泥浆易沉淀、扩散性差、初凝时间短等问题,结合工程应用情况,对新型水泥基注浆加固材料性能进行改性研究,以提高其稳定性、延长初凝时间。以水灰比1∶1浆液为研究对象,进行了缓凝剂、稳定剂筛选复配试验,选定了2种复合外加剂,使改性浆液的黏度达到25 s以上,初凝时间最长超过32 h,结石体的微观结构较改性前更为致密,28 d抗压强度与单液水泥浆基本一致,应用于深井巷道地面预注浆加固取得了良好效果。     

粉煤灰改性水泥-水玻璃双液注浆性能试验研究

为解决传统水泥-水玻璃双液浆结石体后期抗压强度下降的问题,采用理论分析、实验室试验和现场观测的手段进行了双液体系中活性工业废渣粉煤灰部分替代水泥的试验,研究了掺入30%~50%粉煤灰对浆液凝胶时间及结石体抗压强度的改性作用。研究结果表明:粉煤灰改性后的浆液凝胶时间增大,可缓解浆液凝胶过快;粉煤灰的活性作用提高了结石体的后期强度,其中掺入50%的粉煤灰,结石体在2年后的强度可提高15%以上。     

深部奥灰水特性及其浓缩后在奥灰水害防治中的应用

减少矿井水排放、降低底板注浆费用,以深部奥灰涌出水改性底板注浆材料为研究对象,测试了矿井水的常规离子、悬浮物、微量元素,研究了矿井水加热浓缩后的水质变化特征,对比测试了浓缩矿井水改性黏土浆液和水泥净浆的水理和物理力学性能,并基于改性黄土的膨胀界限抗渗强度设计实施了工作面注浆工程。研究结果表明:矿井深部奥灰水有高矿化度、富含悬浮物、其他特殊物质不超标、高永久硬度等特征,其浓缩后有利于改性浆液的钙离子、硫酸根离子、氯离子等富集,不利于浆液改性的碳酸氢根离子浓度降低,用于改性黏土浆液使得双电层结构絮凝,提高了土样抗压强度,降低了渗透性,用于改性水泥净浆,水泥初凝时间缩短,1,3,28 d强度分别提高1.7~3.3,5.3~7.7,8.3~17.1 MPa。改性后黄土膨胀界限抗渗强度提高了19.5%,应用工作面在减少16%的注浆量下安全回采了煤炭资源。     

硅酸盐改性注浆加固材料的最新研究进展和应用

详细介绍了硅酸盐改性注浆加固材料的配方反应原理、最新的力学性能研究结果和实际应用情况。结果表明:综合力学性能完全可与传统聚氨酯注浆加固材料相比拟,1 d抗压强度能达到40MPa以上,黏结强度达到2 MPa以上;3 h抗压强度达到50 MPa以上;1 d抗压强度达到60 MPa以上,黏结强度达到4 MPa以上;完全能用于井下各种复杂条件下快速、高效加固破碎煤体。尤其是压缩弹模比传统聚氨酯注浆加固材料要高很多,更适合煤岩体刚性材料结构体的加固应用。     

石灰石粉对混凝土界面过渡区黏结强度的影响

本试验研究了石灰石粉对混凝土中骨料与水泥石界面过渡区(ITZ)黏结强度的影响规律。结果表明:随石灰石粉掺量增加,混凝土界面过渡区的黏结强度先增大后降低。石灰石粉掺量为10%时,晶核效应及填充效应对界面过渡区的改善作用提高了界面黏结强度。当石灰石粉掺量为20%、30%时,单位体积水泥含量与界面处水化产物量减少,导致界面黏结强度降低。