纳米硅溶胶-超细水泥基浆液性能研究

工程实践表明,深井煤矿的渗水问题难以解决,亟需研发一种适用于微裂隙环境的新型低粘度超细水泥基浆液。为获得一种能够较长时间保持低粘度状态且稳定性良好的超细水泥浆液,使用纳米硅溶胶对超细水泥浆液进行改性处理。以浆液粘度、析水率、抗折抗压强度为评价浆液性能的指标,选取纳米硅溶胶掺量、超细粉煤灰掺量、减水剂掺量、水灰比4个因素为浆液性能的影响因素,开展正交试验。结果表明:纳米硅溶胶掺量与水灰比对浆液性能影响显著,水灰比上升,浆液粘度降低,抗折抗压强度降低,析水率升高。纳米硅溶胶掺量增加,浆液粘度会有所增高,但结实体抗折抗压强度降低,析水率也会降低。     

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。     

纳米材料改性水泥浆液凝结与流动特性试验研究

为解决深部地下岩体微裂隙难以注浆的难题,通过物理试验与正交试验相结合的方法,综合研究超细粉煤灰掺量、纳米硅溶胶掺量、减水剂掺量和水灰比4个因素对浆液凝结特性及流动特性的影响规律。试验结果表明:水灰比对于改性水泥浆液性能的影响较大,水灰比的增大会使浆液凝结时间增长,黏度、结石率明显下降。减水剂和超细粉煤灰能够有效提升浆液的流动特性。纳米硅溶胶对于浆液的凝结特性有着显著影响,纳米硅溶胶掺量增多,浆液的凝结时间减少,结石率上升,黏度略微上升。     

高强度低黏度注浆材料配比试验研究

为满足微裂隙岩体注浆加固要求,需研究一种强度高、黏度低的高性能注浆材料。选用超细水泥、硅粉、超细粉煤灰、聚羧酸系减水剂为原料,结合单因素试验和正交试验,对浆液进行改性。试验结果表明：在水泥中掺加4%～12%的硅粉,浆液的结石体强度可以提高8%～34%|用超细粉煤灰替代一定量的水泥,可以降低浆液的黏度,当粉煤灰替代量超过20%后,浆液黏度不再降低,达到作用极限值|聚羧酸系减水剂对于降低水泥浆液的黏度有着显著效果,掺加0.1%～0.5%的减水剂,浆液的黏度可以降低25%～90.6%,减水剂掺量越高,浆液析水率越大,浆液越不稳定|当水灰比为0.8、硅粉掺量为10%、粉煤灰代替量为20%、减水剂掺量为0.3%时配置的浆液性能最优,新型浆液结石体28d抗压强度为22.98MPa,比纯水泥浆液结石体的抗压强度提高13.6%,黏度为21.83s,比纯水泥浆液黏度降低89%。     

基于浆液流变参数时变性的超细水泥风氧化带注浆加固技术

以顾北煤矿13116工作面风氧化带回采为工程背景,在分析煤层赋存条件和基岩风氧化带特征的基础上,测定了超细水泥浆液的时变性流变参数和风氧化带顶板岩层的渗透特性参数,建立了针对顾北矿风氧化带顶板岩层渗透特性的基于浆液流变参数时变性的浆液扩散方程,进行了注浆工程设计。研究结果表明:水灰比0.6的超细水泥浆液是典型的流变参数时变性幂律型浆液,在可泵期内有较好的流变性,其流变参数可以通过高分散性纳米SiO2和聚羧酸减水剂来调控。对风氧化带注浆,必须在综合考虑岩体的有效渗透率Ke,孔隙率φ和浆液的时变性流变参数c0,k和n的基础上,合理地设计注浆压力和浆液扩散时间,才可以实现浆液在被注煤岩体中的高效扩散,切不可过度增加注浆扩散时间。     

纳米碳酸钙改性超细水泥注浆材料研究

研制了一种低粘度超细水泥复合浆液,以满足深井井筒微裂隙注浆堵水的要求。以超细水泥,纳米碳酸钙,减水剂和超细粉煤灰为试验材料,采取正交试验,研究了在不同水灰比,纳米碳酸钙掺量,减水剂和超细粉煤灰掺量的条件下,浆液的黏度、析水率、凝结时间和结石体抗压强度的变化规律。结果表明:随着水灰比增大、超细粉煤灰和减水剂掺量增加,黏度降低;随着纳米碳酸钙掺量增加,黏度先降低后小幅度升高;随着水灰比增大、超细粉煤灰和减水剂掺量增加,析水率有不同程度的增加;随着纳米碳酸钙掺量增加,析水率先增大后减小;随着纳米碳酸钙掺量增加,初凝和终凝时间都是先增大后减小,随着水灰比增大、超细粉煤灰和减水剂掺量增加,初凝和终凝时间都有不同程度的增大;水灰比增大,结石体28d抗压强度减小,随着纳米碳酸钙掺量增加,结石体28d抗压强度先增大后减小,超细粉煤灰掺量增加使28d抗压强度略有减小,减水剂对28d抗压强度影响很小,可忽略不计。     

水泥稳定浆液配比及适用条件研究

为了确定水泥稳定浆液的配比,研究了不同水灰比,不同外加剂含量条件下,水泥浆液的析水率、粘度、抗压强度、初(终)凝时间的变化特性,结果表明:水灰比为0.8,膨润土掺入量为2.5%,减水剂掺入量为0.8%时,水泥浆液的各项性能指标均满足稳定浆液的要求,且最经济,因此,该配比可作为水泥稳定浆液的适宜配比。然后,通过粘度时变曲线确定浆液的最佳可注时间为2h。最后,依据稳定浆液在裂隙中的流动特性,给出了稳定浆液的注浆压力、扩散半径与裂隙宽度的关系表达式。     

普通硅酸盐-硫铝酸盐复合水泥浆液流变特性试验

普通硅酸盐-硫铝酸盐复合水泥浆液在地质灾害快速治理工程中具有广阔的应用前景,但复合浆液的流变特性直接影响到应用效果。采用理论分析与试验相结合的方法对不同配合比的普通硅酸盐-硫铝酸盐复合水泥浆液的流变特性进行了研究。根据试验结果绘制了复合水泥浆液的剪切应力-剪切速率变化曲线;通过测定浆液的表观粘度随时间的变化情况分析了水泥浆液粘度的时变特性。试验结果表明,水灰比对复合水泥浆液的流型有较明显的影响,减水剂对浆液的流型无明显影响,但对浆液的流变参数的数值影响较大,研究结果对于工程应用具有一定的指导意义。     

基于黏度时变性的裂隙动水注浆扩散规律分析

为探究动水环境下黏度时变性浆液扩散规律，以NF水泥基浆液为研究对象，开展浆液黏度时变性试验，确定了黏度时变函数；基于水平集方法，通过在数值模型中自定义黏度时变性函数，实现了考虑浆液黏度时变性的动水注浆数值模拟，得到了考虑和未考虑黏度时变性的浆液扩散形态和扩散距离。结果表明：水灰比为0.6～1.0的NF水泥基浆液属于宾汉流体，其黏度随着时间的推移呈指数增长；浆液扩散过程中，流场中浆液黏度变化表现出稳定区和下降区2个阶段；其扩散形态由初始阶段圆形变化为椭圆形至最后稳定为U型；浆液扩散距离与时间呈正相关，并随水灰比的减小而减小；未考虑浆液黏度时变性所得扩散距离始终大于考虑浆液时变性所得扩散距离，且随着注浆时间的增加，浆液黏度时变特性对扩散距离的影响越显著。     

矿井底板突水新型注浆材料配比优化试验

为了改善超细水泥浆液在矿区煤层底板含水层的注浆加固改造工程中的应用效果,基于黏土和粉煤灰对超细水泥浆液性能影响,选用超细水泥、粉煤灰、黏土作为原料,掺入一定比例的石灰和氢氧化钠,采用正交试验设计方法,分别对黏土-粉煤灰-超细水泥浆液的配比进行了优化试验,得到了其中最优的配比方案.同时,分析了黏土、粉煤灰、石灰和氢氧化钠在该类型注浆材料中的作用机理.研究结果表明:掺加不同类型和不同比例的辅助材料对于超细水泥浆液性能的改善起到了较好的控制作用,为矿区底板裂隙水的注浆改造提供了优质材料.     

超细水泥防治孤岛工作面煤壁片帮

孤岛工作面的自身条件使得巷道矿压显现明显,回采过程中巷道煤壁片帮严重,威胁着回采巷道 的使用及工作面的安全生产,同时制约着工作面的推进速度。为解决这些问题,采用超细水泥防 治煤壁片帮。分析了超细水泥黏度随凝结时间变化关系,得到了混合浆液的流动性和凝结时间随 水灰比的增大而增强的结论;了解了注浆材料中加入适量膨胀剂后的效果,计算出体积膨胀率由 原来的1.09倍增加到1.18倍;实验室内做了K8113工作面煤样的抗压试验,测得煤样抗压强度为 2.234 MPa,将块状煤样与超细水泥按照质量比7∶3以上组成黏结骨架,72 h 后测黏结骨架的抗压强度为7.864 MPa。将超细水泥防治片帮的方法应用到K8113工作面后, K8113工作面现场实测数据表明该方法是可行的。     

水泥-粘土浆液护壁堵漏工艺研究及其工程应用

钻探工程中钻孔漏失常用纯水泥浆液进行堵漏,而针对矿区复杂地层钻进,漏失严重,易垮孔卡钻,为防止漏失及井内事故发生,必须使用高效的水泥堵漏浆液及合理的堵漏工艺。以道真新民铝土矿区为例,对水泥-粘土浆液护壁堵漏工艺进行研究,分析了水泥浆液中加入膨润土、水玻璃、减水剂后性能的变化规律,得出水泥堵漏浆液的优化配方。实际工程应用中取得了良好效果,大大提高了钻进效率。     

某金矿充填料浆流变性能及充填体强度的影响研究

料浆的配比对矿山料浆管道输送及充填体的单轴抗压强度有重要影响。以云南某金矿的尾砂作为实验原料,对质量浓度为64%到72%的料浆以及各灰砂比下的充填料浆进行流变实验分析,研究了质量浓度、灰砂比对屈服应力、表观粘度的影响,对不同配比、养护龄期的试件进行单轴抗压强度测试。实验结果表明,质量浓度、水泥掺量对料浆屈服应力和初始表观粘度呈正相关增长,质量浓度越大,对料浆屈服应力和初始表观粘度影响越显著,水泥掺量越多,对屈服应力和初始表观粘度影响越不显著。养护龄期由7d增至14d时,试件单轴抗压强度增幅最高可达200%,由14d增至28d时,最高仅达60%。     

粘度时变浆液的水化机制及其在治理基坑涌水中的应用

为了研究含助剂1号(纤维素类溶剂)、2号(合成硅钙早强剂)和3号(酰胺类稳定剂)的SJP型粘时变浆液的水化机制及其性能,通过引用温度、温变速率,进行SJP浆液与纯水泥浆的水化热对比试验,构建了SJP型粘时变型浆液的水化、硬化模型,揭示了2、3号助剂协调水泥二次水化的机理及助剂掺入依据。同时实验证明,SJP型粘时变浆液具有很好粘时变性,初配流动性好、可灌性强、初凝与终凝时间可控等良好特性,对于孔隙、裂隙发育地层及动水条件下注浆效果优于传统水泥浆,并在治理基坑涌水中得到了成功应用。     

改性粘土浆的试验研究

为取代矿区注浆帷幕截流工程所需的大量水泥，试验研究了改性粘土浆的塑性强度及影响因素，比重与粘度、稳定性等性能，进行了经济效益分析，并作出了综合评价。     

尾矿渣复合胶凝材料制备研究

以铁尾矿和铜矿渣为原料,成功制备了尾矿渣复合胶凝材料。通过分析球磨时间、胶砂比、料浆浓度、矿渣用量、碱激发剂、水泥熟料、养护条件与胶凝材料力学性能的关系,探讨矿渣胶凝体系制备过程影响因素,确定矿渣胶凝材料制备工艺条件。当矿渣胶凝体系配比为铜矿渣∶石灰∶石膏=80%∶4%∶16%、矿渣胶凝体系球磨时间25min,充填体中矿渣胶凝体系∶水泥熟料∶氢氧化钠∶铁尾矿=20%∶5%∶0.5%∶74.5%、料浆浓度为75%时为充填材料的最好配比,在此条件下,5%水泥填料,试块28d抗压强度为3.62MPa。试验中尾矿渣复合胶凝材料制备研究满足矿山充填胶凝材料的需求。     

化学激发酸性矿渣粉胶砂性能试验研究

以28天最优配方激发酸性矿渣粉为胶凝材料进行试验,分析了质量浓度、灰砂比、减水剂掺量、搅拌时间4个因素对砂浆流动度、失水率、干缩率、抗压强度的影响规律,并且针对灰砂比这一因素将水泥与矿渣粉胶凝材料浆液性能进行了对比。最后选取了合适的比例进行正交试验来优化各因素组合,使砂浆综合性能达到最优。     

高矿化度矿井水磁化配浆及在巷道过断层中的应用

为保障构造复杂区大巷安全快速掘进,超前对断层及其破碎带进行注浆加固。通过室内实验研究了高能磁和高矿化度矿井水对黏土、水泥浆液性能的影响。依据钻孔探测结果采用分类注浆技术,对断层及其破碎带进行了实践加固。结果表明：通过高能磁和高矿化度矿井水对浆液改性,可以提高黏土浆液的抗渗性约1个数量级,缩短水泥浆液初凝时间43min,提高水泥试块抗压强度30.8%-31.1%。对断层破碎区以改性水泥浆液注浆加固为主,对断层相对完整区以改性黏土浆液注浆封堵为主,对断层-巷道交汇区以化学浆液注浆为主的分类注浆技术有效保障了大巷安全快速通过断层。研究成果为构造复杂矿区巷道过断层提供了借鉴。