一种用于矿井灰岩含水层改造的黄河沙注浆材料

摘要

本发明公开了一种用于矿井灰岩含水层改造的黄河沙注浆材料。包括以下重量份的原料：黄河沙20‑50份，煤矸石30‑60份，含粘土煅烧料0‑20份，水泥0‑5份，速凝剂10‑15份。所述含粘土煅烧料为烧粘土和/或水泥熟料。本发明利用黄河沙为主要原料，既能降低注浆料的成本，也能使黄河沙得到利用，缓解了现有技术中注浆料生产能耗大、矿井灰岩含水层注浆封堵及加固等问题，具有充分利用现有固废、节约能源、保护社会环境等有益效果。既能使用低成本的黄河沙作为矿井灰岩含水层注浆材料又能解决使用黄河沙带来的吸水率高、膨胀率大等问题。

权利要求

1.一种用于矿井灰岩含水层改造的黄河沙注浆材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：黄河沙 20‑50份，煤矸石 30‑60份，含粘土煅烧料 0‑20份，水泥 0‑5份，速凝剂 10‑15份；

所述黄河沙中，粒径≤45目的占80wt%以上；所述黄河沙来自于济南段的黄河水自然沉淀；

所述煤矸石的粒径为10 20目；

~

所述含粘土煅烧料为烧粘土和/或水泥熟料；

所述烧粘土是经600〜800℃煅烧后的粘土；所述烧粘土的粒径不大于45目；

所述水泥熟料为硅酸盐水泥熟料；

所述水泥为425硅酸盐水泥；

所述速凝剂为J85型速凝剂。

2.权利要求1所述的黄河沙注浆材料在矿井灰岩含水层改造中的应用。

3.权利要求1所述的黄河沙注浆材料用于矿井灰岩含水层改造的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将原料称量好，添加水并置于搅拌机中搅拌得到黄河沙注浆料；原料与水的质量比为1：1；

（2）采用钻孔设备对矿井灰岩含水层进行钻孔作业，一次性钻孔到底然后采用步骤（1）制备的黄河沙注浆料进行注浆，注浆完成后，采用止浆塞将注浆的一段堵住，继续下一段的钻孔、注浆；或者采用步骤（1）制备的黄河沙注浆料对矿井灰岩含水层进行裂缝的封堵。

说明书

一种用于矿井灰岩含水层改造的黄河沙注浆材料

技术领域

[0001] 本发明涉及注浆材料技术领域，具体涉及一种用于矿井灰岩含水层改造的黄河沙注浆材料。

背景技术

[0002] 中国古籍记载“黄河斗水，泥居其七”。根据近代实测资料分析，进入黄河干流的多年平均年输沙量为16亿吨，含沙量为35千克/立方米。黄河沙量之多，含沙量之大，为世界大江大河之冠。随着黄河下游的泥沙淤积，导致河床被抬高，黄河也就成为了世界上著名的"悬河"。据统计，黄河一年有16亿吨泥沙带向中下游，其中有12亿吨冲入大海，余下的四亿吨淤积于河床。但黄河沙却很少被再利用特别是在建筑中使用，是因为黄河的沙子根本就不适合做建设材料。它比建筑用沙正好少一级，只能在特殊要求下掺用在混凝土中(比如防渗等要求时)。下游干流黄河淤沙只适合烧砖，只有中游和支流少数河段可以采砂。

[0003] 矿山水害治理注浆加固注浆材料消耗量很大，尤其是煤层顶板注浆加固时，一般水泥浆液凝固时间长，在裂隙中不易停留，水泥价格昂贵，不具有可控性、经济性。申请号为201910948480.7的专利公开了一种用于矿井灰岩含水层改造的大掺量固废注浆材料及方法，采用粉煤灰为主要原料作为矿井灰岩含水层改造的注浆材料。粉煤灰由燃料(主要是煤)燃烧过程中排出的微小灰粒，其粒径一般在1～100μm之间，是燃料燃烧的副产物。与粉煤灰相比，黄河沙天然存在于自然界中，成本更低。但使用黄河沙作物矿井灰岩含水层改造的注浆材料，会出现吸水率较高的问题，吸水率高会影响矿井灰岩含水层的作用。所以需要一种以黄河沙为主要原料的矿井灰岩含水层注浆材料，既能通过使用黄河沙进一步降低注浆材料的成本，又能解决吸水率较高的问题。

发明内容

[0004] 针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种用于矿井灰岩含水层改造的黄河沙注浆材料。本发明既能使用低成本的黄河沙作为矿井灰岩含水层注浆材料又能解决使用黄河沙带来的吸水率高、膨胀率大等问题。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0006] 本发明的第一方面，提供一种用于矿井灰岩含水层改造的黄河沙注浆材料，包括以下重量份的原料：

[0007] 黄河沙20‑50份，煤矸石30‑60份，含粘土煅烧料0‑20份，水泥0‑5份，速凝剂10‑15份。

[0008] 优选的，所述黄河沙中，粒径≤45目的占80wt％以上。

[0009] 优选的，所述煤矸石的粒径为10～20目。

[0010] 优选的，所述含粘土煅烧料为烧粘土和/或水泥熟料。

[0011] 优选的，所述烧粘土是经600～800℃煅烧后的粘土；所述烧粘土的粒径不大于45目。

[0012] 优选的，所述水泥熟料为硅酸盐水泥熟料，所述硅酸盐水泥熟料的粒径不大于45目。

[0013] 优选的，所述水泥为425硅酸盐水泥。

[0014] 本发明的第二方面，提供黄河沙注浆材料在矿井灰岩含水层改造中的应用。

[0015] 本发明的第三方面，提供黄河沙注浆材料用于矿井灰岩含水层改造的方法，包括以下步骤：

[0016] (1)将原料称量好，添加水并置于搅拌机中搅拌得到黄河沙注浆料；

[0017] (2)采用钻孔设备对矿井灰岩含水层进行钻孔作业，一次性钻孔到底然后采用步骤(1)制备的黄河沙注浆料进行注浆，注浆完成后，采用止浆塞将注浆的一段堵住，继续下一段的钻孔、注浆；或者采用步骤(1)制备的黄河沙注浆料对矿井灰岩含水层进行裂缝的封堵。

[0018] 优选的，步骤(1)中，原料与水的质量比为1：1。

[0019] 本发明的有益效果：

[0020] (1)本发明提供了一种以黄河沙、煤矸石、速凝剂为主要原料制备注浆材料的方法，该材料充分利用了工业废弃物，能够减少对环境的影响，成本低廉，易于制备。

[0021] (2)本发明解决了使用黄河沙造成注浆材料注浆后吸水率高、膨胀率大等问题，是黄河沙能够用于矿井灰岩含水层的封堵或加固。

附图说明

[0022] 图1为吸水率试验的照片。

具体实施方式

[0023] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

[0024] 正如背景技术部分介绍的，黄河沙由于含土量高，与建筑用砂存在很大差距，所以一般很难用于建筑领域，也无法在注浆材料中使用。即使作为注浆材料使用，注浆凝固后，注浆层容易吸水，造成注浆层无法使用。

[0025] 基于此，本发明的目的是提供一种用于矿井灰岩含水层改造的黄河沙注浆材料。本发明将黄河沙大量用于注浆材料，发明人通过试验发现：黄河沙和煤矸石配以速凝剂使用可以作为注浆材料使用，吸水率低、膨胀率小，通过加入含粘土煅烧料和少量水泥还可以进一步提高注浆材料的强度和凝结时间。

[0026] 为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。

[0027] 本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。

[0028] 说明：本发明中黄河沙来自于济南段的黄河水自然沉淀；

[0029] 速凝剂购自新泰市岱崮山水泥外加剂有限公司，型号为J85。

[0030] 实施例1

[0031] (1)取黄河沙进行研磨，使粒径小于45目的黄河沙占黄河沙总量的90wt％。取300g研磨好的黄河沙，350g煤矸石，100g速凝剂，750mL水。

[0032] (2)将上述材料分别置于搅拌机中搅拌均匀，得到黄河沙注浆料。

[0033] 实施例2

[0034] (1)取黄河沙进行研磨，使粒径小于45目的黄河沙占黄河沙总量的90wt％。取300g研磨好的黄河沙，350g煤矸石，200g烧粘土，50g 425硅酸盐水泥，100g速凝剂，1L水。

[0035] (2)将上述材料置于搅拌机中搅拌均匀，得到黄河沙注浆料。

[0036] 实施例3

[0037] (1)取黄河沙进行研磨，使粒径小于45目的黄河沙占黄河沙总量的90wt％。取黄河沙300g，煤矸石350g，硅酸盐水泥熟料200g，速凝剂100g，950mL水。

[0038] (2)将上述材料分别置于搅拌机中搅拌均匀，得到黄河沙注浆料。

[0039] 实施例4

[0040] (1)取黄河沙进行研磨，使粒径小于45目的黄河沙占黄河沙总量的90wt％。取300g研磨好的黄河沙，350g煤矸石，100g烧粘土，100g硅酸盐水泥熟料，100g速凝剂，950mL水。

[0041] (2)将上述材料分别置于搅拌机中搅拌均匀，得到黄河沙注浆料。

[0042] 实施例5

[0043] (1)取黄河沙进行研磨，使粒径小于45目的黄河沙占黄河沙总量的90wt％。取300g研磨好的黄河沙，350g煤矸石，150g烧粘土，50g硅酸盐水泥熟料，100g速凝剂，950mL水。

[0044] (2)将上述材料分别置于搅拌机中搅拌均匀，得到黄河沙注浆料。

[0045] 实施例6

[0046] (1)取黄河沙进行研磨，使粒径小于45目的黄河沙占黄河沙总量的90wt％。取300g研磨好的黄河沙，350g煤矸石，150g烧粘土，50g硅酸盐水泥熟料，50g 425硅酸盐水泥，100g速凝剂，1L水。

[0047] (2)将上述材料分别置于搅拌机中搅拌均匀，得到黄河沙注浆料。

[0048] 对比例1

[0049] (1)取黄河沙进行研磨，使粒径小于45目的黄河沙占黄河沙总量的90wt％。取300g研磨好的黄河沙，350g 425硅酸盐水泥，100g速凝剂，750mL水。

[0050] (2)将上述材料分别置于搅拌机中搅拌均匀，得到黄河沙注浆料。

[0051] 对比例2

[0052] (1)取黄河沙进行研磨，使粒径小于45目的黄河沙占黄河沙总量的90wt％。取300g研磨好的黄河沙，350g煤矸石，200g炉渣灰，100g速凝剂，950mL水。

[0053] (2)将上述材料分别置于搅拌机中搅拌均匀，得到黄河沙注浆料。

[0054] 对比例3

[0055] (1)取黄河沙进行研磨，使粒径小于45目的黄河沙占黄河沙总量的90wt％。取300g研磨好的黄河沙，350g煤矸石，200g粉煤灰，100g速凝剂，950mL水。

[0056] 对比例4

[0057] (1)取黄河沙进行研磨，使粒径小于45目的黄河沙占黄河沙总量的90wt％。取300g研磨好的黄河沙，350g煤矸石，200g 425硅酸盐水泥，100g速凝剂，950mL水。

[0058] (2)将上述材料分别置于搅拌机中搅拌均匀，得到黄河沙注浆料。

[0059] 采用《水泥胶砂强度试验》GB/T17671‑1999中规定的方法对实施例1～6和对比例1～4制备的黄河沙注浆料进行物理性能的检测，所得结果见表1。

[0060] 表1

[0061]

[0062]

[0063] 由表1可知，实施例1～6制备的黄河沙注浆料其物理性能均优于对比例1～4制备的黄河沙注浆料。说明本发明制备的黄河沙注浆料不仅凝结速度快，且机械性能高、膨胀率低，非常适合用于矿井灰岩含水层的填充。

[0064] 试验例

[0065] 将实施例1～6和对比例1～4制备的黄河沙注浆料分别注入高2cm，长10cm，宽2cm的模具中，静置7d后，脱模得到注浆块。使用同一带刻度量杯取10份容量相同的自来水水(总容量)倒入相同的塑料瓶将注浆块放入塑料瓶中，使自来水没过注浆块，封闭塑料瓶，常温静放24小时后(见图1)，将每个塑料瓶内的水分别倒入量杯统计容量(量杯水容量)。计算吸水率，所得结果见表2。

[0066] 计算公式：

[0067] 表2

[0068]

[0069] 由表2可知，实施例1～6的吸水率均低于对比例1～4的注浆料。实施例1～6吸水率基本相差不大，说明采用本发明的方法以黄河沙、煤矸石和速凝剂为主要原料，可以解决注浆材料注浆后吸水率过大的问题。使黄河沙可以应用于矿井灰岩含水层改造中。

[0070] 以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。