一种地质聚合物改性注浆材料及其制备方法与流程

本发明涉及地质注浆材料，具体涉及一种地质聚合物改性注浆材料及其制备方法。

背景技术：

1、采矿行业中，随着矿井向深部开采、静水压力越来越高，工作面底板受到高承压水威胁越来越严重。目前煤矿企业煤层底板注浆改造通常采用粘土-水泥注浆，在当前煤电成本走高情况下，水泥采购成本越来越高；同时，由于采挖粘土造成生态环境的破坏，粘土采购供应工作变得越来越困难。为此，迫切需要寻找新型注浆材料替代粘土、水泥浆液用于采煤工作面底板注浆改造加固。

2、此外，煤矸石是煤炭采掘和洗选过程中产生的主要工业固体废弃物，排放量约占煤炭总产量的15％～20％。随着煤炭资源的不断开采与利用，截至目前煤矸石的堆积量已超过60亿吨，并以年均约1.5亿吨的速度不断增长。煤矸石的大量堆积不仅造成严重的大气、水体及土壤污染，而且也会发生矸石山坍塌、滑坡和泥石流等灾害。大宗煤矸石固废的堆存和填埋不当，经日光曝晒及雨水浸淋所产生的浸出液及沥滤液中所含有害成分会直接进入土壤，破坏土壤微生物的生存条件，从而对土壤结构和土质产生有害影响。矸石因其结构稳定、呈化学惰性，综合利用率不高。矸石固废的危害从根本上降低了城市可持续发展能力，阻碍了地区经济发展。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种地质聚合物改性注浆材料及其制备方法，为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：①煤基固废矸石大量堆存、危害生态环境；②传统注浆材料成本高、采挖粘土造成生态破坏。

2、本发明提出的是一种地质聚合物改性注浆材料及其制备方法，其目的旨在解决现有煤矿底板防治水注浆材料的不足和大量煤基固废排放对生态环境造成的威胁。煤矸石结构稳定、属惰性材料，本发明利用复合激发剂和改性剂对煤矸石的结构进行破坏、解聚、再聚合，充分将煤矸石活化使其具有很强的胶凝性，制备出具有三维网状立体结构的地质聚合物改性注浆材料，该材料成本低廉、原材料易获取，具有抗酸耐腐蚀、微膨胀、流动性好、遇水不分散的特性。

3、本发明技术方案：一种地质聚合物改性注浆材料，其原材料包括煤矸石粉、脱硫石膏粉、微硅粉、复合激发剂、改性剂，其中煤矸石粉：脱硫石膏粉：微硅粉：复合激发剂：改性剂的质量比＝(80-100)：(5-10)：(5-10):(5-8)：(3-5)。

4、一种地质聚合物改性注浆材料的制备方法，所述煤矸石粉的制备：将堆存的煤矸石经过简单晾晒，进行初级破碎和二级破碎，通过雷蒙磨粉机进行磨粉、选粉，制得煤矸石粉，装入吨包袋中进行利用，储存环境应干燥防潮。

5、优选的，所述煤矸石粉的选粉粒径规格为400目-600目，堆积密度0.9-0.95g/cm3。

6、所述脱硫石膏粉为脱硫装置副产物经过脱水、烘干、磨粉、煅烧后的熟石膏粉，粒径≥200目。

7、所述微硅粉的平均粒径在0.1-0.3μm，其中细度小于1μm的占80％以上，比表面积为:20-28㎡/g。

8、所述复合激发剂为元明粉和熟石灰粉的混合物，其中元明粉和熟石灰粉的质量比为10：1。

9、优选的，元明粉所含na2so4≥99％，熟石灰粉所含ca(oh)2≥90％。

10、所述改性剂为凹凸棒石粉、海泡石粉和羧甲基淀粉钠的混合物。

11、优选的，其中凹凸棒石粉、海泡石粉、羧甲基淀粉钠的质量比为4：2：1，凹凸棒石粉、海泡石粉和羧甲基淀粉钠平均粒径≥3000目。

12、综上，本发明提供一种地质聚合物改性注浆材料及其制备方法，与现有技术相比，本发明具有以下优点：

13、流动性好，本发明的地质聚合物改性注浆材料制浆注入目标点后，其优良的流动性可增加浆液扩散范围，减少注浆孔，从而减少底板注浆改造的成本。

14、微膨胀不收缩，本发明的地质聚合物改性注浆材料具有微膨胀不收缩的特性，相较于水泥材料自身收缩特性，更适用于注浆堵水，具有0.5％-3％的膨胀性，可以很好的与围岩胶结。

15、绿色环保，本发明的地质聚合物改性注浆材料的原材料均为无毒无害材料，且主要原材料煤矸石粉、脱硫石膏粉和微硅粉属于固体废弃物，将废弃物资源化利用，推动企业绿色可持续发展。

16、高塑性强度，本发明的地质聚合物改性注浆材料1-3d龄期的塑性强度可达1000kpa，后又持续稳定增长，可见具有较好的堵水效果。

17、成本低廉，本发明的材料大量使用固体废弃物煤矸石、脱硫石膏等，综合制备成本低。且按照国家相关部委文件规定，“以矸换煤”，消耗一吨煤矸石，政府财政返还企业25元/吨资源税。

技术特征：

1.一种地质聚合物改性注浆材料，其特征在于，其原材料包括煤矸石粉、脱硫石膏粉、微硅粉、复合激发剂、改性剂，其中煤矸石粉：脱硫石膏粉：微硅粉：复合激发剂：改性剂的质量比＝(80-100)：(5-10)：(5-10):(5-8)：(3-5)。

2.一种地质聚合物改性注浆材料的制备方法，依据权利要求1中所述原材料，其特征在于，所述煤矸石粉制备方式为：将堆存的煤矸石经过简单晾晒，进行初级破碎和二级破碎，通过雷蒙磨粉机进行磨粉、选粉，制得煤矸石粉。

3.根据权利要求2所述的一种地质聚合物改性注浆材料的制备方法，其特征在于，煤矸石粉的选粉粒径规格为400目-600目，堆积密度0.9-0.95g/cm3。

4.根据权利要求2所述的一种地质聚合物改性注浆材料的制备方法，其特征在于，所述脱硫石膏粉为脱硫装置副产物经过脱水、烘干、磨粉、煅烧后的熟石膏粉，粒径≥200目。

5.根据权利要求2所述的一种地质聚合物改性注浆材料的制备方法，其特征在于，所述微硅粉的平均粒径在0.1-0.3μm，其中细度小于1μm的占80％以上，比表面积为:20-28㎡/g。

6.根据权利要求2所述的一种地质聚合物改性注浆材料的制备方法，其特征在于，所述复合激发剂为元明粉和熟石灰粉的混合物，其中元明粉和熟石灰粉的质量比为10：1。

7.根据权利要求6所述的一种地质聚合物改性注浆材料的制备方法，其特征在于，元明粉所含na2so4≥99％，熟石灰粉所含ca(oh)2≥90％。

8.根据权利要求2所述的一种地质聚合物改性注浆材料的制备方法，其特征在于，所述改性剂为凹凸棒石粉、海泡石粉和羧甲基淀粉钠的混合物。

9.根据权利要求8所述的一种地质聚合物改性注浆材料的制备方法，其特征在于，其中凹凸棒石粉、海泡石粉、羧甲基淀粉钠的质量比为4：2：1，凹凸棒石粉、海泡石粉和羧甲基淀粉钠平均粒径≥3000目。

技术总结本发明公开了一种地质聚合物改性注浆材料及其制备方法，本发明利用复合激发剂和改性剂对煤矸石的结构进行破坏、解聚、再聚合，充分将煤矸石活化使其具有很强的胶凝性，制备出具有三维网状立体结构的地质聚合物改性注浆材料，其中煤矸石粉：脱硫石膏粉：微硅粉：复合激发剂：改性剂的质量比＝100：8：5：5：3；所制得的底板注浆改造防治水用地质聚合物改性注浆材料检测数据如下：水胶比1：1制备浆液，测得其性能：流动度260mm；结石率99.8％；浆液初凝时间990min，终凝时间2112min；浆液3d塑性强度1211.6kPa；7d抗压强度达到8.82MPa；自由膨胀率0.3％。技术研发人员：黄港,朱孛,王少飞,陈海,王玉林,郭雅斌,张朋华,徐扬,徐飞越受保护的技术使用者：中能化江苏矿山生态研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/19