主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
高性能无机-有机复合注浆材料研究
  • 作者

    管学茂张海波杨政鹏李海艳路建军狄红丰帅波徐驰王国普

  • 单位

    河南理工大学 材料科学与工程学院河南省深地材料科学与技术重点实验室中煤新集能源股份有限公司

  • 摘要

    针对千米深井巷道围岩大变形控制难题,提出了支护-改性-卸压“三位一体”协同控制技术,其中要求注浆改性材料具有“高渗透、高强度、高黏结”性能。“高渗透”可以通过减小粒度、增加界面润湿性来实现;“高强度”可以通过优选快速水化矿物,添加纳米增强材料来实现;“高黏结”可以通过添加有机调节剂,增加界面润湿并形成强化学键来实现。本文以超细化的硫铝酸盐水泥熟料、石膏、石灰为主要原料,通过优化配比研发了无机注浆材料,材料粒径D95<7.0 μm,最佳配比为硫铝酸盐水泥熟料、石膏、石灰质量比5∶4∶1;合成了纳米锂铝类水滑石增强材料,具有锂离子增强和纳米晶核诱导结晶双重协同增强作用,当掺量为无机注浆材料质量的2%时,抗压强度提高145%,达到12.3 MPa;采用“一锅法”合成了两亲性有机调节剂,掺量为无机注浆材料质量的3%时,可以将水与煤表面接触角从72.80°减小到19.23°,并在注浆材料与裂隙表面间形成氢键作用,显著改善界面润湿性,增加界面黏接强度。以无机注浆材料、纳米锂铝类水滑石、有机调节剂按95%,2%,3%的质量百分比混合制备了微纳米注浆材料,材料初、终凝时间分别为2.5,6.9 min,2 h抗压强度为12.5 MPa,煤的黏结强度大于煤自身拉伸断裂强度。微纳米注浆材料在口孜东矿进行了超前注浆应用,可以良好注入10 μm开度的裂隙,与裂隙表面结合紧密,锚杆拉拔力由注浆加固前的80 kN提高到注浆后的140 kN。


  • 关键词

    千米深井微纳米注浆材料纳米增强有机调节剂黏结强度

  • 作者简介

    管学茂(1965—),男,湖北石首人,教授,博士生导师。E-mail:guanxuemao@hpu.edu.cn。通讯作者:张海波(1974—),男,河南焦作人,副教授,博士。E-mail:zzhb@hpu.edu.cn

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