煤矿生产新材料0417

第五章煤矿生产新材料安全工程学院课程内容1注浆材料2高水速凝材料3超高水充填材料第一节注浆材料一、注浆技术的历史和发展

在地下工程施工中，经常会遇到水的威胁和不良地层的影响，严重时形成较大的事故，致使工程停滞，造成效大的经济损失。注浆技术是治理此类地下工程水害和加固软弱地层的重要技术手段之一，它包括堵水、截流、帐幕、岩土加固技术，广泛应用于矿山、冶金、水电、铁路、建筑、石化和某些军事工程中，尤其是在煤矿的生产建设中应用更为普遍。注浆材料是指具有良好的流动性能，借助泵送设备可渗入到地层裂隙中，在一定时间范围内能够凝固并具有一定强度的材料。新华网哈尔滨4月6日电(记者梁冬)记者6日从黑龙江省七台河市获悉，经当地安监部门初步核实，5日10时许，七台河市新兴区昌峰煤矿一井发生一起透水事故，目前已确认2人遇难，抢险救援工作正在紧张进行中。据介绍，事故发生后，矿主涉嫌瞒报，后经群众举报，当地安监及公安等部门经走访调查、咨询相关当事人，最终认定了该起事故的发生，并已确认有2人在事故中遇难。目前，事故原因及遇难人数仍在进一步核查中。央广网大同4月20日消息据中国之声《新闻纵横》报道，昨天下午6点50分左右，山西省同煤集团地煤公司姜家湾煤矿发生透水事故，该矿当班有247人下井，其中223人安全升井，还有24人被困井下。姜家湾煤矿是生产矿井，年生产能力90万吨第一节注浆材料一、注浆技术的历史和发展注浆材料发展也很快。第一个采用化学浆液注浆的实例是在1920年，荷兰矿山技师尤斯登(Joodcn)首先发明了使用水玻璃—氯化钙浆液注浆加固地层的方法。

充填注浆固结注浆帷幕注浆堵水水泥浆液化学浆液发展注浆方法注浆材料注浆工艺注浆范围注浆设备单液浆双液浆地面竖井预注浆帷幕注浆堵水井下工作面堵漏单液柱塞双液比例注浆孔长几十米成百上千石灰、粘土第一节注浆材料一、注浆技术的历史和发展我国注装技术的发展，从注浆法主要以浆材及其应用为标志而言，远古时期的“女锅五色石以补苍天，积芦灰以止淫水”（《淮南子．览冥训》）姑且不论，新石器时代用石灰掺粘土浆来加固地基的史料，也属后人追记难以肯定。但是，4000多年前的采用石灰浆制作的石灰、砂与粘土等浆液混合成的“三合土”作砌料,长城至今魏然屹立在中华大地上’可谓注浆在中国应用成功的典型。二、注浆技术在我国工程中应用1953年，在黑龙江佳木斯市采用水玻璃进行注浆堵水。1959年6月，三峡岩基专题研究组在北京召幵的长江三峡工程水泥注装材料研究会上，提出首份‘‘塑化剂对水泥分散稳定性的影响报告”。1968年，广州化学研究所研制出以糠酵-丙酮为稀释剂的环氧树脂化学浆材。1973年，天津大学等单位研究开发出聚氧酯（即氰凝）化学浆材。1974年，华东勘测设计研究院科学研究所研制出水溶性聚氨醋(HW)浆材。1979年，长江科学院、广州化学研究所等研制出弹性聚氨酯浆材，成为我国独创化学浆材之一，并为长江葛洲坝水利枢纽工程的薄层封闭式护坦止水做出重要贡献。1988年，中铁遂道集团科研所研制出改性水玻璃浆材，较好地解决了北京地铁粉细砂层的注浆难题，从而使浅埋暗挖法在北京地铁大量推广应用。中国水利水电科学研究院研究出SK-E、中国水利水电基础工程局科学研究所研制出JS、广州化学研究所研制出‘‘中华-798”等一批改性环氧浆材。同时期，成功采用水泥-水玻璃双液装对衡广复线大瑶山隧道F9断层、军都山遂道泥石流段进行堵水固结，从此’地下工程注架堵水技术得到了大范围推广应用。1996年，中铁隧道集团科研所针对广州地铁杨算-体育西路区间隧道动水粉细砂层’研究开发了超细水泥-水玻璃双液浆，并将其成功应用于该工程的注裝堵水、加固中。1997年，中铁險道集团科研所针对深圳向西路人行通道工程动水粉细砂层，研究开发出TSS注装管材专利产品，并将其成功应用，自此，动水粉细砂层注装技术基本完善。三、注浆分类预注浆后注浆指在井巷、硐室等地下构筑物开凿前所进行的注浆工作。煤炭行业常用的有地面预注浆和工作面预注浆两种。用预注浆法进行堵水和岩土加固，使事故防患于未然。指在井筒、巷道、硐室等构筑物掘砌以后所进行的注浆工作。常见的后注浆有壁后注浆、深孔围岩注浆、壁内注浆和裸体巷道注浆。它是煤矿生产建设中最常用的注浆方法之一。1、按注浆工作与井巷、硐室的掘进顺序分类注浆分类水泥注浆化学注浆粘土注浆2、按使用的注浆材料进行分类浆液材料以水泥为主，包括添加其他少量的附加剂。浆液材料以粘土为主，包括粘土和水泥浆。注浆材料以化学药液为主剂。注浆分类3、按浆液进入地层产生的能量方式进行分类静压注浆高压喷射注浆浆液用注浆泵送入，使浆液压入或渗透入受注地层称为静压注浆。利用高压泵输送浆液，并通过特殊的喷嘴产生具有巨大能量的喷射流，切削地，与土、砂颗粒搅拌、混合、凝结称为高压喷射注浆。注浆分类充填注浆挤压注浆渗透注浆4、按浆液在地层中运动的方式进行分类用浆液充填大裂隙、洞穴或冒落空间。将浆液均匀地注入岩石的裂隙或砂土孔隙，形成近似球状或柱状注浆体，注浆过程中地层结构不受扰动和破坏。也叫劈裂注浆。依靠注浆压力迫使浆液在地层中压开各种各样的通道来挤入地层，浆液多呈现脉络状或树枝状固结，使松软地层挤压密，所以在地基加固中也称之为压密注浆。置换注浆通过一定的方法把受注地层中的砂、土逼放出来，形成的空间用浆液充填，称之为置换注浆。此方法多用于立井通过流砂层的注浆施工中。高压喷射注浆利用高压喷射流的动能进行注浆。注浆分类5、按注浆工艺流程分类单液注浆双液注浆用一台注浆泵和一套输浆系统完成注浆工作称为单液注浆应用两台注浆泵或一台双液注浆泵和两套输浆管路同时注浆，两种浆液在混合器混合后，注入含水岩层或需加固的岩层中，称为双液注浆。注浆分类6、按注浆目的分类加固注浆堵水注浆主要是加固松软地层和破碎带，如受动压压垮型巷道的加固注浆、建筑物地基基础的加固注浆等。注浆法的分类多种多样，一般来讲各行业都按习惯划分，如煤炭行业多按施工时间进行分类，即预注浆和后注浆。但这样分类比较粗，不够具体。在实际应用中常常根据具体的注浆工程再做详细的区别，如封堵大面积散水、封堵特大突水、过流砂层、帷幕注浆等，虽然可以包含在预注浆和后注浆之中，但这样更具体，并且不同的注浆工程都需要一套特定的技术和工艺，更易于区别。四、注浆材料及其特点以改良地基和岩体为目的，在地基或者岩石中注入的材料称为注浆材料。此外，在建筑物和地基的界面，如巷道和隧道及井筒的壁后充填堵水等使用的材料也被称为注浆材料。（二）对注浆材料的一般要求（一）注浆材料定义①浆液粘度低，流动性好，可注性好，能够进入细小缝隙和粉细砂层；②浆液凝固时间可以在宽域时间内任意调节，并能人为地加以准确控制；③浆液的稳定性好，常温、常压下存放一定时间不改变其基本性质，不发生强烈的化学反应；四、注浆材料及其特点④浆液无毒、无嗅，不污染环境，对人体无害，属非易燃、易爆物品；⑤浆液对注浆设备、管路、混凝土建筑物及橡胶制品无腐蚀性，并且容易清洗；⑥浆液固化时，无收缩现象，固化后有一定的粘结性，能牢固地与岩石、混凝土及砂子粘结；⑦浆液结石率高，结石体有一定的抗压强度和抗拉强度，不龟裂，抗渗性好；⑧结石体应具有良好的耐老化特性和耐久性，能长期耐酸、碱、盐、生物菌等的腐蚀，并且其温度、湿度特性与被注体相协调；⑨注浆后材料颗粒应有一定的细度，以满足注浆效果，但颗粒越细，浆液成本也就越高；⑩浆液配制方便，操作简单，原材料来源丰富，价格合理，能大规模使用。五、注浆材料的分类（一）、无机系列注浆材料（1）、单液水泥

以水泥为主包括添加一定量的附加剂，用水配制成浆液，采用单液方式注入，这样的浆液称为单液水泥浆。所谓附加剂，系指水泥的速凝剂、早强剂、塑化剂、悬浮剂等。水泥基注浆材料特点：①水泥作为注浆材料，来源丰富，价格低廉；②浆液结石体强度高，抗渗性能好；③采用单液方式注入，工艺及设备简单，操作方便；④由于水泥是颗粒材料，可注性差，难以注入中细粉砂层及细裂隙岩层；⑤水泥浆液初、终凝时间长，不能准确控制，容易流失，结石率低。（一）无机系列注浆材料（2）、水泥粘土类浆液在单液水泥浆液中，根据施工目的和要求不同，有时需加入一定量的粘土，虽可以将粘土看作水泥的附加剂，但由于粘土的加入量有时比水泥的量还多，故单列为一类，称为水泥粘土类浆液。水泥粘土类浆液材料特点：①水泥粘土类浆液较单液水泥浆液成本低，流动性好，抗渗性强，结石率高；②水泥粘土类浆液抗压强度因配方不同有所差异，一般情况为5～10Mpa，相比单液水泥浆有所下降，只适用于充填注浆；③浆液材料来源丰富，价格低廉，采用单液注入工艺，设备简单，操作方便；④浆液无毒性，对地下水和环境无污染，较之使用化学药剂为添加剂的浆液更安全。（一）无机系列注浆材料（3）、可控域粘土固化浆液可控域粘土固化浆液是以粘土为主剂加入一定量的添加固化剂而成的浆液，由于对粘土的要求低，一般都就地取材，因此具有浆液成本低、来源广、应用范围大等特点。。可控域粘土固化浆液的特点：①浆液以粘土为主要成分，占80～85%，粘土可就地取材，浆液成本低，相当于水泥浆液的1/3左右；②浆液具有高分散性和高可控流动性，且其结石不收缩，堵水率可达90%以上；③浆液可泵性好，扩散半径可控，这样就大大降低了注浆钻孔费用，避免了浆液流失；④浆液具有抗水稀释性、流变可控制等特点，因而它能在动水状态下（甚至高速流水）以及大溶洞条件下进行注浆，可避免水泥浆液在此状态下无法避免的浆液损耗；⑤浆液结石体塑性强度高（一般可达0.1～2Mpa），化学稳定性好，具有良好的抗震性和化学侵蚀能力。（一）无机系列注浆材料（4）、水泥一水玻璃类浆液以水泥和水玻璃为主剂，两者按一定的比例采用双液方式注入，必要时加入附加剂所形成的注浆材料。水泥一水玻璃类浆液，是一种用途极其广泛、使用效果良好的注浆材料。水泥一水玻璃浆液的特点：①浆液可控性好，凝胶时间可准确控制在几秒到几十分钟的范围内；②浆液结石体强度高，可达10～20Mpa；③浆液的结石率高，可达100%；④结石体的渗透系数小，为10-3cm/s；⑤该浆液适宜于0.2mm以上裂隙及1mm以上粒径的砂层使用；⑥材料来源丰富，价格便宜，浆液对地下水和环境无污染。（一）无机系列注浆材料（5）、水玻璃类浆液水玻璃类浆液是指水玻璃在固化剂作用下产生凝胶的一种注浆材料。常用水玻璃浆液（1）水玻璃一氯化钙浆液（2）水玻璃一铝酸钠浆液（3）水玻璃一硅氟酸浆液（4）其他类水玻璃浆液（二）有机系列注浆材料丙烯酰胺类浆液有机注浆材料木质素类浆液化学浆液单体毒性浆液粘度小凝胶时间可控凝胶体抗渗性能好凝胶体抗压强度低纸浆废液一重铬酸钠浆液纸浆废液一三氯化铁一重铬酸钠浆液纸浆废液一铝盐及铜盐一重铬酸钠浆液硼砂铬木质素浆液铬木质素浆液硫木质素浆液脲醛树脂类浆液脲醛树脂浆液尿素一甲醛浆液改性脲醛树脂液聚氨酯类浆液其他有机类浆液聚氨酯类浆液（1）非水溶性聚氨酯浆液非水溶性聚氨酯浆液是由多异氰酸酯和多羟基化合物聚合而成，当该浆液制备时可分为“一步法”和“二步法”两种。“一步法”就是在灌浆时，将主剂的组分和外加剂直接一次混合成浆液。“二步法”又称预聚法，是把主剂先合成为聚氨酯的低聚物（预聚体），然后，再把预聚体和外加剂按需要配成浆液，这样可以缓和反应，减少放热，便于控制胶凝时间。聚氨酯类浆液（2）非水溶性聚氨酯浆液非水溶性浆液的特点①浆液是非水溶性的，遇水开始反应，因此不易被地下水冲稀或冲失；②浆液遇水反应时发泡膨胀，进行二次渗透，扩散均匀，注浆效果好；③结石体抗压强度高；④采用单液系统注浆，工艺设备简单。聚氨酯类浆液（3）水溶性聚氨酯浆液水溶性浆液的特点①浆液能均匀地分散或溶解在大量水中，凝胶后形成包有水的弹性体；②结石体的抗渗透性能好，一般在10-6～10-8cm/s之间；③浆液的凝胶时间可以根据催化剂或缓冲剂的用量在数秒到数十分钟之间调节。煤矿常用注浆材料及应用范围1、岩层注浆加固目的：煤矿巷道注浆加固的目的是提高破碎围岩的强度与整体性，改善其力学性能，提高破碎煤岩体在采掘过程中的稳定性，控制围岩变形与破坏，避免和减少破碎围岩造成的冒顶、片帮事故。分类：围岩性质永久加固短期临时加固井筒、大巷、专用硐室加固掘进工作面过构造区高应力区加固，回采工作面两端头、三角煤加固、回采巷道、工作面开切眼及回撤通道加固等煤矿常用注浆材料及应用范围分类岩裂隙类型裂隙型破碎围岩加固和疏松型软围岩裂隙成因原生裂隙破碎型弱破碎围岩加固采掘动压应力变化破坏型围岩加固锚注加固巷道修复煤矿常用注浆材料及应用范围(1)注浆提高巷道围岩结构面的强度和刚度。作用(2)充填压密裂隙。(3)注浆封闭水源、隔绝空气。(4）注浆加固改善支护体受力状态煤矿常用注浆材料及应用范围(1)XX矿采动影响巷道围岩注浆加固。应用实例(2)XX东翼大巷壁厚注浆加固。(3)XX矿九采回风石门断层破碎带注浆加固。文本文本煤矿常用注浆材料及应用范围2、井下冒落空间充填充填前充填后文本文本煤矿常用注浆材料及应用范围2、井下冒落空间充填文本文本煤矿常用注浆材料及应用范围3、堵水注浆注浆堵水是以注浆泵为动力源，利用泵的压力把配置好的具有充塞胶结性能的浆液，通过注浆孔注入含水岩层中，浆液以充填或渗透等形式驱走岩石裂隙或孔隙中的水，达到封堵裂隙隔绝水源的目的，从而起到永久堵水的作用，确保工程施工质量。煤矿常用注浆材料及应用范围3、堵水注浆分类井筒注浆帷幕注浆巷道封堵注浆突水构造注浆突水水源封堵注浆注浆截留煤矿常用注浆材料及应用范围3、堵水注浆应用案例东荣X矿井底车场回风巷道堵水注浆工程山西铁峰煤业XX矿8#皮带大巷综合防治水技术XX煤矿西大巷挡水墙注浆密闭工程鸡西某煤矿井筒流砂层注浆堵水工程煤矿常用注浆材料及应用范围4、注浆防灭火注浆防灭火即将不燃性注浆原料（粘土、粉煤灰、矸石以及啥等固体材料）细粒化后与水按一定配比制成悬浮液，利用静压或动压，经由钻孔或输浆管水力输送至矿井防灭火区，以阻止煤炭氧化或扑灭自燃的煤体。应用：东荣X矿矸石山注浆灭火工程煤矿常用注浆材料及应用范围5、其他应用注浆封孔瓦斯抽采钻孔水力压裂钻孔深孔松动爆破钻孔超前探放水钻孔煤层帷幕本煤层瓦斯抽采卸压带帷幕注浆以一定压力将封孔材料压入钻孔周围裂隙，提高封孔效果。第二节高水速凝材料高水速凝材料指在水灰比大于或等于1.5:1的高水灰比条件下，能够快速凝结，全部固化的一类用于沿空留巷巷旁充填和围岩注浆工程的胶结材料，也叫高水充填材料。高水速凝材料用于沿空留巷巷旁充填，充填体现场浇筑，充填体从煤层底板到顶板是一密实的整体，具有增阻速度快、支撑能力大、密闭性能好、机械化程度高等一系列优点，是沿空留巷巷旁支护技术的发展方向之一。主要应用于采空区充填、巷旁充填等。43（一）沿空留巷技术优势提高采出率沿空留巷技术可以提高采出率10%以上。采掘衔接紧张

可以降低巷道掘进率30%以上，缓解采掘接替。突出矿井

不需要重掘巷道，减少钻探工作量，大大缓解采掘衔接紧张问题。瓦斯治理及防灭火

实现Y型通风，彻底治理隅角瓦斯问题；解决好充填体较煤柱密实接顶，减少空区漏风，有利于采空区防火。通过综合分析，沿空留巷可以解决以下问题：

高水沿空留巷技术

高水沿空留巷技术

大型自移式充填支架控制围岩“大型自移式充填支架”使充填区域围岩得到有效控制，更安全可靠；不受采面支架制约，相互配合更灵活；方便充填袋的架设；延长了充填体有效保护时间；能适应高产大采高综采工作面沿空留巷要求。

高水沿空留巷技术充填支架地面实照充填支架井下实照采空侧充填支架井下实照巷道侧46泵站、管路及充填点等相互位置平面布置示意图某矿高水速凝材料巷旁充填系统皮带下山轨道下山混合器6高水沿空留巷技术47泵站、管路及充填点等相互位置平面布置示意图某矿高水速凝材料巷旁充填系统皮带下山轨道下山混合器

高水沿空留巷技术48①充填袋架设架设模板，吊挂好充填袋，完成充填前准备工作。充填点工艺步骤②充填过程监控对充填过程中出现的问题进行处理，并与泵站保持沟通。③充填点结束当充填工作结束后，对充填点进行梳理，做好交接工作。

高水沿空留巷技术49井下留巷效果实照留巷一年后效果实照

高水沿空留巷技术50井