一種煤礦奧灰高承壓水底板裂隙注漿材料及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及注漿材料。
【背景技術】
[0002]奧灰是指奧陶紀灰巖。地殼中的奧陶紀灰巖存在大量的儲水溶洞，有些煤礦長期受奧灰水的威脅。當奧灰水處于高位時，通過自生裂隙和隔水層采動裂隙涌入煤礦工作面，造成淹井事故。目前的治理方法是對奧灰底板進行注漿，封堵裂隙。現有的底板注漿工程，注漿材料普遍采用單液水泥漿和粘土水泥混合漿，其中水泥-粘土漿液的材料中，水泥含量40%、粘土含量60%。而對于煤礦企業在開展大規模注漿工程中，特別是在高承壓奧灰隔水層注漿改造工程中，不僅需要消耗大量水泥，為降低注漿成本提高漿液性能，通常加入粘土節約成本，對自然資源破壞大。
[0003]煤矸石作為礦山企業生產的副產品，大量堆棄于礦井周圍，其內部由于具有部分潛在的活性組分，時常用于建材產品的生產。是否可以考慮利用礦山周圍堆棄的煤矸石，作為注漿，減少對環境的危害，減輕煤炭企業對環境的污染治理成本，是值得研究的問題。目前，有的對注漿材料添加煤矸石，但在早期強度和富裕強度方面不穩定，所以煤矸石摻量極少。廢棄矸石山作為煤炭企業主要的工藝廢棄物大量堆積于煤炭企業周圍給環境造成了嚴重的污染和危害，并同時帶來占用了土地、資源浪費等諸多問題。在當今世界經濟、社會發展和我國改革建設面臨的人口、資源、環境三大問題中，礦山廢棄煤矸石就與其中兩項相關。因此，綜合利用礦山煤矸石，使之變廢為寶、化害為利，對節約資金、改善環境、提高效益，對于促進經濟增長方式的轉變，實現礦產資源的優化配置和礦業開發可持續發展，具有十分重要的作用，也是我國礦業工作者面臨的重要使命。
[0004]另外，注漿材料的強度是一個重要的性能指標，國家相關標準對不同的注漿工程都有明確的要求。特別是在礦山領域，注漿工程的安全要求極高，對注漿材料的強度提出了更高的要求，不僅要求注漿材料達到相關標準，而且根據施工的需要，在早期強度和富裕強度方面提出新的要求。另外，漿液的流動度和和易性是注漿材料的一個重要指標，特別是對于大埋深高水壓注漿工程，良好的流動度和和易性，可以有效提高注漿工程效率，保證注漿工程效果，同時便于施工人員操作，有利于注漿設備使用。還有，漿液結石體的抗滲性能是注漿材料的一個重要指標，特別是在奧灰隔水層注漿改造工程中，當漿液注入巖層后，在水壓作用下漿液結石體的抗滲能力是保證后續安全開采施工的重要保證。所以在注漿材料中添加摻加煤矸石后，在凝膠時間、結石體強度、流動度、抗滲性能、和易性和可注性等發明要符合上述要求。因此，對煤矸石的摻量、物理粉磨粒度、活性還要進一步研究。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是為了將大量廢置的煤矸石材料資源化利用，減少對環境的危害，減輕煤炭企業對環境的污染，節約注漿材料成本，提出一種以煤矸石為主要原料的煤礦奧灰高承壓水底板裂隙注漿材料。
[0006]—種煤礦奧灰高承壓水底板裂隙注漿材料，其特征在于，它由60份的煤矸石粉、25-30份的普通硅酸鹽水泥和10-15份的粘土先混合后再粉磨而成；要求混合前的煤矸石粉的顆粒粒徑小于45un，上述份數為重量份。
[0007]上述原料最優配比為:煤矸石粉60份、普通硅酸鹽水泥30份、粘土 10份。
[0008]上述煤礦奧灰高承壓水底板裂隙注漿材料制作方法，其特征在于:
[0009]第一步、用球磨機將煤矸石球磨25min后，過200目方孔篩，取篩下煤矸石粉狀物備用；用勃氏透氣儀測定其粉狀物料堆積密度應為2.45g/cm3，比表面積應為330m2/kg ;
[0010]第二步、取60重量份的煤矸石粉狀物、25-30重量份的普通硅酸鹽水泥、10_15重量份的粘土充分混合；
[0011]第三步、將上述混合物再粉磨25min后，稱重分裝，制得成品。
[0012]本發明的積極效果是:
[0013]1.由于煤矸石提到地面后經過風化日曬或自燃，化學性質發生了顯著變化，硅含量高，CaO含量較低，S12的含量一般在50%左右，活性較低；鋁含量高，Al 203含量高達16%以上，說明煤矸石組分較為穩定性，但活性礦物較少；煤矸石中(Ca0+Mg0+K20+Na20)/(Si02+P205)比值較低，屬于低堿度礦物；所以通過采用物理粉磨方法提高了材料各組分的活性，加速材料的水化速度，提高了注漿材料的早期強度。
[0014]2.經試驗，用球磨機分別將煤矸石粉磨20min、25min、30min，200目過篩后，通過對三組煤矸石粉的細度、粒度及比表面積測試發現，粉磨25min和30min時的粒度分布差異微小，約98%的顆粒粒徑小于45un，I?90um區間分布的顆粒明顯比粉磨20min的穩定，堆積密度為2.45g/cm3，比表面積為330m2/kg ;所以煤矸石粉磨時間定為25min。該粒度對提高硬化漿體的密度和抗滲性具有顯著效果，對結石體力學性能提高有一定的積極作用，增加了對奧灰底板裂隙注漿的可行性。
[0015]另外25min粉磨時間為經濟時間，超過25min意義不大，浪費能耗。
[0016]3.采用先將煤矸石粉磨至一定細度，再與粘土、水泥混合粉磨相同時間制得成品，即避免了物料的過細粉磨，降低了粉磨能耗，又使所制備的注漿材料具有良好的顆粒級配，水化后結石體孔隙率低、密實度高，從而大幅度提高了材料的強度和注漿效果。
[0017]4.所用粘土一般比重約為1.70g/cm3，外觀呈暗紅色，粘土中大部分為氧化物，以硅氧化物和鋁氧化物為主，其中還含有少量鎂氧化物。所以注漿材料中加入適量粘土可以有效提高漿液的流動度和和易性，改善漿液工作性能。
[0018]5.本發明經濟與社會效益顯著，在滿足煤礦具體深部高承壓灰巖改造的基礎上，充分利用煤矸石(60%)降低注漿材料成本，粘土是一種相對廉價且容易獲取的原材料，在節約成本的同時，又達到注漿材料的各項指標要求，使煤礦可以充分利用廢棄煤矸石對奧灰隔水層進行治理，可有效降低注漿治理成本，提高企業效收益，有利于改善礦區周圍環境。
[0019]成本對比:按普通硅酸鹽水泥42.5為300元/噸，粘土為75元/噸，煤矸石為25元/噸(只計算設備折舊費、人工費，煤矸石本身不計費)，可以得出:
[0020]現有的水泥(40%)_ 粘土(60% )漿液成本:300*0.4+75*0.6 = 165 元 /