控制地表沉陷的离层注浆材料及其制备方法和注浆方法与流程

本发明涉及矿物开采
技术领域：
，具体涉及一种控制地表沉陷的离层注浆材料及其制备方法和注浆方法。
背景技术：
：据统计，我国采矿业每年占用和破坏的土地约达3.4万hm2，其中仅煤炭开采每年形成的地面塌陷就约达3.0万hm2，累计已达50万hm2。我国人均耕地面积仅是世界人均耕地面积的1/4，而目前土地损害如此严重，必须引起人们的足够重视。目前控制煤矿开采地表沉陷最有效的方法是充填开采和覆岩离层注浆。而充填开采相对离层注浆来讲，充填管路系统、充填设备及充填材料投资成本过高，因此，目前覆岩离层注浆技术越来越被重视，离层注浆材料一般采用粉煤灰和水混合而成的灰浆，但是因为粉煤灰颗粒很轻，不但对运输装置提出严格要求，而且还极易对环境造成污染，另外离层注浆材料一般采用粉煤灰和水混合而成的灰浆，而粉煤灰胶结能力较弱，一旦灰浆在离层中失水以后，固结的粉煤灰很难保证有足够的强度限制上覆岩层的运动，控制地表变形。技术实现要素：(一)本发明所要解决的技术问题是：现有技术中采用离层注浆采用粉煤灰，存在运输困难、污染环境的问题。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本发明一个实施例提供了一种控制地表沉陷的离层注浆材料，由以下重量分组分构成：20-30重量份的水，45-65重量分的煤矸石粉，5-15重量份的添加剂；所述煤矸石粉细度为100-180目。根据本发明的一个实施例，所述添加剂为悬浮剂。根据本发明的一个实施例，所述悬浮剂为聚羧酸盐类水悬浮剂。根据本发明的一个实施例，所述水为自来水、地下水或经过清洁的矿井排水。本发明另一个实施例提供了一种离层注浆材料的制备方法，包括以下步骤：s1，将煤矸石制成细度为100-180目的煤矸石粉末；s2，取45-65重量份的煤矸石粉和20-30重量份的水放入容器中搅拌，制成煤矸石浆液；s3，取5-15重量份的添加剂放入容器中，并搅拌均匀。根据本发明的一个实施例，步骤s1包括：将煤矸石放入破碎机、制砂机或球磨机中进行碾碎研磨，制成100-180目的煤矸石粉。根据本发明的一个实施例，步骤s2包括：步骤s2包括：通过计量装置取45-65重量份的煤矸石粉和20-30重量份的水，煤矸石粉经由传输带放入搅拌机或搅拌池中，水通过抽水设备加入到搅拌机或搅拌池内。根据本发明的一个实施例，步骤s3包括：步骤s3包括：煤矸石浆液和添加剂的混合物在搅拌机或搅拌池内搅拌10-20分钟。本发明又一个实施例提供了一种注浆方法，使用上述任一项所述离层注浆材料，包括以下步骤：s101，在地面布设钻孔；s102，建设注浆站，注浆站的注浆能力大于或等于预设注浆量；s103，铺设注浆管线，注浆管线的一端与钻孔连通，另一端通过与注浆站内的注浆泵连通，注浆管线的直径大于或等于89mm；s104，制备上述任一项所述的离层注浆材料，制备的离层注浆材料存储在存储设备中，注浆泵与存储设备连通，通过注浆泵、注浆管线和钻孔将离层注浆材料注入到离层内。根据本发明的一个实施例，步骤s101包括：在地面布设钻孔，钻孔位于煤层开采工作面中心位置，与切眼的距离不少于10m，钻孔间距80-120m；钻孔的终孔位置位于主关键层下方的第一层离层处，孔底位移不大于10m，钻孔终孔孔径直径不小于89mm。(有益效果)：本发明提供离层注浆材料采用煤矸石作为主料，能够对煤矸石进行废物回收利用，大大减少了煤矸石在地面造成的污染，同时采用煤矸石制作的离层注浆材料比重相比于粉煤灰更大，运输过程中不容易出现材料飞散的情况，能够减少材料在运输过程中的飞散的问题，有益于环境保护，减少环境污染；降低了运输过程中因避免粉煤灰飞散而对需要运输装置做出严格要求，运输方便，能够节约运输成本；同时煤矸石的来源丰富，原料便宜，降低了制造成本；另外在制造过程中混合悬浮剂，能够提高材料的流动性，提高了注浆过程中的可泵性。附图说明本发明上述和/或附加方面的优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为实施例一中离层注浆材料的制备流程图；图2为实施例二中离层注浆材料的制备流程图；图3为实施例三中离层注浆材料的制备流程图；图4为实施例四中注浆的工艺流程图。具体实施方式为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。根据本发明的一个实施例，如图1所示，提供了一种控制地表沉陷的离层注浆材料，由以下重量分组分构成：20-30重量份的水，45-65重量分的煤矸石粉，5-15重量份的添加剂；所述煤矸石粉细度为100-180目。本发明实施例提供的离层注浆材料采用煤矸石作为主料，能够对煤矸石进行废物回收利用，大大减少了煤矸石在地面造成的污染，同时采用煤矸石制作的离层注浆材料比重相比于粉煤灰更大，运输过程中不容易出现材料飞散的情况，能够减少材料在运输过程中的飞散的问题，因此降低了运输过程中对于运输装置的要求，即降低了运输装置避免粉煤灰飞散而做出的防护要求，运输方便，能够节约运输成本；更有益于环境保护，减少环境污染；同时煤矸石的来源丰富，原料便宜，降低了制造成本；另外在制造过程中混合悬浮剂，能够提高材料的流动性，提高了注浆过程中的可泵性。实施例一本实施例提供了一种控制地表沉陷的离层注浆材料，包括：20重量份的水，45重量份的煤矸石粉，5重量份的添加剂，其中煤矸石粉的细度为100目；添加剂为悬浮剂，悬浮剂能够提高材料的悬浮性能和流动性，进而提高材料的可泵送性能。本发明实施例提供的离层注浆材料采用煤矸石作为主料，能够对煤矸石进行废物回收利用，大大减少了煤矸石在地面造成的污染，同时采用煤矸石制作的离层注浆材料比重相比于粉煤灰更大，运输过程中不容易出现材料飞散的情况，能够减少材料在运输过程中的飞散的问题，因此降低了运输过程中对于运输装置的要求，即降低了运输装置避免粉煤灰飞散而做出的防护要求，运输方便，能够节约运输成本；更有益于环境保护，减少环境污染；同时煤矸石的来源丰富，原料便宜，降低了制造成本；另外在制造过程中混合悬浮剂，能够提高材料的流动性，提高了注浆过程中的可泵性。本实施例中每份重量份为10kg；这样所述离层注浆材料包括200kg的水，其中水为洁净的矿井排水、地下水或自来水，以减少水中掺杂的矿物质等影离层注浆材料的性能；煤矸石450kg，煤矸石为细度100目的煤层顶板岩石，悬浮剂50kg，所述悬浮剂为聚羧酸盐类水悬浮剂。本实施例中离层注浆材料的制备方法包括：以下步骤：s1，将煤矸石制成细度为100目的煤矸石粉末；s2，取450kg的煤矸石粉和200kg的水放入容器中，并搅拌制成煤矸石浆液；s3，向容器中添加50kg的悬浮剂，并搅拌均匀。可选地，本实施例中步骤s1包括，将煤矸石放入破碎机中碾碎至100目的煤矸石粉；当然，在本实施例也可以是通过制砂机球磨机等其他研磨设备对煤矸石进行碾碎；优选地，本实施例中，将煤矸石放入破碎机中或制砂机中制成5mm的煤矸石颗粒，然后将煤矸石颗粒放入球磨机中制成煤矸石粉，煤矸石粉的细度为100目。根据本实施例中的一个示例，步骤s2包括，通过计量装置取450k的煤矸石粉和200kg的水，煤矸石粉通过传送带输送至搅拌池，水通过抽水泵等抽水设备输送至搅拌池中，并搅拌1-5min制成煤矸石浆液；本实施例中，容器也可以是搅拌机，即煤矸石粉和水输送至搅拌机中搅拌制成煤矸石浆液。根据本实施例中的一个示例，步骤s3包括，称取50kg的悬浮剂放入搅拌池内，通过搅拌进行冲锋搅拌10-20min，已达到充分搅拌混合均匀。本实施例制成的注浆材料的性能参数如表1所示：表1：项目粘度(s)密度(g/cm3)凝结时间/h指标30s1.452.7由表1检测数据显示，本实施例提供的离层注浆材料的各项指标如下：该注浆材料粘度为30s(秒)，密度为1.45g/cm3，凝结时间为2.7h(小时)；上述性能高能够满足离层注浆的需求，使注浆材料的悬浮性能和流动性更好，便于注浆材料的泵送，同时还能够保证注浆材料的胶结能力，确保在注浆材料固结后有足够的强度限制上覆岩层的运动，控制地表变形；同时2.7h的凝结时间能够满足离层注浆对于凝固时间的需求。实施例二本实施例提供了一种控制地表沉陷的离层注浆材料，包括：30重量份的水，650重量份的煤矸石粉，15重量份的添加剂，其中煤矸石粉的细度为180目；添加剂为悬浮剂，悬浮剂能够提高材料的悬浮性能和流动性，进而提高材料的可泵送性能。本实施例中每重量份为10kg；这样所述离层注浆材料包括300kg的水，其中水为洁净的矿井排水、地下水或自来水，以减少水中掺杂的矿物质等影离层注浆材料的性能；煤矸石650kg，煤矸石为细度180目的煤层顶板岩石，悬浮剂150kg，所述悬浮剂为聚羧酸盐类水悬浮剂。本实施例中离层注浆材料的制备方法包括：以下步骤：s1，将煤矸石制成细度为180目的煤矸石粉末；s2，取650kg的煤矸石粉和300kg的水放入容器中，并搅拌制成煤矸石浆液；s3，向容器中添加150kg的悬浮剂，并搅拌均匀。可选地，本实施例中步骤s1包括，将煤矸石放入破碎机中碾碎至180目的煤矸石粉；当然，在本实施例也可以是通过制砂机球磨机等其他研磨设备对煤矸石进行碾碎；优选地，本实施例中，将煤矸石放入破碎机中或制砂机中制成5mm的煤矸石颗粒，然后将煤矸石颗粒放入球磨机中制成煤矸石粉，煤矸石粉的细度为180目。根据本实施例中的一个示例，步骤s2包括，通过计量装置取650kg的煤矸石粉和300kg的水，煤矸石粉通过传送带输送至搅拌池，水通过抽水泵等抽水设备输送至搅拌池中，并搅拌1-5min制成煤矸石浆液；本实施例中，容器也可以是搅拌机，即煤矸石粉和水输送至搅拌机中搅拌制成煤矸石浆液。根据本实施例中的一个示例，步骤s3包括，称取150kg的悬浮剂放入搅拌池内，通过搅拌进行冲锋搅拌10-20min，已达到充分搅拌混合均匀。本实施例制成的注浆材料的性能参数如表1所示：表1：项目粘度(s)密度(g/cm3)凝结时间/h指标30.5s1.432.6由表1检测数据显示，本实施例提供的离层注浆材料的各项指标如下：该注浆材料粘度为30.5s(秒)，密度为1.43g/cm3，凝结时间为2.6h(小时)；上述性能高能够满足离层注浆的需求；上述粘度和密度使注浆材料的悬浮性能和流动性更好，便于注浆材料的泵送，同时还能够保证注浆材料的胶结能力，确保在注浆材料固结后有足够的强度限制上覆岩层的运动，控制地表变形；同时2.7h的凝结时间能够满足离层注浆对于凝固时间的需求。实施例三本实施例提供了一种控制地表沉陷的离层注浆材料，包括：30重量份的水，600重量份的煤矸石粉，10重量份的添加剂，其中煤矸石粉的细度为120目；添加剂为悬浮剂，悬浮剂能够提高材料的悬浮性能和流动性，进而提高材料的可泵送性能。本实施例中每重量份为10kg；这样所述离层注浆材料包括300kg的水，其中水为洁净的矿井排水、地下水或自来水，以减少水中掺杂的矿物质等影离层注浆材料的性能；煤矸石600kg，煤矸石为细度120目的煤层顶板岩石，悬浮剂100kg，所述悬浮剂为聚羧酸盐类水悬浮剂。本实施例中离层注浆材料的制备方法包括：以下步骤：s1，将煤矸石制成细度为120目的煤矸石粉末；s2，取600kg的煤矸石粉和300kg的水放入容器中，并搅拌制成煤矸石浆液；s3，向容器中添加100kg的悬浮剂，并搅拌均匀。可选地，本实施例中步骤s1包括，将煤矸石放入破碎机中碾碎至120目的煤矸石粉；当然，在本实施例也可以是通过制砂机球磨机等其他研磨设备对煤矸石进行碾碎；优选地，本实施例中，将煤矸石放入破碎机中或制砂机中制成5mm的煤矸石颗粒，然后将煤矸石颗粒放入球磨机中制成煤矸石粉，煤矸石粉的细度为120目。根据本实施例中的一个示例，步骤s2包括，通过计量装置取600kg的煤矸石粉和300kg的水，煤矸石粉通过传送带输送至搅拌池，水通过抽水泵等抽水设备输送至搅拌池中，并搅拌1-5min制成煤矸石浆液；本实施例中，容器也可以是搅拌机，即煤矸石粉和水输送至搅拌机中搅拌制成煤矸石浆液。根据本实施例中的一个示例，步骤s3包括，称取100kg的悬浮剂放入搅拌池内，通过搅拌进行冲锋搅拌10-20min，已达到充分搅拌混合均匀。本实施例制成的注浆材料的性能参数如表1所示：表1：项目粘度(s)密度(g/cm3)凝结时间/h指标29.5s1.382.8由表1检测数据显示，本实施例提供的离层注浆材料的各项指标如下：该注浆材料粘度为29.5s(秒)，密度为1.38g/cm3，凝结时间为2.8h(小时)；上述性能高能够满足离层注浆的需求；上述粘度和密度使注浆材料的悬浮性能和流动性更好，便于注浆材料的泵送，同时还能够保证注浆材料的胶结能力，确保在注浆材料固结后有足够的强度限制上覆岩层的运动，控制地表变形；同时2.8h的凝结时间能够满足离层注浆对于凝固时间的需求。实施例四本实施例提供了一种注浆方法，采用上述实施例一至三制备的离层注浆材料，包括以下步骤：s101，在地面布设钻孔；s102，建设注浆站，注浆站的注浆能力大于或等于预设注浆量；s103，铺设注浆管线，注浆管线的一端与钻孔连通，另一端通过与注浆站内的注浆泵连通，注浆管线的直径大于或等于89mm；s104，制备上述任一项所述的离层注浆材料，制备的离层注浆材料存储在存储设备中，注浆泵与存储设备连通，通过注浆泵、注浆管线和钻孔将离层注浆材料注入到离层内。可选地，步骤s101包括：在地面布设钻孔，钻孔位于煤层开采工作面中心位置，与切眼的距离不少于2m，钻孔间距80-120m；钻孔的终孔位置位于主关键层下方的第一层离层处，孔底位移不大于10m，钻孔终孔孔径直径不小于89mm。根据本发明的一个实施例提供的注浆方法包括：在地面布设钻孔，钻孔位于工作面中心，间距为100m。钻孔的终孔位置为主关键层下步的第一层离层处，终孔深度500m。钻孔为三开结构，一开孔径219mm，进入基岩10m，二开孔径168mm，下入127mm套管，深入为480m，层位为主关键层底部以上20m。三开孔径110mm，为裸孔，终孔深度500m，终孔层位为主关键层下部的第一层离层。在地面建设注浆站，建设储料系统、传输系统、计量系统和制浆系统。铺设两路注浆管线，其中一路管线使用，另一路管线备用，注浆管直径89mm。注浆管线的一段与钻孔连接，另一端通过注浆泵与制浆系统连接。将煤矸石粉碎、研磨，制成细度为120目的煤矸石粉末，将煤矸石粉与谁在搅拌器内混合搅拌支撑浆液，然后加入添加剂制成注浆材料。通过注浆泵、注浆管线、钻孔注入到离层中。在单孔注浆量达到设计要求后，将注浆管线接入下一个注浆孔，依次作业，直至项目完成。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12