专利名称：井下充填及注浆材料的制作方法
一种新型的宜于泵送的水泥混合材料，主要用于井下充填和注浆加固围岩。包括巷道，巷旁充填、巷道支架壁后充填、冒落孔洞充填、井筒壁后充填，因开采影响而需进行的充填、构筑防灭火隔墙以及围岩加固等。
关于充填材料的研究，英国最具有代表性，曾先后发展了低水充填材料和高水充填材料。低水充填材料因加入水量少，适宜风力输送;高水材料加水量多，适宜水力输送(泵送)。他们研究出的低水充填材料主要采用普通波特兰水泥，加入速凝剂或固化剂，用煤矸石碎块、粉煤灰、煤粉作为集料构成，其主要缺点是早期强度偏低，加水量少，水体积一般只占总体积的55%以下。当加水量增大时，材料强度迅速下降而且难以凝固，因而要求严格控制加水量。英国研究出的高水充填材料有Aquapack材料(专利号GB2033367A、GB2058037A)、Tekpack材料(专利号GB2123808A)、TekpackXX、HydropacK材料等，目前大量使用的是TekpackXX.Aquapack材料以波特兰水泥为基材，加入高铝水泥(主要为铝酸钙成分)与硫酸钙混合而成，这种材料用量为500kg/m3时，水用量为800～860kg/m3;Tekpack材料和TekpackXX以高铝水泥为基材，加入硫酸钙及氧化钙或氢氧化钙混合而成，这种材料用量为364kg/m3时，水用量为910～920kg/m3;Hydropack材料则以一种特种水泥(含有硫铝酸钙3CaO·3Al2O3·CaSO4、铝酸钙CaO·2Al2O3两种主要成分)为基材，加入硫酸钙及氧化钙或氢氧化钙混合而成，在材料用量为350kg/m3时，水用量为920kg/m3.Aguapack、Tekpack、TekpackXX材料要求高铝水泥中含有较多的铝酸钙组分，而且它们与Hydropack材料一样，要求惰性硅铝酸二钙2CaO·Al2O3·SiO2含量极低，因而对烧成水泥所需铝矾土品位要求很高，原料、燃料、烧成工艺要求很严，增加了材料成本，而且原料来源不广、不利于推广。另外Aguapack、TekpacK、TekpackXX材料配比不当时，水化过程中产生的Ca(OH)2都可使高铝水泥瞬凝，严重影响材料的强度，故这两种材料要求配料严格，对各组分的矿物成分含量要求严格。
鉴于已有的各种充填材料所存在的种种不足，本发明的目的是研究一种原材料来源广、成本低、易制成和操作、且强度性能好的，特别适用于井下充填和围岩加固的宜泵送充填及注浆材料。
本发明采用低品位铝矾土烧成的硫铝酸盐水泥(或水泥熟料)作为基材研究成的充填及注浆材料，克服了原有的各种充填材料的各种不足。本发明通过调整钙矾石生成浆液中的Al2O3、CaO、SO3浓度，以达到材料凝结硬化前最大限度地生成钙矾石，硬化后生成少量钙矾石。通过改善β-2CaO·SiO2的水化环境，促使其较快地水化，最后形成以钙矾石结晶为主体的，并有CaO·SiO2·nH2O、Al2O3·3H2O凝胶或3CaO·Al2O3·6H2O、CaO·Al2O3·10H2O等矿物填充于其间，使材料内部结构密实而提高强度。该材料中水所占体积比达60%以上，适宜泵送。可使用渣浆泵(含泥浆泵、砂浆泵)输送。该种充填材料包含以下各种成分
1.水泥混合物各组分及含量比(1).硫铝酸盐水泥(或水泥熟料)。包括硫铝酸盐早强水泥、硫铝酸盐膨胀水泥、硫铝酸盐自应力水泥。
(2).普通水泥或铝酸盐水泥。其中普通水泥包括普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、抗硫酸硅酸盐水泥。铝酸盐水泥包括高铝水泥、铝酸盐膨胀水泥、铝酸盐自应力水泥、石膏矾土膨胀水泥。普通水泥或铝酸盐水泥的加量占硫铝酸盐水泥(或水泥熟料)重量的5～100%。
(3).硫酸钙。可采用半水石膏、二水石膏、无水石膏的一种或其中几种混合石膏来提供。其加量占硫铝酸盐水泥(或水泥熟料)重量的2～40%。
(4).氧化钙或氢氧化钙。采用石灰即可，其加量占硫铝酸盐水泥(或水泥熟料)重量的0～30%。
2.悬浮剂。采用粘土或膨润土，其加量为水泥混合物总重量的0.1～15%3.无机盐及氢氧化物速凝剂。可用硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐、卤化物或氢氧化物的一种或几种组合，其加量占水泥混合物总重量的0～15%。
4.有机物缓凝剂。包括羧酸、羟基羧酸及其盐类、硅氟化物的一种或几种组合，加入它可提高材料的泵送时间。其加量占水泥混合物总重量的0～3%。
5.工业废料灰渣。包括电厂粉煤灰、沸腾炉灰渣、烟通灰、煤矸石以及其他种类的矿渣。其加量占水泥混合物总重量的0～300%。
本发明由于使用硫铝酸盐水泥(或水泥熟料)代替原有制成工艺所需的大部分或全部的铝酸盐水泥，还可以加入工业废料灰渣，显著降低了成本，且制成工艺简单、原材料来源广、易操作，强度性能好。利用灰渣还可以解决环境污染问题。此外，这种材料浆体未与速凝剂混合时，不加缓凝剂，可泵时间可达4小时以上，比其他材料延长了数倍，加长了输送距离。
本发明的实施方案如下1.采用硫铝酸盐水泥与硅酸盐水泥、硫酸钙配比(1).水泥混合物 320～400kg/m3
(2).悬浮剂18～24kg/m3(3).灰渣 500～700kg/m3(4).水 600～650kg/m3单轴抗压强度(MPa)1天 3天 7天 28天3.2～4.8 4.2～6.3 5.4～6.8 6.9～9.22.采用硫铝酸盐水泥与铝酸盐水泥、硫酸钙、氢氧化钙配比(1).水泥混合物 280～360kg/m3
(2).悬浮剂 16～22kg/m3(3).速凝剂 0.6～1.2kg/m3(4).灰渣 400～600kg/m3(5).水 650～750kg/m3单轴抗压强度(MPa)2小时 6小时 1天 3天0.5～0.8 1.1～2.4 2.5～4.8 3.6～5.37天 28天4.2～5.8 4.8～6.权利要求
1.一种用于井下充填和加固围岩的且宜于泵送水泥混合材料，其特征是水泥混合物由硫铝酸盐水泥(或水泥熟料)、普通水泥或铝酸盐水泥、硫酸钙、氧化钙或氢氧化钙组成，它们的重量比为100∶(5～100)∶(2～40)∶(0～30)。
2.根据权利要求1所述的水泥混合材料，其特征是加入了工业废料灰渣，其加量占水泥混合物总重量的0～300%。
3.根据权利要求1或2所述的水泥混合材料，其特征是加入了无机盐及氢氧化物速凝剂，其加量占水泥混合物总重量的0～15%。
4.根据权利要求1或2所述的水泥混合材料，其特征是加入了有机物缓凝剂，其加量占水泥混合物总重量的0～3%。
5.根据权利要求3所述的水混混合材料，其特征是加入了有机物缓凝剂，其加量占水泥混合物总重量的0～3%。
6.根据权利要求1或2所述的水泥混合材料，其特征是加入了悬浮剂，其加量占水泥混合物总重量的0.1～15%。
7.根据权利要求3所述的水泥混合材料，其特征是加入了悬浮剂，其加量占水泥混合物总重量的0.1～15%。
8.根据权利要求4所述的水泥混合材料，其特征是加入了悬浮剂，其加量占水泥混合物总重量的0.1～15%。
9.根据权利要求5所述的水泥混合材料，其特征是加入了悬浮剂，其加量占水泥混合物总重量的0.1～15%。
全文摘要
一种主要用于井下充填和加固围岩的宜于泵送的新型水泥混合材料。该混合材料由于采用了低品位铝矾土烧成的硫铝酸盐水泥(或水泥熟料)作为基材，代替原有制成工艺中所需的大部分或全部的高铝水泥，使原材料成本大大降低，增加了原料来源且制成工艺简单、易操作、强度性能好。同时可以掺加工业废料灰渣，以降低水泥用量和原材料成本，并解决环境污染问题。
文档编号E21B33/13GK1053468SQ9010031
公开日1991年7月31日 申请日期1990年1月19日 优先权日1990年1月19日
发明者周华强, 侯朝炯, 易宏伟, 丁玉, 张连信 申请人:中国矿业大学