不同灌漿材料在礦山井下灌漿中應(yīng)用的優(yōu)缺點分析

梁海廷++侯雷明++韓濤++張通彪

摘 要：隨著國家對環(huán)保的要求和人們對環(huán)境意識的逐漸提升，人們對環(huán)保材料的需求也越來越大，環(huán)保材料在人們的生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用也越來越廣泛，井下灌漿漿液也在隨技術(shù)要求的變化而不斷升級。本文從水泥、水玻璃的基本性能出發(fā)，對水灌漿材料的性能和應(yīng)用進(jìn)行探討，分析對比各漿液成分的不同，以及灌漿效果及結(jié)石體性能的優(yōu)缺點。

關(guān)鍵詞：井下灌漿 環(huán)保 水玻璃 水泥 石灰?guī)r

中圖分類號：TD265 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）09（c）-0034-02

隨著國家對環(huán)保的要求和人們對環(huán)境意識的逐漸提升，人們對環(huán)保材料的需求也越來越大，環(huán)保材料在人們的生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用也越來越廣泛，井下灌漿漿液也在隨技術(shù)要求的變化而不斷升級。目前，各礦山井下灌漿漿液成分因地質(zhì)、水文條件的不同也各不一樣，現(xiàn)就五礦礦業(yè)控股公司權(quán)屬各礦山井下灌漿漿液不同成分，漿液的優(yōu)缺點進(jìn)行對比。

1 水玻璃

水玻璃的用途非常廣泛，幾乎遍及國民經(jīng)濟的各個部門。在礦山領(lǐng)域，對于礦山選礦、防水、堵漏起到很重要的作用。

水玻璃灌漿的優(yōu)點：水玻璃漿液是真溶液，開始粘度低，可灌性好；水玻璃漿材來歷廣，造價低，經(jīng)濟效益無窮；水玻璃漿材主劑毒副作用小，不會污染環(huán)境，運用安全；能夠與水泥合作運用，能結(jié)合水泥漿材利水玻璃漿材兩者的長處；水玻璃類化學(xué)灌漿資料是指一系列漿材，能夠針對不同的施工、水文、地質(zhì)、土壤條件，選用相應(yīng)的品種。

但是，目前因水玻璃自身的結(jié)構(gòu)原因而導(dǎo)致的固化后耐水性差的問題尚未得到徹底解決，因不同的途徑造成的固化而產(chǎn)生的固化機理也是各種各樣，從而使水玻璃在其應(yīng)用以及解決其相應(yīng)的缺陷上受到阻礙。

2 水泥

水泥作為灌漿材料具有強度高、耐久性好、無毒、無味、材料來源方便、價格低廉等優(yōu)點，但存在如下缺點：水泥粒徑較大，粗顆粒多，最大粒徑可達(dá)90～100μm；水灰比較大時，漿液的穩(wěn)定性差，易析水回濃，不能有效灌入細(xì)微裂隙；且硬化時伴有析水，固相體積收縮，使硬化結(jié)石與被灌基體的粘結(jié)強度降低，形成新的滲水通道。

超細(xì)水泥灌漿料是由高強型超細(xì)水泥、膨脹劑、礦渣等多種助劑，經(jīng)特殊設(shè)備精制而成的新一代無機剛性超細(xì)灌漿材料。無毒、無味、對地下水及環(huán)境無污染，屬環(huán)保型灌漿材料。漿液固化時無收縮現(xiàn)象，結(jié)石強度高，耐久性好，不老化，抗?jié)B性能佳。漿液流動性好，材料的比表面積在800m2/kg以上，平均粒徑5μm以下，因而其穩(wěn)定性及可灌性高。漿液凝固時間可按工程需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。漿液施工工藝簡單，操作方便，能大規(guī)模使用。

3 水泥-水玻璃

水泥-水玻璃作為一種復(fù)合型雙液注漿材料，集中了水泥和水玻璃兩種材料的優(yōu)點，在井下注漿工程中發(fā)揮了重要作用。通過總結(jié)各注漿工程效果發(fā)現(xiàn)，漿液的凝固特性對灌漿、堵水效果具有直接影響。

傳統(tǒng)水泥-水玻璃雙液注漿材料因其凝膠時間短、早期的抗壓強度高的優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于井下富水層的加固堵漏。然而因其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及抗地下水侵蝕性能較差，所以，長時間后容易被地下水中含有的酸類、鹽類等物質(zhì)腐蝕破壞。傳統(tǒng)水泥-水玻璃雙液注漿材料的凝膠時間隨水玻璃波美度的增加而減小，隨水玻璃所占漿液比例的增加而延長，隨水玻璃模數(shù)的增加先縮短后延長。

在傳統(tǒng)水泥-水玻璃雙液注漿材料的基礎(chǔ)上，綜合利用工業(yè)廢渣如粉煤灰、礦渣，形成一種新型復(fù)合水泥基-水玻璃雙液注漿材料，即以水泥復(fù)合粉煤灰、礦渣形成A液，與水玻璃B液混合，得到復(fù)合水泥基-水玻璃雙液注漿材料。該材料具有以下特點：（1）鈉基膨潤土、萘系減水劑所占比例分別為3%、1%時，漿液具有較好的穩(wěn)定性和流動性；漿液凝膠時間在幾十秒到幾分鐘之間且可調(diào)，可通過改變水玻璃所占比例、波美度、及粉料比例來改變漿液的凝膠時間；水玻璃所占比例控制在20%時，結(jié)石體抗壓強度最大，而且增大水玻璃的波美度或水泥、粉煤灰、礦渣三者混摻均可提高結(jié)石體的抗壓強度。（2）具有較高的抗化學(xué)侵蝕性能。（3）摻入粉煤灰、礦渣后，復(fù)合水泥基-水玻璃雙液漿水化產(chǎn)物Ca（OH）2的含量降低，水化早期，微觀結(jié)構(gòu)較為松散，隨著齡期的延長，微觀結(jié)構(gòu)明顯得到改善，逐漸變得密實。與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下相比，在腐蝕條件下養(yǎng)護(hù)，傳統(tǒng)水泥-水玻璃雙液漿中Ca（OH）2含量顯著減少，微觀結(jié)構(gòu)變得松散，而復(fù)合水泥基-水玻璃雙液漿Ca（OH）2變化較小，微觀結(jié)構(gòu)依然很密實。

4 石灰?guī)r-水玻璃

通過pH值實驗測定證明該系統(tǒng)是能反應(yīng)的，但是反應(yīng)較緩慢。其內(nèi)部水玻璃中SiO2處于某種過渡態(tài)，波美度大于45°，適當(dāng)升高溫度，可加速系統(tǒng)反應(yīng)。通過實驗，40℃養(yǎng)護(hù)下低品位石灰?guī)r-水玻璃漿液小試體（2cm×2cm×2cm）結(jié)石強度和固砂強度分別可達(dá)8.3MPa和11.3MPa。所以，石灰?guī)r-水玻璃灌漿材料可開發(fā)作為一種新型無機灌漿材料。

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