[发明专利]煤矿井下钻孔充填加固材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种钻孔充填加固材料，尤其是一种煤矿井下钻孔充填加固材料。

背景技术

突出煤层在不具备保护层开采条件时，必须采取预抽煤层瓦斯的防突措施。目前我国突出煤层多具有高应力、高瓦斯压力、高瓦斯含量及低渗透性的“三高一低”特点，常规的瓦斯抽采技术难以发挥作用，抽采率低下，因此使用水力冲孔、水力割缝等卸压增透措施提高突出煤层瓦斯预抽效果，成为煤矿企业消除瓦斯灾害的关键。然而此类措施通过排出大量煤体实现卸压增透，降低了钻孔周围煤体强度，致使煤层内部应力分布不均，造成采掘过程中顶钻、夹钻、响煤炮、煤壁片帮等动力现象频发、煤巷支护困难，严重制约了水力冲孔、水力割缝等卸压增透措施的推广使用。对钻孔周围煤体进行加固可以消除上述不利影响，采用水力冲孔、水力割缝等卸压增透措施的钻孔具有材料使用量大，对材料可注性、抗压性、稳定性等要求高的特点，而到目前为止，国内外对该类钻孔充填加固材料的报道很少。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种流动性好、粘结性强、抗压强度高、耐久性好的煤矿井下钻孔充填加固材料。

技术方案：为实现本发明目的提供一种：煤矿井下钻孔充填加固材料：水30～40%，普通硅酸盐水泥20～40%，岩粉25%～45%，膨润土3～8%，高效引气减水剂1.2～1.6%，三聚磷酸钠0.2～0.4%，铁粉0.4～0.6%；将上述物质按质量百分比混合即可。

所述的岩粉取材于煤矿井下，粒径不大于4mm。

有益效果：由于采用了上述方案，本发明中的岩粉来源于煤矿井下，取材方便，成本低廉；其中铁粉与水泥进行反应，产生气体使材料体膨胀，避免了材料凝固后的收缩现象；其中高效引气减水剂和三聚磷酸钠改善了材料的流动性，使本材料能够充填进入煤体的裂隙、孔洞中，与煤体紧密粘结在一起；其中膨润土使得材料更加均匀，大大提升了材料的整体抗压能力。

将本发明的材料与现有技术的水泥材料的粘度、结石率以及充填钻孔48小时的抗压强度、抗剪强度进行对比，见表1：

表1两种材料性能参数对比

分析表1可得：

（1）与水泥材料相比，本发明显著提高了结石率，使得材料充填钻孔周围煤体裂隙、孔洞的效果更好。

（2）本发明的粘度、抗压强度与水泥材料相近，而抗剪强度高于水泥材料，使得材料对煤层中残余瓦斯压力和地应力的抵抗能力较强，显著提高钻孔周围煤体的加固效果。

本发明的优点如下：

1、与煤矿现有的水泥材料相比，材料基体组分中增加了大量岩粉，降低了材料的使用成本和运输成本，同时反应终成物强度大、耐久性好，能够满足钻孔充填加固所需的抗高压要求；

2、本发明的煤矿井下钻孔充填加固材料初凝前具有良好的流动性，能够很好地填充钻孔周围的裂隙、孔洞，使材料与钻孔周围煤体成为一个整体，从而改善煤体的物理力学特性，消除采掘过程中的动力现象；

3、本发明的煤矿井下钻孔充填加固材料凝固后结石率为98.2～99.7%，注入钻孔48小时之后抗压强度为28.5～32.8MPa、抗剪强度为0.5～3.2MPa。

通过对完成瓦斯抽采的钻孔，特别是采用水力冲孔、水力割缝等卸压增透措施的钻孔进行压注充填加固材料，提高了钻孔周围煤体强度，改善了煤体的物理力学特性，消除了采掘过程中的动力现象，减小了煤巷支护难度。

具体实施方式

实施例1：水35%，普通硅酸盐水泥30%，岩粉25%，膨润土8%，高效引气减水剂1.2%，三聚磷酸钠0.3%，铁粉0.5%；

将上述物质按质量百分比混合后即可使用，混合得到的钻孔充填加固材料结石率为98.5%，抗压强度为31.22MPa，抗剪强度为0.78MPa。该材料的抗压强度高、粘结性强、耐久性好，可以较好的应用于煤矿钻孔的充填加固工作中。

实施例2：水40%，普通硅酸盐水泥20%，岩粉31.6%，膨润土6%，高效引气减水剂1.6%，三聚磷酸钠0.4%，，铁粉0.4%；

将上述物质按质量百分比混合后即可使用，混合得到的钻孔充填加固材料结石率为99.1%，抗压强度为30.81MPa，抗剪强度为1.10MPa。该材料的抗压强度高、粘结性强、耐久性好，可以较好的应用于煤矿钻孔的充填加固工作中。

实施例3：水30%，普通硅酸盐水泥35%，岩粉28.5%，膨润土4%，高效引气减水剂1.5%，三聚磷酸钠0.4%，，铁粉0.6%；

将上述物质按质量百分比混合后即可使用，混合得到的钻孔充填加固材料结石率为98.8%，抗压强度为28.95MPa，抗剪强度为1.44MPa。该材料的抗压强度高、粘结性强、耐久性好，可以较好的应用于煤矿钻孔的充填加固工作中。