[发明专利]一种超高水无机胶结充填及防灭火材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤矿防灭火及矿山充填材料，具体是一种超高水无机胶结充填及防灭火材料。

背景技术

高水材料由甲料和乙料两种料组成，通常甲料由水泥、缓凝剂和悬浮剂等成分组成，乙料由速凝剂、悬浮剂等成分组成，在使用时将甲料浆液和乙料浆液进行混合后灌注即可。与其他材料相比，高水材料具有水含量高、凝结速度快、固结体强度高等特点，广泛应用于矿山井下充填、井巷支护、软岩加固、注浆封孔、采空区及煤层火区防灭火等方面。高水材料具有良好的性能和低廉的成本，并且用途广泛，因而其在矿山具有广阔的应用前景。

现有的高水材料普遍存在下列问题：

（1）材料用量多（尤其乙料使用比例大）；现有高水材料中甲料和乙料的用量比多为1~1.2:1，即乙料的用量和甲料基本相同；高水材料的用量较多，不利于降低矿山的经济成本。

（2）水灰比低（尤其对用于防灭火功能的高水材料）；范围一般为2~3.5:1。高水材料水灰比越低，在管道内的流动性和泵送性就越差，容易出现堵管现象，在采空区等孔渗流场的流动性不好，会影响充填材料更好地到达火区范围。水灰比低，也会导致高水材料用量较多以及使用工艺成本升高，不利于降低矿山的经济成本。

（3）现有高水材料在低水灰比条件下的初凝时间多为12~50min，在高水灰比条件下，凝结时间会更长，不利于快速充填和煤矿火区的快速覆盖胶结。目前部分高水材料通过添加一些高吸水性有机材料提高水灰比，但无机反应固水率低，导致反应放热量高，不利于易自然发火地点的充填和防灭火使用。

（4）现有高水材料的承压密实性不好，用于充填堵漏风和采空区火区隔离时，当高水材料承受一定压力后会出现裂缝，形成新的漏风通道，承压密实性较差。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种超高水无机胶结充填及防灭火材料，具有材料用量少、水灰比高、高固水低发热量、凝结时间短以及承压密实性好的特点。

为了实现上述目的，本发明一种超高水无机胶结充填及防灭火材料，由甲料和乙料组成，其中所述的甲料由下述重量百分比组成：硫铝酸盐水泥60~75%；硫酸钙10~20%；氧化钙2~6%；硫酸钠 2~5%；凹凸棒土2~6%；硅灰：2%-5%；甲酸钙1~2%；氯化钙2~5%；其中所述的乙料由下述重量百分比组成：铝酸钠10~20%；碳酸钠30~40%；氧化钙20~30%；硫酸钙20~30%；使用时，所述甲料与所述乙料的重量比为6~7:1，加入水量与所述甲料和乙料的总重量的比例为6~10:1，即水灰比为6~10:1。

进一步的，所述的甲料为比表面积为300-500m²/kg的粉末；所述的乙料为比表面积为400-600m²/kg的粉末。此种比表面积范围的甲料和乙料能更好地在水中分散混合。

进一步的，所述的乙料比表面积大于甲料比表面积。乙料比表面积大于甲料比表面积时，乙料能更充分地与甲料接触反应，可以缩短高水材料的初凝时间，提高高水材料的水灰比和固水率。

在裂隙可能较大的区域，初凝时间长和固水率低将导致高水材料不必要的损耗。本发明水量与所述甲料和乙料的总重量混合比例优选为6~8:1。该水灰比范围的高水材料固水率约为100%，其初凝时间和抗压强度也优于6~10:1的范围。

本发明的超高水无机胶结充填及防灭火材料在使用时甲料和乙料的重量配比为6~7:1，总水量与甲料和乙料的总重量之比最高可达10:1，即水灰比可达10:1。配制及使用方法为：按甲料和乙料成分比例分别取料并混合均匀；然后按照水灰比要求加入所需水量，将甲料和乙料分别配制成浆液并搅拌均匀；再把甲料浆液和乙料浆液混合在一起，经过短时间混合均匀后灌注到使用地点，混合浆液能够快速凝结并具有早期强度，随着高水材料的凝结固化，其强度逐渐增大。

与现有高水材料相比，本发明具有以下突出优点：

（1）材料用量少，工艺成本低。高水材料由甲料和乙料组成，通常甲料由水泥、缓凝剂和悬浮剂等成分组成，乙料由速凝剂、悬浮剂等成分组成，使用时甲料与乙料按一定配比添加。现有高水材料在使用时甲料与乙料的重量比通常为1~1.2:1，而本发明的超高水无机胶结充填及防灭火材料在使用时甲料与乙料的重量比为6~7:1，即本发明的超高水材料的乙料用量降低为现有高水材料乙料用量的1/6左右。因此，本发明的超高水无机胶结充填及防灭火材料可以显著降低高水材料的用量和煤矿井下使用的工艺成本。