[发明专利]控制地表沉陷的囊袋式离层注浆材料及其制备和注浆方法

说明书

技术领域

本发明属于煤矿地表沉陷控制技术领域，尤其是涉及一种控制地表沉陷的囊袋式离层注浆材料及其制备和注浆方法。

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，尤其是在现阶段我国煤炭行业整体利润下滑的严峻形势下。而离层注浆技术也有亟待解决的两个难题：一是，由于受采动影响，上覆岩层运动是一个动态变化过程，离层的高度和宽度都在随采动不断变化，因此，离层注浆的位置和时机难以把握的很好。一旦采动中离层闭合以后，注浆工作便无法继续进行，这就使得注浆总量降低，在控制地表变形方面达不到预期效果；二是，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；三是，离层注浆材料水灰比一般为2:1，水分约占70％，离层区粉煤灰失水以后，这么多水分一旦透过裂隙区进入采场工作面，会对工作面环境造成不利影响，甚至有淹井的危险。

因此，发明一种低成本、易操作，高效率、环保的控制地表沉陷离层注浆材料及工艺十分必要。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种控制地表沉陷的囊袋式离层注浆材料，该囊袋式离层注浆材料成本低，效率高；本发明还提供了上述控制地表沉陷的囊袋式离层注浆材料的制备方法；本发明另外还提供了上述控制地表沉陷的囊袋式离层注浆材料的注浆方法，以实现降低注浆成本、控制地表沉陷、保护当地生态环境的目的。

本发明采用的技术方案是：

一种控制地表沉陷的囊袋式离层注浆材料，由以下质量比的主料和水组成，所述主料由水泥、粉煤灰和外加剂组成，其中，水灰比为0.7～0.8，粉煤灰：水泥为0.8～0.9，所述外加剂占所述主料总量的3％～5％。

本发明所述的控制地表沉陷的囊袋式离层注浆材料，其中，所述的外加剂为膨润土和早强剂，所述膨润土为天然钠基膨润土；所述的早强剂为硫铝酸盐速凝剂，其主要成分为硫酸铝和铝酸钠。

本发明所述的控制地表沉陷的囊袋式离层注浆材料，其中，所述的膨润土和所述早强剂质量比例为1:1～1.5:1。

本发明所述的控制地表沉陷的囊袋式离层注浆材料，其中，所述的粉煤灰为电厂二级或三级粉煤灰，所述的水泥为42.5级的普通硅酸盐水泥。

本发明所述的控制地表沉陷的囊袋式离层注浆材料，其中，所述的水为自来水或经过清洁的矿排水。

本发明所述的控制地表沉陷的囊袋式离层注浆材料的制备方法，包括以下步骤：

(一)将所述水泥和所述粉煤灰分别过4目的标准筛一和标准筛二，确保其没有结块，然后分别储存于细料仓一和细料仓二；

(二)将所述水泥、所述粉煤灰、所述外加剂和所述水按照配比分别用称量斗一、称量斗二、称量斗三和电子称称量好备用；

(三)将步骤(三)中称量好的所述水泥、所述粉煤灰、所述外加剂和所述水投入搅拌机进行搅拌，搅拌时间不小于90s。

本发明所述的控制地表沉陷的囊袋式离层注浆材料的注浆方法，包括以下步骤：

(a)施工准备：场地进行平整，将若干注浆孔位置进行放样，相邻所述注浆孔的间距为10～30m；

(b)钻孔：钻所述注浆孔至设计深度，所述注浆孔的开孔直径为240～300mm，所述注浆孔的倾斜度小于1％；

(c)注浆管及囊袋制作：注浆管长度大于钻孔设计深度的400～600mm；所述注浆管的上端设有注浆管弯头，所述注浆管弯头连接高压胶皮软管，在距所述注浆管的下端300～400mm处布设呈梅花形的若干注浆孔眼，并在所述注浆管的下端采用橡胶阀门堵头进行封底；囊袋的直径为500～600mm，长度比钻孔设计深度多600～700mm；