[发明专利]一种泥岩改性注浆材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种泥岩改性注浆材料及其制备方法与应用，属于材料科学与岩土工程技术领域。该泥岩改性注浆材料包括以下原料：水泥、水、超细微粉、减水剂、硅烷、纤维、硅藻土、脲醛树脂和水性聚氨酯。本发明制备的注浆材料中包含硅灰和石灰等超细微粉，促进泥岩参与反应注浆材料复合，纤维提高结石体抵抗形变的能力，从而可以有效提高注浆材料抵抗循环水的冲击作用，硅烷、纳米二氧化硅为疏水性的化学物质，各原料共同作用使泥岩经过注浆材料改性具备超疏水性能同时可耐受循环水的冲击，可有效用于废弃矿井地下空间进行抽水蓄能的过程。

技术领域

本发明涉及一种泥岩改性注浆材料及其制备方法与应用，属于材料科学与岩土工程技术领域。

背景技术

地下矿山开采过程中，为了将深埋地下的煤炭资源或其它有用的固体矿藏开采出来，人们不仅要开掘一系列的巷道和峒室来抵达这些有用矿物，同时还必须在地下布置和维护移动的回采工作空间，因此产生了体量巨大的地下空间。这些废弃地下空间的存在不仅存在未来相邻区域地下空间的开发与有用矿物的开采造成涌水、突气等巨大的安全隐患，而且还会引发地面沉陷等一系列环境问题。

抽水蓄能技术是电力系统中最可靠、最经济、寿命长、容量大、技术最成熟的规模储能装置，其利用电力系统剩余电力抽水到高处储存，在电力系统电力不足时放水发电。废弃矿井地下空间虽然为建设抽水蓄能电站地下水库创造了得天独厚的条件，废弃矿井地下空间抽水蓄能既可有效利用废弃煤矿地下空间，又可实现可再生能源的大规模利用，还可防止废弃矿井地质灾害的发生。

利用废弃地下空间进行抽水蓄能的过程，需要使用注浆材料对矿井中巷道围岩进行处理，但是废弃矿井原巷道作为地下水库再利用时，需要考虑巷道围岩在长期、频繁抽充水条件下原有支护作用的时效性；另一方面，废弃矿井抽水蓄能电站水库要求具有密闭性，需要考虑巷道围岩的渗漏水问题，以防止循环水渗漏，而传统的注浆材料只考虑到了巷道围岩的安全稳定性问题，但是在循环水存在下，无法实现加固，水会渗透劣化泥岩骨架，因此，需要提出一种适用于地下空间抽水蓄能过程所用的注浆材料。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种泥岩改性注浆材料及其制备方法与应用，使地下空间的泥岩经过注浆材料改性具备超疏水性能同时可耐受循环水的冲击，可有效用于废弃矿井地下空间进行抽水蓄能的过程。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提出了一种泥岩改性注浆材料，按重量份数计，包括以下原料：

水泥100份、水150～180份、超细微粉3～6份、减水剂2～4份、硅烷1～5份、纤维4～6份、硅藻土20～40份、脲醛树脂2～5份和水性聚氨酯5～10份。

进一步地，按重量份数计，包括以下原料：

水泥100份、水175份、超细微粉4份、减水剂4份、硅烷3份、纤维6份、硅藻土28份、脲醛树脂3份和水性聚氨酯7份。

进一步地，所述水泥为普通硅酸盐水泥。

进一步地，所述超细微粉由质量比为(10～15)：(4～8)：(6～12)：(5～8)的纳米二氧化硅、硅灰、粉煤灰和煤矸石组成，制备方法为：按质量比称取纳米二氧化硅、硅灰、粉煤灰和石灰，在200rpm下搅拌混合10min即可得到所述超细微粉。

进一步地，所述超细微粉中，纳米二氧化硅为疏水型纳米二氧化硅，会增加注浆材料表面的疏水性能；硅灰是在冶炼硅铁合金和工业硅时产生的SiO₂和Si气体与空气中的氧气迅速氧化并冷凝而形成的一种超细硅质粉体材料；粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废物主要氧化物组成为：SiO₂、Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃、CaO、TiO₂等。