[发明专利]井下充填及注浆材料

说明书

一种新型的宜于泵送的水泥混合材料，主要用于井下充填和注浆加固围岩。包括巷道，巷旁充填、巷道支架壁后充填、冒落孔洞充填、井筒壁后充填，因开采影响而需进行的充填、构筑防灭火隔墙以及围岩加固等。

关于充填材料的研究，英国最具有代表性，曾先后发展了低水充填材料和高水充填材料。低水充填材料因加入水量少，适宜风力输送;高水材料加水量多，适宜水力输送（泵送）。他们研究出的低水充填材料主要采用普通波特兰水泥，加入速凝剂或固化剂，用煤矸石碎块、粉煤灰、煤粉作为集料构成，其主要缺点是早期强度偏低，加水量少，水体积一般只占总体积的55%以下。当加水量增大时，材料强度迅速下降而且难以凝固，因而要求严格控制加水量。英国研究出的高水充填材料有Aquapack材料（专利号GB2033367A、GB2058037A）、Tekpack材料（专利号GB2123808A）、TekpackXX、HydropacK材料等，目前大量使用的是TekpackXX.Aquapack材料以波特兰水泥为基材，加入高铝水泥（主要为铝酸钙成分）与硫酸钙混合而成，这种材料用量为500kg/m³时，水用量为800～860kg/m³;Tekpack材料和TekpackXX以高铝水泥为基材，加入硫酸钙及氧化钙或氢氧化钙混合而成，这种材料用量为364kg/m³时，水用量为910～920kg/m³;Hydropack材料则以一种特种水泥（含有硫铝酸钙3CaO·3Al₂O₃·CaSO₄、铝酸钙CaO·2Al₂O₃两种主要成分）为基材，加入硫酸钙及氧化钙或氢氧化钙混合而成，在材料用量为350kg/m³时，水用量为920kg/m³.Aguapack、Tekpack、TekpackXX材料要求高铝水泥中含有较多的铝酸钙组分，而且它们与Hydropack材料一样，要求惰性硅铝酸二钙2CaO·Al₂O₃·SiO₂含量极低，因而对烧成水泥所需铝矾土品位要求很高，原料、燃料、烧成工艺要求很严，增加了材料成本，而且原料来源不广、不利于推广。另外Aguapack、TekpacK、TekpackXX材料配比不当时，水化过程中产生的Ca（OH）₂都可使高铝水泥瞬凝，严重影响材料的强度，故这两种材料要求配料严格，对各组分的矿物成分含量要求严格。

鉴于已有的各种充填材料所存在的种种不足，本发明的目的是研究一种原材料来源广、成本低、易制成和操作、且强度性能好的，特别适用于井下充填和围岩加固的宜泵送充填及注浆材料。

本发明采用低品位铝矾土烧成的硫铝酸盐水泥（或水泥熟料）作为基材研究成的充填及注浆材料，克服了原有的各种充填材料的各种不足。本发明通过调整钙矾石生成浆液中的Al₂O₃、CaO、SO₃浓度，以达到材料凝结硬化前最大限度地生成钙矾石，硬化后生成少量钙矾石。通过改善β-2CaO·SiO₂的水化环境，促使其较快地水化，最后形成以钙矾石结晶为主体的，并有CaO·SiO₂·nH₂O、Al₂O₃·3H₂O凝胶或3CaO·Al₂O₃·6H₂O、CaO·Al₂O₃·10H₂O等矿物填充于其间，使材料内部结构密实而提高强度。该材料中水所占体积比达60%以上，适宜泵送。可使用渣浆泵（含泥浆泵、砂浆泵）输送。该种充填材料包含以下各种成分：

1.水泥混合物各组分及含量比

（1）.硫铝酸盐水泥（或水泥熟料）。包括硫铝酸盐早强水泥、硫铝酸盐膨胀水泥、硫铝酸盐自应力水泥。

（2）.普通水泥或铝酸盐水泥。其中普通水泥包括普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、抗硫酸硅酸盐水泥。铝酸盐水泥包括高铝水泥、铝酸盐膨胀水泥、铝酸盐自应力水泥、石膏矾土膨胀水泥。普通水泥或铝酸盐水泥的加量占硫铝酸盐水泥（或水泥熟料）重量的5～100%。