[發明專利]一種注漿用低析水率早強水泥漿液

有效

• 申請號: 200910091459.6
• 申請日: 2009-08-25
• 公開（公告）號: CN101628800A
• 公開（公告）日: 2010-01-20
• 發明（設計）人: 徐潤;袁東鋒;鄭軍;宋雪飛;王正勝;吳瑩;籍曉龍
• 申請（專利權）人: 北京中煤礦山工程有限公司
• 主分類號: C04B28/04
• 分類號: C04B28/04;C04B24/12;C04B103/12
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司
• 代理人: 王澤云

技術領域：

本發明是涉及煤炭井筒地面預注漿技術領域所用的一種水泥漿， 特別是一種注漿用低析水率早強水泥漿液，適用于基巖風化帶和斷層 帶的注漿加固及堵水。

背景技術：

煤礦井筒地面預注漿工程中，基巖風化帶和斷層破碎帶需要注漿 加固及堵水以改善其工程地質及水文地質條件，防止鑿井中出現片幫 和坍塌事故。水泥基漿液加固性能好，故地面預注漿工程中一直采用 水泥漿作為基巖風化帶和斷層破碎帶的注漿材料。目前煤炭井筒注漿 深度大都已達到千米，為了保證漿液的可泵性和可注性，一般采用高 水灰比水泥漿注漿加固，高水灰比保證了漿液的可注性，但同時也給 注漿施工帶來了諸多不利影響。

目前使用單液水泥漿在基巖風化帶和斷層破碎帶注漿加固及堵 水主要有兩個困難：斷層阻水帶吸漿量小，單液水泥漿懸浮穩定性差， 在鉆孔內沉降析水往往導致注漿失敗；斷層導水帶和風化帶吸漿量 大，由于單液水泥漿的擴散距離不易控制，注漿過程中容易“跑漿” 和“冒漿”，即使注入大量漿液也難以達到注漿結束標準，注漿效果 很難保證。由此可見，單液水泥漿不是處理斷層帶和風化帶的有效注 漿材料，主要表現在漿液懸浮穩定性差，擴散距離不可控。近年來工 程實踐表明，單液水泥漿穩定性差、擴散距離不可控等弊端已成為制 約深井注漿質量和注漿效率的一個重要因素。

針對單液水泥漿存在的上述問題前人已采用了多種改性措施，但 都是改進漿液的單方面性能，一直沒有研制出可綜合調節單液水泥漿 性能的復合外加劑。如摻入膨潤土改善漿液的穩定性，但是膨潤土顯 著降低了漿液流動性，漿液流動性和穩定性這一矛盾很難調節；同時 漿液初凝時間長，漿液結石強度低、凝結硬化后體積干縮、耐久性差。 如摻入氯化鈉和三乙醇胺改善漿液的早期強度，但配制的漿液仍為不 穩定漿液，抗水稀釋能力差，注漿過程中漿液不是全斷面推進充填裂 隙，而是依賴水泥顆粒的自然沉積以堵水，氯化鈉和三乙醇胺很難發 揮作用，因此漿液的擴散距離仍不可控，早期強度改善也不明顯。 隨著井筒深度不斷增加，斷層帶和風化帶注漿加固及堵水也隨之增 多。

發明內容：

為了克服單液水泥漿懸浮穩定性差和擴散距離不可控的不足，本 發明提供了一種適應斷層帶和基巖風化帶水文地質特征的復合水泥 漿液。該水泥漿利用復合外加劑的物理化學作用，提高了水泥漿的懸 浮穩定性和結石體的早期抗壓強度；改善了漿液的流變特征，提高了 漿液的動切力，實現了漿液擴散距離可控。

本發明所采用的技術方案是：該注漿用低析水率早強水泥漿液包 括下組分，各組分按重量份計：硅酸鹽水泥100份、水80～120份、 懸浮劑10～40份、無機鈉鹽1份、有機醇類早強劑0.03～0.1份。

所述的硅酸鹽水泥為北京興發水泥有限公司生產的425號普通 硅酸鹽水泥。

本發明所選擇的懸浮劑是硅溶膠，硅溶膠屬膠體溶液，分子式為 mSiO₂·nH₂O。硅溶膠是由北京市紅星廣廈化工建材有限責任公司提供 的，型號為2030。硅溶膠水泥漿中摻入硅溶膠后會立刻與水泥水化 時產生的Ca(OH)₂發生強烈反應，生成大量的硅酸鈣并析出二氧化硅 膠體，由于膠體粒子微細(10-20nm)，有相當大的比表面積，其吸附 性強從而建立了一種絮凝結構，可顯著改善了漿液的懸浮穩定性，水 灰比2時漿液析水率由58％降低到5％。所以，漿液在初期主要是硅溶 膠與氫氧化鈣的反應起主要作用，對漿液流變性能影響也較大。

所述的無機鈉鹽為碳酸鈉。

所述的有機醇類早強劑為多聚醇胺、三異丙醇胺或二乙醇胺，其 與碳酸鈉形成復合早強劑，促進后期水泥水化。

本發明的一個重要特征是懸浮劑與復合早強劑有很好的相容性， 前期硅溶膠快速建立了絮凝結構，保證了漿液的懸浮穩定性，提高了 漿液的抗水稀釋能力，為復合早強劑發揮作用提供了結構基礎。因此， 前期硅溶膠對水泥水化歷程影響較大，復合早強劑主要是在后期促進 了水泥本身水化反應。總之，懸浮劑與復合早強劑共同作用顯著影響 水泥的水化歷程，進而改善了漿液的懸浮穩定性、流變性能及早期抗 壓強度。

本發明具有如下有益效果：本發明的注漿用低析水率早強水泥漿 液液懸浮穩定性好、擴散距離可控、早期強度高，同時具有良好的流 動性。漿液在擴散中壓力損耗大，擴散半徑可有效控制，適用于構造 大裂隙和基巖風化帶注漿加固及堵水。