[發明專利]一種低滲抗分散巖石滲透改性材料

有效

• 申請號: 202210005365.8
• 申請日: 2022-01-05
• 公開（公告）號: CN114436585B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 范鋼偉;張東升;姜淑印;張世忠;范祎博;南天琦;孔梓涵
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: C04B28/04
• 分類號: C04B28/04;C04B111/27
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 曹翠珍

本發明公開一種低滲抗分散巖石滲透改性材料，包括以下組分(以質量份數計)：超細硅酸鹽水泥60～100份，石墨烯0.018～0.04份，超細粉煤灰12～30份，聚丙烯酰胺1.2～3.0份，高性能減水劑0.3～1.5份，水36～80份，煤矸石0～220份。本發明中石墨烯(GO)、超細粉煤灰的加入可對改性巖石中微米/納米級孔隙進行填充，降低巖石滲透性。同時超細粉煤灰中的SiO₂、Al₂O₃能夠消耗水泥水化反應產生的Ca(OH)₂，減少水環境下Ca(OH)₂溶解后材料孔隙生成量，提高材料抗滲性能。聚丙烯酰胺(PAM)作為線型高分子聚合物，與石墨烯、超細粉煤灰中的SiO₂反應，生成GO/PAM/SiO₂復合水凝膠，能夠對改性材料中膠體或微粒進行絮凝，提高材料抗水分散能力。

技術領域

本發明涉及礦山保水開采技術領域，具體涉及一種低滲抗分散巖石滲透改性材料。

背景技術

近年來，煤炭開采中的水資源保護問題越來越引起國家層面的高度重視，保水開采也成為了煤炭行業可持續發展的客觀要求和必然選擇。而地層中原生孔隙(裂隙)的存在，以及煤炭開采引起的次生裂隙，造成巖層滲透性升高和隔水能力降低，進而引發水資源流失和生態環境破壞等。特別是對于水資源匱乏和生態環境脆弱的中國西北部地區以及高承壓(水壓)條件下的煤炭開采而言，上述問題則更為突出。以煤礦高底板承壓水上采煤為例，在采動引起的加卸載作用下，底板巖層發生移動變形，巖層中裂隙逐步經歷從萌生、到擴展、再到貫通等過程，并形成導水通道。導水通道的存在一方面可作為含水層的賦水介質，增加其富水性；另一方面可成為底板水流失通道，在采動誘導下引起水資源流失。特別是在高承壓水條件下，高水壓會進一步沖刷和劈裂導水裂隙，擴大導水裂隙開度，加劇水資源流失程度。注漿改性作為保水開采的有效途徑之一，其前提是巖石滲透改性材料的研制。

目前，常用的改性材料主要有水泥基材料和化學基材料，水泥基材料具有來源廣、強度高、價格低廉等優勢，被廣泛用于各類地下注漿工程，例如CN 109293262 B和CN110255993 B。但是由于水泥顆粒粒徑較大，在巖體孔隙和微裂隙中的可注性較差，巖石抗滲性提高程度受限。而以水性聚氨酯、馬麗散等為代表的高分子化學材料，雖然其粒徑大小滿足可注性要求，但材料成本高、經濟適用性差。同時高分子化學材料多含有有害物質，在地下水流場作用下，發生水化學反應，導致有害元素發生遷移，對地下水水質和水環境造成不利影響。此外，上述改性材料在高水壓作用下會因吸水效應和沖蝕作用而發生一定的稀釋離散，從而降低漿液粘結性，弱化巖石孔隙或裂隙封堵充填效果，影響巖石改性效果。

因此，對于巖石孔隙或微裂隙滲透改性而言，需要研發顆粒直徑小、注入性強、擴散效果好的新型改性材料；而對于高水壓條件，則需要確保巖石滲透改性材料具有良好的粘結性和抗分散能力。

發明內容

本發明針對上述改性材料存在的不足，提供一種低滲抗分散巖石滲透改性材料。該巖石滲透改性材料具有良好的孔隙或微裂隙注入性和高水壓作用下的抗分散性，對巖石中微米/納米級孔隙進行填充，降低巖石滲透性。

為實現上述目的，本發明提出如下技術方案：

本發明的另一個目的是提供一種低滲抗分散巖石滲透改性材料，所述的改性材料包括以下組分(以重量份數計)：超細硅酸鹽水泥60～100份，石墨烯0.018～0.04份，超細粉煤灰12～30份，聚丙烯酰胺1.2～3.0份，高性能減水劑0.3～1.5份，水36～80份，煤矸石0～300份。

進一步地，所述超細硅酸鹽水泥粒度為1340～1800目。

進一步地，所述石墨烯為納米級單層石墨烯，片層厚度小于2nm，片層直徑0.1～0.5um，且所述石墨烯含量占比為所述超細硅酸鹽水泥的0.03％～0.04％。