一种千米深冻结管环形空间充填固结用特定比重复合材料浆液

摘要

本发明公开一种千米深冻结管环形空间充填固结用特定比重复合材料浆液，由如下组分组成且各组分按重量份计：胶凝材料20-50份、比重调节材料1-50份、复合外加剂0.1-20份、水30-50份。本发明可通过比重调节材料精确调控浆液比重；利用复合外加剂的物理化学作用，浆液具有粘度低，流动性好，稳定性高，凝结时间长可调控的优异特性。

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿深井建设冻结法施工领域，特别是一种适用于千米深冻结孔环形空间充填固结技术领域用的特定比重复合材料浆液。

背景技术

煤矿建设领域冻结法凿井是在井筒开凿前，用人工制冷的方法，将井筒周围地层冻结成封闭的环形冻结壁以抵抗地压并隔绝地下水与井筒的联系，在冻结壁保护下进行井筒掘砌工作的一种煤矿特殊施工方法。由于冻结法施工的安全有效性，目前越来越多的井筒采用冻结法施工。

随着井筒深度的增加，全深冻结施工中，深部冻结管可能穿过马头门、水仓或联络巷等井下构筑物。在冻结期结束冻结壁自然解冻或强制解冻后，冻结孔施工中冻结管与冻结孔之间的环状空间起到通道作用，冻结孔穿过的含水地层可能经环状空间将大量地下水输送至马头门、巷道等位置，严重时可造成淹井事故。目前解决环状空间导水问题一般采用水泥浆置换钻孔泥浆。随着一次冻全深井筒冻结深度的不断加深，尤其是千米深井对置换用水泥浆的浆液稳定性、浆液凝固时间、固结体强度等方面都有了更高的要求。

传统水泥浆在使用中存在保水性差、稳定性差、比重难以精确调控、凝结时间无法满足千米深井环形空间充填固结下放冻结管的要求等诸多问题。因此，为满足千米深井冻结法施工工艺对冻结管环形空间置换充填固结的要求，开发具有稳定性高、流动性好、凝结时间长、浆液比重可精确调控、安全、无毒无害、环保、使用方便、经济性高的材料对千米深井冻结法施工具有重要意义和实用价值。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的克服现有深井煤矿建设冻结法施工中冻结孔环形空间充填固结材料的不足，充分考虑千米深井冻结法施工特点对冻结管环形空间充填固结材料的要求，提供一种安全、无毒无害、环保、使用方便、经济性好、且浆液稳定性好、流动性好、凝结时间可控、结石率高并且浆液比重可根据需要精确调控的适用于千米深井冻结法施工冻结孔环形空间固结充填的复合材料。

本发明的技术方案是这样实现的：一种千米深冻结管环形空间充填固结用特定比重复合材料浆液，由如下组分组成且各组分按重量份计：胶凝材料20-50份、比重调节材料1-50份、复合外加剂0.1-20份、水30-85份。

上述千米深冻结管环形空间充填固结用特定比重复合材料浆液，所述的胶凝材料为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和低碱度硫铝酸盐水泥中的一种或几种组合。

上述千米深冻结管环形空间充填固结用特定比重复合材料浆液，所述的比重调节材料为漂珠、石灰石粉和重晶石粉中的一种或几种组合。

上述千米深冻结管环形空间充填固结用特定比重复合材料浆液，所述的复合外加剂为无机稳定剂、有机稳定剂、结构补强剂和缓凝剂的一种或几种组合。

上述千米深冻结管环形空间充填固结用特定比重复合材料浆液，在所述的复合外加剂中：无机稳定剂大于0重量份且小于等于100重量份，有机稳定剂大于0重量份且小于等于100重量份，结构补强剂大于0重量份且小于等于100重量份，缓凝剂大于0重量份且小于等于100重量份。

上述千米深冻结管环形空间充填固结用特定比重复合材料浆液，无机稳定剂为膨润土、粉煤灰、硅酸钠和海泡石中的一种或几种组合。

上述千米深冻结管环形空间充填固结用特定比重复合材料浆液，有机稳定剂为聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、甲基羟乙基纤维素醚和甲基羟丙基纤维素醚中的一种或几种组合。

上述千米深冻结管环形空间充填固结用特定比重复合材料浆液，结构补强剂为粉煤灰和硅灰中的一种或两种组合。

上述千米深冻结管环形空间充填固结用特定比重复合材料浆液，缓凝剂为酒石酸、柠檬酸、水杨酸、纤维素、磷酸钠、葡萄糖酸钠和蔗糖中的一种或几种组合。

本发明的有益效果是：

本发明的千米深冻结管环形空间充填固结用特定比重复合材料浆液具有如下优点：安全、无毒无害、环保、使用方便、经济性高，浆液比重可根据施工需要方便调控，并具有稳定性好、流动性好、凝结时间可调控、结石率高、施工使用简便的特点，能够满足千米深冻结管环形空间充填固结的要求。

具体实施方式

实施例一

本实施例的千米深冻结管环形空间充填固结用特定比重复合材料浆液由下列组分组成：PC.32.5复合硅酸盐水泥350kg、比重调节材料250kg、水700kg、结构补强材料100kg、有机稳定剂0.6kg、缓凝剂2.3kg。

比重调节材料为漂珠、石灰石粉和重晶石粉的混合物，其中：漂珠为50kg、石灰石粉为80kg、重晶石粉为120kg。有机稳定剂为聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、甲基羟乙基纤维素醚和甲基羟丙基纤维素醚的混合物，其中：聚乙烯醇为0.1kg、聚丙烯酰胺0.2kg、甲基羟乙基纤维素醚0.15kg和甲基羟丙基纤维素醚0.15kg。结构补强剂为硅灰。缓凝剂为酒石酸、柠檬酸、水杨酸和蔗糖的混合物，其中：酒石酸为0.5kg、柠檬酸为0.7kg、水杨酸为0.4kg、蔗糖为0.7kg。

本实施例的千米深冻结管环形空间充填固结用特定比重复合材料浆液比重为1.40，浆液在此特定比重下：粘度40S，2h析水率1％，初凝时间120小时，终凝时间135小时，结石率93％，28d抗压强度7.8MPa。

实施例二

本实施例的千米深冻结管环形空间充填固结用特定比重复合材料浆液由下列组分组成：PC.32.5复合硅酸盐水泥350kg、比重调节材料200kg、水750kg、结构补强材料50kg、有机稳定剂0.5kg、缓凝剂2.15kg。

比重调节材料为漂珠、石灰石粉和重晶石粉的混合物，其中：漂珠为45kg、石灰石粉为55kg、重晶石粉为100kg。有机稳定剂为羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、甲基羟乙基纤维素醚和甲基羟丙基纤维素醚的混合物，其中：羧甲基纤维素为0.05kg、羟丙基纤维素0.25kg、甲基羟乙基纤维素醚0.15kg和甲基羟丙基纤维素醚0.05kg。结构补强剂为硅灰。缓凝剂为纤维素、磷酸钠、水杨酸和蔗糖的混合物，其中：纤维素为0.15kg、磷酸钠为0.5kg、水杨酸为0.9kg、蔗糖为0.6kg。

本实施例的千米深冻结管环形空间充填固结用特定比重复合材料浆液比重为1.35，浆液在此特定比重下：粘度32S，2h析水率1％，初凝时间132小时，终凝时间153小时，结石率92％，28d抗压强度7.3MPa。

实施例三

本实施例的千米深冻结管环形空间充填固结用特定比重复合材料浆液由下列组分组成：PC.32.5复合硅酸盐水泥250kg、比重调节材料200kg、水780kg、结构补强材料70kg、有机稳定剂0.41kg、缓凝剂1.65kg。

比重调节材料为漂珠、石灰石粉和重晶石粉的混合物，其中：漂珠为58kg、石灰石粉为60kg、重晶石粉为82kg。有机稳定剂为聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素和羟丙基纤维素的混合物，其中：聚乙烯醇0.1kg和聚丙烯酰胺0.14kg、羧甲基纤维素为0.08kg、羟丙基纤维素0.09kg。结构补强剂为硅灰。缓凝剂为纤维素、磷酸钠、葡萄糖酸钠、酒石酸和柠檬酸的混合物，其中：纤维素为0.1kg、磷酸钠为0.25kg、葡萄糖酸钠为0.4kg、酒石酸为0.45kg、柠檬酸为0.45kg。

本实施例的千米深冻结管环形空间充填固结用特定比重复合材料浆液比重为1.30，浆液在此特定比重下：粘度28S，2h析水率1％，初凝时间110小时，终凝时间122小时，结石率96％，28d抗压强度1.5MPa。

实施例四

本实施例的千米深冻结管环形空间充填固结用特定比重复合材料浆液由下列组分组成：PC.32.5复合硅酸盐水泥250kg、比重调节材料160kg、水805kg、无机稳定剂2.6kg、结构补强材料35kg、有机稳定剂0.35kg、缓凝剂1.5kg。

比重调节材料为漂珠、石灰石粉和重晶石粉的混合物，其中：漂珠为50kg、石灰石粉为40kg、重晶石粉为70kg。无机稳定剂为膨润土、粉煤灰、硅酸钠和海泡石的混合物，其中：膨润土为1.1kg、粉煤灰为0.6kg、硅酸钠为0.6kg和海泡石为0.3kg。有机稳定剂为聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、甲基羟乙基纤维素醚和甲基羟丙基纤维素醚的混合物，其中：聚乙烯醇0.04kg、聚丙烯酰胺0.02kg、羧甲基纤维素为0.1kg、羟丙基纤维素0.08kg、甲基羟乙基纤维素醚0.06kg、甲基羟丙基纤维素醚0.05kg。结构补强剂为硅灰。缓凝剂为酒石酸、柠檬酸、水杨酸、纤维素、磷酸钠、葡萄糖酸钠和蔗糖的混合物，其中：酒石酸为0.2kg、柠檬酸为0.1kg、水杨酸为0.12kg、纤维素为0.14kg、磷酸钠为0.24kg、葡萄糖酸钠为0.4kg、蔗糖为0.3kg。

本实施例的千米深冻结管环形空间充填固结用特定比重复合材料浆液比重为1.25，浆液在此特定比重下：粘度24S，2h析水率1％，初凝时间130小时，终凝时间146小时，结石率90％，28d抗压强度1.8MPa。

上述实施例一至实施例四的实验数据表明，千米深冻结管环形空间充填固结用特定比重复合材料浆液具有浆液粘度低，流动性好，稳定性高，凝结时间长可调控的优异特性；浆液比重可根据实际工程需要精确调整到特定比重，从而使得浆液在特定比重情况下其粘度、2h析水率、初凝时间、终凝时间、结石率和28d抗压强度能够满足千米深冻结管环形空间充填固结要求。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明创造所作的举例，而并非对本发明创造具体实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。