不同灌浆材料在矿山井下灌浆中应用的优缺点分析

梁海廷++侯雷明++韩涛++张通彪

摘 要：随着国家对环保的要求和人们对环境意识的逐渐提升，人们对环保材料的需求也越来越大，环保材料在人们的生活、生产中的应用也越来越广泛，井下灌浆浆液也在随技术要求的变化而不断升级。本文从水泥、水玻璃的基本性能出发，对水灌浆材料的性能和应用进行探讨，分析对比各浆液成分的不同，以及灌浆效果及结石体性能的优缺点。

关键词：井下灌浆 环保 水玻璃 水泥 石灰岩

中图分类号：TD265 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）09（c）-0034-02

隨着国家对环保的要求和人们对环境意识的逐渐提升，人们对环保材料的需求也越来越大，环保材料在人们的生活、生产中的应用也越来越广泛，井下灌浆浆液也在随技术要求的变化而不断升级。目前，各矿山井下灌浆浆液成分因地质、水文条件的不同也各不一样，现就五矿矿业控股公司权属各矿山井下灌浆浆液不同成分，浆液的优缺点进行对比。

1 水玻璃

水玻璃的用途非常广泛，几乎遍及国民经济的各个部门。在矿山领域，对于矿山选矿、防水、堵漏起到很重要的作用。

水玻璃灌浆的优点：水玻璃浆液是真溶液，开始粘度低，可灌性好；水玻璃浆材来历广，造价低，经济效益无穷；水玻璃浆材主剂毒副作用小，不会污染环境，运用安全；能够与水泥合作运用，能结合水泥浆材利水玻璃浆材两者的长处；水玻璃类化学灌浆资料是指一系列浆材，能够针对不同的施工、水文、地质、土壤条件，选用相应的品种。

但是，目前因水玻璃自身的结构原因而导致的固化后耐水性差的问题尚未得到彻底解决，因不同的途径造成的固化而产生的固化机理也是各种各样，从而使水玻璃在其应用以及解决其相应的缺陷上受到阻碍。

2 水泥

水泥作为灌浆材料具有强度高、耐久性好、无毒、无味、材料来源方便、价格低廉等优点，但存在如下缺点：水泥粒径较大，粗颗粒多，最大粒径可达90～100μm；水灰比较大时，浆液的稳定性差，易析水回浓，不能有效灌入细微裂隙；且硬化时伴有析水，固相体积收缩，使硬化结石与被灌基体的粘结强度降低，形成新的渗水通道。

超细水泥灌浆料是由高强型超细水泥、膨胀剂、矿渣等多种助剂，经特殊设备精制而成的新一代无机刚性超细灌浆材料。无毒、无味、对地下水及环境无污染，属环保型灌浆材料。浆液固化时无收缩现象，结石强度高，耐久性好，不老化，抗渗性能佳。浆液流动性好，材料的比表面积在800m2/kg以上，平均粒径5μm以下，因而其稳定性及可灌性高。浆液凝固时间可按工程需要进行调节。浆液施工工艺简单，操作方便，能大规模使用。

3 水泥-水玻璃

水泥-水玻璃作为一种复合型双液注浆材料，集中了水泥和水玻璃两种材料的优点，在井下注浆工程中发挥了重要作用。通过总结各注浆工程效果发现，浆液的凝固特性对灌浆、堵水效果具有直接影响。

传统水泥-水玻璃双液注浆材料因其凝胶时间短、早期的抗压强度高的优点，被广泛应用于井下富水层的加固堵漏。然而因其结构稳定性及抗地下水侵蚀性能较差，所以，长时间后容易被地下水中含有的酸类、盐类等物质腐蚀破坏。传统水泥-水玻璃双液注浆材料的凝胶时间随水玻璃波美度的增加而减小，随水玻璃所占浆液比例的增加而延长，随水玻璃模数的增加先缩短后延长。

在传统水泥-水玻璃双液注浆材料的基础上，综合利用工业废渣如粉煤灰、矿渣，形成一种新型复合水泥基-水玻璃双液注浆材料，即以水泥复合粉煤灰、矿渣形成A液，与水玻璃B液混合，得到复合水泥基-水玻璃双液注浆材料。该材料具有以下特点：（1）钠基膨润土、萘系减水剂所占比例分别为3%、1%时，浆液具有较好的稳定性和流动性；浆液凝胶时间在几十秒到几分钟之间且可调，可通过改变水玻璃所占比例、波美度、及粉料比例来改变浆液的凝胶时间；水玻璃所占比例控制在20%时，结石体抗压强度最大，而且增大水玻璃的波美度或水泥、粉煤灰、矿渣三者混掺均可提高结石体的抗压强度。（2）具有较高的抗化学侵蚀性能。（3）掺入粉煤灰、矿渣后，复合水泥基-水玻璃双液浆水化产物Ca（OH）2的含量降低，水化早期，微观结构较为松散，随着龄期的延长，微观结构明显得到改善，逐渐变得密实。与标准养护条件下相比，在腐蚀条件下养护，传统水泥-水玻璃双液浆中Ca（OH）2含量显著减少，微观结构变得松散，而复合水泥基-水玻璃双液浆Ca（OH）2变化较小，微观结构依然很密实。

4 石灰岩-水玻璃

通过pH值实验测定证明该系统是能反应的，但是反应较缓慢。其内部水玻璃中SiO2处于某种过渡态，波美度大于45°，适当升高温度，可加速系统反应。通过实验，40℃养护下低品位石灰岩-水玻璃浆液小试体（2cm×2cm×2cm）结石强度和固砂强度分别可达8.3MPa和11.3MPa。所以，石灰岩-水玻璃灌浆材料可开发作为一种新型无机灌浆材料。

参考文献

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