不同注浆材料与煤水、煤岩泥浆液性能试验与分析

张玉萌 倪振强

(聊城大学建筑工程学院)

0 引言

由于矿井岩体周围气体环境的复杂性和密闭性，对注浆材料在进行岩体裂隙与孔洞灌浆的过程中反应剧烈程度、放出热量多少等缺少科实验验证，注浆材料使用大多是通过以往的工程处理经验进行人为判断。在最近几年，全国各地出现了许多因使用注浆材料不当导致火灾事故的产生，如山西焦煤集团霍州煤电三交河煤矿因化学注浆温度过高引发煤自然发火事故。因此，需要对不同注浆材料性能做对比实验，为注浆材料的使用提供科学的依据[1-3]。

以往的研究中，对单独分析固邦特、马丽散、水泥注浆材料在围岩顶板、软岩加固、岩体裂隙与孔隙等应用和单独注浆材料的浆液强度分析的文献较多，但是将固邦特、马丽散、水泥注浆材料与煤水、煤岩泥形成的浆液的性能对比试验的研究较少。本文在矿井巷道及地面进行了不同注浆材料浆液性能对比实验，从而得出性能最好的4 分钟初凝固邦特注浆材料浆液，具有较高的工程价值。

1 实验

1.1 实验环境

注浆材料性能对比实验地点为-780m 南翼胶带机巷迎头附近。经现场测定，实验用一次性纸杯容量为210ml；实验进行当日巷道内空气温度为31.5℃，相对湿度为90%，本次实验为无压实验。实验煤岩泥取自迎头钻场；实验用煤水取自迎头管棚钻孔，水温现场测定为39℃。

1.2 原材料

参与本次实验的注浆材料有4 种，分别为：2 分钟初凝固邦特（普通型）、8 分钟初凝固邦特（普通型）、固瑞特、马丽散。

1.3 实验方法

⑴实验分两组进行，第一组4 种注浆材料和煤岩泥混合固结实验，第二组4 种注浆材料和煤水混合固结实验。实验开始前首先测定巷道环境温度、水温度、相对湿度。

⑵首先将煤岩泥和煤水分别放入各自的实验杯中；新型注浆材料A 料和B 料按比例混合后倒入实验杯中；普通水泥和快硬水泥药卷配好后倒入实验杯中，并搅拌均匀。

⑶每种实验材料与煤岩泥配比2 杯，与煤水配比1杯。

⑷由于现场实验条件限制较大，实验主要通过指压法、感观认识、相机记录等方式来宏观、定性的进行注浆材料性能对比。

2 现场实验结果

2.1 井下现场实验结果

注浆材料宏观性能对比分析具体结果见本文第3部分：实验结果对比差异。其中代码表示注浆材料的汉语拼音首字母。如：2GBT(PT)-S 代表2 分钟初凝固邦特（普通型）与煤水反应；2GBT(PT)-M 代表2 分钟初凝固邦特（普通型）与煤岩泥反应；GRT-S 代表固瑞特与煤水反应；GRT-M 代表固瑞特与煤岩泥反应。

2.2 地面二次验证实验结果

通过在井下现场实验，基本上可以从宏观角度定性地了解各种注浆材料的性能。鉴于8 分钟初凝固邦特（普通型）与煤岩泥混合后初凝时间、终凝时间、强度均和理论值差距较大的情况，在地面进行了该样品的二次验证实验，实验配比情况相同，但实验用水经过加热后使用，以满足此注浆材料充分反应所需的温度。地面二次验证实验中发现：8 分钟初凝固邦特（普通型）在实验2 小时内仍然未充分初凝，初凝时间较井下现场实验略有缩短，但依然和理论值差距较大，强度增加幅度依然较慢。

2.3 地面三次验证实验结果

通过井下现场实验、地面二次验证实验可知，8 分钟固邦特（普通型）与煤岩泥混合后，初凝时间在8 小时左右甚至更长，强度很低。为了进一步认识此种材料的固结特性，将8 分钟固邦特（普通型）初凝时间调至4 分钟，再一次进行实验验证，实验材料配比比例不变。地面三次验证实验得出：4 分钟固邦特（普通型）A、B 料混合后初凝时间为3 分20 秒，终凝后强度很高。与煤岩泥混合后初凝时间为8min 左右，终凝强度很高。

3 实验结果对比差异

3.1 注浆材料与煤水反应性能对比分析

3.1.1 2GBT(PT)-S 与8GBT(PT)-S 性能对比差异

2GBT(PT)-S：与煤水搅拌后注浆材料和煤水分层；终凝时间约为7 分钟，初凝时实验杯下部强度适中，终凝后感观判断强度很高；反应过程中伴生放热现象，温度较高，实验杯底鼓起，说明有气体产生或者因放热所致。

8GBT(PT)-S；与煤水搅拌后分层，注浆材料在下，水离析在上；有热量伴生，温度较高；反应平缓，初凝时间约为41 分钟，终凝后感观判断强度较高。

3.1.2 MLS-S 与GRT-S 性能对比差异

MLS-S：A、B 料混合轻微搅拌即开始发泡；倒入实验杯后基本没有搅拌时间便迅速发泡，发泡时间约持续1～2 分钟，并有大量热量放出；反应结束后，实验杯中水依然存在；发泡倍数小于GBT(FB)-S。

GRT-S：与煤水搅拌后分层，固瑞特在下，水离析在上；反应过程中少量发泡，温度上升快；终凝时间约为24 分钟，终凝后强度很高；实验杯中上部煤水由液态逐渐变为胶体状，但强度低。

3.2 注浆材料与煤岩泥反应性能对比分析

3.2.1 2GBT(PT)-M 与8GBT(PT)-M 性能对比差异

2GBT(PT)-M：终凝时间约为7 分钟，初凝强度适中，反应中伴有热量产生，终凝后感观判断强度较高。

8GBT(PT)-M：①与煤岩泥搅拌后反应迟缓，基本不散热，在实验时间（2 小时）内没有初凝。②将实验样品带至地面后，下午5 时基本初凝，但效果不佳，基本无强度。③第二天下午强度较高。④本样品初凝时间长，终凝标志不明显，强度缓慢增加。

表1 2GBT(PT)-M与8GBT(PT)-M实验结果性能对比

3.2.2 MLS-M 与GRT-M 性能对比差异

MLS-M：①A、B 料混合轻微搅拌即开始发泡。②倒入实验杯后基本没有搅拌时间便迅速发泡，发泡时间约为1～2 分钟，并有大量热量放出。③终凝后发泡量总体小于固邦特（发泡型）的发泡量。

GRT-M：①搅拌后反应较快。②反应过程中感官判断强度提升快，有热量放出。③终凝时间约为18 分钟，终凝后强度很高。

4 结论

⑴不同注浆材料在围岩裂隙、空洞的填充效果和软岩等加固效果有所差异。两分钟固邦特与煤水、煤岩泥反应过程中都会放出大量的热量，所以在使用时应注意温度升高对围岩裂缝的影响。

⑵从8 分钟固邦特（普通型）与煤水、煤岩泥反应的实验、地面二次实验、地面三次实验中得出：8 分钟固邦特（普通型）初凝时间在8 小时左右甚至更长，强度很低，没有一个明确的分界线来判断自身的固结性能程度。但是调整8 分钟固邦特（普通型）初凝时间至4 分钟，进一步实验得出，4 分钟固邦特（普通型）A、B 料混合后初凝时间为3 分20 秒，终凝后强度很高。与煤岩泥混合后初凝时间为8min 左右，终凝强度很高。4 分钟固邦特（普通型）的各项性能满足注浆材料的基本标准，可以作为井下备用注浆材料，具有较高的工程应用价值。