煤炭学报

作者：管学茂, 张海波, 杨政鹏, 李海艳, 路建军, 狄红丰, 帅波, 徐驰, 王国普,

关键词：千米深井, 微纳米注浆材料, 纳米增强, 有机调节剂, 黏结强度,

针对千米深井巷道围岩大变形控制难题，提出了支护-改性-卸压“三位一体”协同控制技术，其中要求注浆改性材料具有“高渗透、高强度、高黏结”性能。“高渗透”可以通过减小粒度、增加界面润湿性来实现;“高强度”可以通过优选快速水化矿物，添加纳米增强材料来实现;“高黏结”可以通过添加有机调节剂，增加界面润湿并形成强化学键来实现。本文以超细化的硫铝酸盐水泥熟料、石膏、石灰为主要原料，通过优化配比研发了无机注浆材料，材料粒径D95<7.0 μm，最佳配比为硫铝酸盐水泥熟料、石膏、石灰质量比5∶4∶1;合成了纳米锂铝类水滑石增强材料，具有锂离子增强和纳米晶核诱导结晶双重协同增强作用，当掺量为无机注浆材料质量的2%时，抗压强度提高145%，达到12.3 MPa;采用“一锅法”合成了两亲性有机调节剂，掺量为无机注浆材料质量的3%时，可以将水与煤表面接触角从72.80°减小到19.23°，并在注浆材料与裂隙表面间形成氢键作用，显著改善界面润湿性，增加界面黏接强度。以无机注浆材料、纳米锂铝类水滑石、有机调节剂按95%,2%,3%的质量百分比混合制备了微纳米注浆材料，材料初、终凝时间分别为2.5，6.9 min，2 h抗压强度为12.5 MPa，煤的黏结强度大于煤自身拉伸断裂强度。微纳米注浆材料在口孜东矿进行了超前注浆应用，可以良好注入10 μm开度的裂隙，与裂隙表面结合紧密，锚杆拉拔力由注浆加固前的80 kN提高到注浆后的140 kN。

来源：2020年第3期

《煤炭学报》期刊编辑部

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