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化学浆在煤矿中的应用
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内容提示：化学浆液是一种溶液型介质，具有粘度低、可注性好，能注入岩土层中的细小裂隙或孔隙并形成良好的扩散充填，浆液初凝和固化时间具有较大的调节幅度。其缺点是结石体强度较低、对周围环境和地下水源有一定的污染、价格较贵。因此，以加固为目的的工程一般较少采用化学浆材。化学浆液的工程性能主要由主剂决定，虽然辅助剂、催化剂也有一定的影响，但影响程度不大。
化学浆液是一种溶液型介质，具有粘度低、可注性好，能注入岩土层中的细小裂隙或孔隙并形成良好的扩散充填，浆液初凝和固化时间具有较大的调节幅度。其缺点是结石体强度较低、对周围环境和地下水源有一定的污染、价格较贵。因此，以加固为目的的工程一般较少采用化学浆材。化学浆液的工程性能主要由主剂决定，虽然辅助剂、催化剂也有一定的影响，但影响程度不大。（参考《建筑中文网》）
国内外开发的化学注浆材料有上百种，就其主剂材料而言，大致可分为水玻璃类、无机材料类、高分子材料类等3种类型，工程上通常根据材料的主要性能和工程应用的主要方面将化学材料分为防渗堵漏型和防渗补强型，对煤矿的安全起到特别重要的作用。防渗堵漏型材料较多应用于浅层含水层的固砂防渗或井下破碎岩体的预注浆处理；而防渗补强型浆液主要用于进行井下岩体加固防渗。而高分子材料类是近年来研究比较多的，主要有威尔浮注浆加固材料以及马丽散等。
威尔浮注浆加固材料是一种高分子聚合物，是由体积相等的A、B两种化学材料组成。其具有较好的渗透性，与煤岩体有较高的粘合力，在压力作用下可渗透到微裂隙之中，混合后反应膨胀凝固，形成致密的网络骨架体，对工作面顶板和煤壁起到有效的固结作用。一般采用专用的压注设备将威尔浮A、B两种化学原料等量压注到破碎煤岩体后，经充分混合便发生一系列复杂的化学反应，生成对煤岩体具有较高粘结性的有机弹性体，人为地改善了松软破碎煤岩体的物理力学性能，有机弹性体在破碎煤岩体内膨胀、渗透、充满整个裂隙面形成网络骨架，起到补强加固作用、充填密实作用。在高压作用下甚至涨开、涨大微小的节理发育层面，浆液充填所有的裂隙，降低煤层瓦斯含量。工作面揭露后松散煤岩体已粘结为一体，不易片帮、冒落，有利于及时、安全、有效支护作业。其主要技术性能指标为：
（1）乳化时间：5～10s；
（2）不沾手时间：30～40s；
（3）固结体密度：40～120kg/m3；
（4）抗压强度：0.3～5MPa；
（5）阻燃性能：阻燃氧指数小于26%；
（6）黏结强度：0.1～0.5Mpa；
（7）浆液度：1250kg/m3；
（8）浆液粘度：125～300mPa.s；
（9）双液混合比1∶1.
马丽散是一种低黏度、双组合合成高分子——聚亚胶酯材料，具有高度粘合力和很好的机械性能，与岩层产生高度粘合，可持续与工作面一致的寿命。马丽散注入岩层后，低粘度混合物保持液体状态几秒钟，渗透细小的裂缝，发生膨胀和粘结，从而将冒落区内松散岩石胶结在一起，有效地加固围岩松动圈，使之成为整体，提高了围岩的整体承载能力，从而有效控制巷道顶板的垮落。马丽散具有以下特点：
①粘度低，能很好地渗入细小的裂缝中；
②具有极好的粘合能力，可与松散煤岩体形成很好粘合；
③凝固后有良好的柔韧性，能承受随后的采动影响；
④可与水反应并封闭水流；
⑤可提高煤岩支撑力，机械阻力高。
马丽散化学浆液技术具有新颖性、安全性、快速性和便利性等性能。
1）新颖性。过去加固一般采用的是机械或者物理方法，如架棚挑棚、打锚杆锚索，注水泥浆。注马丽散是一种新颖的化学加固方法，它是由树脂和催化剂两种基本成分，注入煤岩层几秒钟后，经过化学反应生成的聚亚胶脂产品开始膨胀，对围岩松动圈裂隙进行充填，对破碎松散。
2）安全性。未压注马丽散前，该冒顶区的顶板是破碎的煤岩体，溜渣掉顶严重，施工安全威胁大；压注马丽散后，顶板状态良好，未再发生冒顶现象，保证了施工作业安全及可靠性。
3）快速性。未注马丽散前，由于溜渣掉顶严重，一天只能架一棚，甚至将以前支设的棚梁挤倒破坏，施工进度非常缓慢，注马丽散后，每班能架两棚以上，大大加快了施工进度，为工作面的生产快速恢复提供了强有力的保证。
4）便利性。与其它注浆相比，注射马丽散具有以下优点：
①工艺简单，操作简便，多功能注浆泵体积小，压风作动源，正常操作两人即可（一人观察巷道顶帮，若漏浆用棉纱封堵；一人更换原料，观察注射泵的运转情况）；
②注浆前，不需喷浆封闭巷道帮顶；
③马丽散树脂和催化剂两种原料分别用塑料桶装，携带搬运方便，便于井下施工。在围岩渗水较严重的巷道应用马丽散注浆技术，能有效地起到堵水的作用，及时改变围岩的松散结构，提高岩体的整体强度，加快施工进度，从而保证工作面的正常接替。在煤矿生产的其它环节，如：采煤面的片帮、冒顶，工作面及巷道注浆堵水、采空区密闭等类似情况均可应用该技术进行治理。马丽散注浆技术是煤矿井下生产大力推广的一项实用技术，在其他岩土工程的类似条件下也有应用的价值。
近来中国矿业大学研制的新型化学浆液是一种偏向于防渗补强型溶液介质，针对煤矿井下化学注浆的工程条件和技术要求，中国矿业大学先后开发了水溶性聚氨脂和脲醛树脂两种化学浆液，其中，脲醛树脂浆液以脲醛树脂作主液，通过添加饱和剂进行改性处理，浆液的强度、浓度配置、凝固时间控制及安全性等方面较同类浆液（脲醛树脂类）有重大改进：在较低的注浆压力下，能够在岩土的微孔、裂隙中进行扩散，防渗加固效果良好，并且该化学浆液固化后具有很好的柔性，在岩土体变形过程中能够经受较大的变形幅度而不开裂，注浆后封水效果的延续时间可成倍于水泥浆。尽管所开发的脲醛树脂浆液封水效果良好，但浆液配方成本仍相对较高，这在一定程度限制了该化学注浆技术在煤矿井下治水中的应用。为最大限度地降低煤矿井下化学注浆的材料费用，中国矿业大学对原有脲醛树脂浆液配方进行了进一步优化和改性处理，开发出了低成本的脲醛树脂改性Ⅰ型和脲醛树脂改性Ⅱ型两种低成本化学浆液，这两种改性浆液在工程性能（强度、浆液浓度和凝固时间调控性）上与原有脲醛树脂浆液接近，但由于选用新的饱和剂、增塑剂等替代材料，不但提高了在井下使用的安全性，而且材料成本也较原配方降低了40%左右，每吨浆液的价格为其他高分子化学浆液的25%-40%.而且该种化学浆液具有粘度低、渗透性能好，可以在比较细小的裂隙和弱透水砂层中形成良好的扩散充填；浆液胶凝和固化时间具有较大的调节幅度，可根据现场需要进行适当调节；材料来源丰富，价格比较低廉；其产物可与受注地层胶结成良好的整体，抗压强度较高，收缩率低，不反渗，耐久性强。
由上述可以看出化学浆在确保煤矿安全方面的作用是不可替代的，增加对化学浆的研究不仅可以确保经济的健康发展而且对社会的稳定的作用也是巨大的。
来源: 《建筑中文网》.原文网址：http://www.pipcn.com/research/200807/11892.htm
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