[发明专利]灌浆用高分子复合胶凝剂的制备和使用方法

说明书

[技术领域]

本发明属于地质灾害治理和煤矿、其他品种矿山开采后的采空区及废旧巷道、塌陷坑填充治理中胶凝剂技术领域，具体的说是灌浆用高分子复合胶凝剂。

[背景技术]

在地质灾害治理中主要有泥石流控制、河道淤泥浆清除作业等，目前在这方面没有使用胶凝剂技术的报道。泥石流控制主要采用种植草皮、水泥砂浆对山体提前进行加固等措施，对已形成的泥石流没有很好的控制措施，存在治理成本高、技术手段少等缺陷。目前可通过本材料的使用进行治理和预防：一是提前在易发区域播撒高分子胶凝剂使泥土在雨水来临时形成胶泥减少土壤流动和水的渗透来实现；二是在形成泥石流的区域及时喷洒胶凝剂减少泥浆的流动性并及时从泥浆中析出清水来减轻泥石流的危害。河道泥浆清除作业目前主要通过挖泥船挖掘来进行，效率低成本高。目前可通过高压水制作成泥浆水，然后用泥浆泵输送到远处后用胶凝剂使泥浆中的泥土固化，并及时析出清水排入河道循环往复实现清淤。

矿山开采后的采空区及废旧巷道、塌陷坑填充治理，除煤矿外大部分矿山企业主要通过灌注水泥砂浆、粉煤灰等建筑材料外加水玻璃和碳酸氢氨做胶凝剂来实现。但存在着用量大，效果差、成本特高、效率低等问题。部分企业为降低成本，采用粘土为灌浆材料外加水玻璃和碳酸氢氨做胶凝剂，但由于该类型胶凝材料缺乏固水功能，灌浆后脱水量大，形成大量空区水仓，容易形成溃浆和水害，影响周围和矿井的后续开采作业，造成新的安全隐患。

煤矿地质灾害治理除同以往矿山采空区治理有相同之处外还必须考虑到采空区瓦斯、火、水等灾害的防治，所以对治理方法和材料要求就更高。目前有用黄土、粉煤灰等材料制作成液体泥浆外加聚丙烯酸钠或者水玻璃、碳酸氢铵等组合做胶凝剂使用的先例，但存在使用时胶凝效果差，时效期短，粘弹性和堆积性无法调制，特别是聚丙烯酸钠做胶凝剂使用后由于产生较强的溶水性，组份单一，缺乏一定粘弹性，除防灭火效果与本产品性能相近外，填充和防治水的效果较弱，成本也较高，工艺较复杂，其配方组合在整个地质灾害、采空区治理、煤矿开采使用综合性方面有着一定的局限性。

总之，目前采空区填充及灌浆技术要求胶凝剂在使用上，要求适应性广、各种类型黄土、泥土甚至到水泥砂浆等都可使用，工艺上简单易行，性能上有向填充、堵漏、降温、惰化、阻燃等综合性能发展的趋势。核心就是将各种填充材料与水混合后在注入空区和破碎体、裂隙带等区域前混入胶凝剂，形成粘稠状的浆液或胶体。其中的水分或化学物质能形成阻化膜降低氧化反应，同时，水分蒸发可降低温度，形成的胶体能密实填充于空体和缝隙，堵住漏风的通道和渗水的裂隙，达到高效、广泛应用的目的。并且使用上要考虑到矿山条件的复杂，水、土不便，多数山高路远，注浆区域隐蔽复杂，所以要求使用工艺简单易行，能远距离输送，液固转化方便等。目前用于填充、堵漏、固化、防火、防水化学凝胶技术所用的胶凝剂主要有无机凝胶、高分子胶体、复合胶体三类：1)、无机凝胶如Ba(SCN)与MnSO4制得的BaSO4凝胶及硅酸凝胶，例如湖南大学发布的发明专利《一种用于矿山充填的高含水泥浆固化剂及使用方法》专利号CN102211917A)、许多吸水性树脂也能形成有机凝胶，像蛋白质、明胶、表面处理增强了亲水性的淀粉、纤维素等天然高分子材料，都能够形成水凝胶。近年来人工合成的高吸水树脂也越来越多，它们也能吸附大量水而形成凝胶，例如徐精彩等老师发布的《煤层火灾灭火复合胶体》专利号CN1500535A)第三类凝胶是由微量的有机和无机材料组成复合胶凝剂与基料通过反应生成。原理是泥浆中的颗粒充填在胶凝剂形成的网状胶体结构之间，起充填和增强作用，由于吸水材料吸收了大量水分，体积膨胀与泥浆颗粒相互接触而形成假凝胶，再通过加入线型高分子基料，控制大量分子和分子链段与泥浆颗粒间架桥作用形成复合泥浆胶体，所形成的泥浆胶体其综合性能都大大优于单纯的无机和有机添加剂形成的泥浆凝胶。

能形成复合胶体的基料及添加的胶凝剂组合很多，但是出于降低复合胶体成本、方便操作工艺等考虑，许多高吸水矿物和吸水性树脂等高分子材料都是较理想制作泥浆复合胶体的胶凝添加剂。有关方面在胶凝剂方面进行了研究，并取得了一定的成绩。但现有技术或多或少存在这样或那样的不足，如注入空区后容易溃桨、成本高、胶凝强度低、综合性能差，防火不能防水、防水不能防火，且添加使用中工艺比较复杂，混合不均匀，制作的胶体泥浆不太理想等。

[发明内容]

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，综合有机、无机凝胶材料的优点，通过高分子材料的复合化、功能化，提供一种新型复合胶凝剂配方和制作方法以及使用方法。