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随着煤矿开采深度的增加,煤与瓦斯突出灾害日趋严重,直接妨碍了煤矿正常生产,阻滞了煤炭工业的持续健康稳定发展。
煤层结构复杂或软分层变厚,靡棱煤、碎煤增多、粒状甚至土状,强度低是突出区域的显著标志。固化防突是通过向煤体中压注固化液提高煤体的强度以此达到减少或消除突出可能性的措施。煤体中注入浆材可以起到加固煤体、增大f值、减小瓦斯膨胀能的作用,相关研究证明是切实可行的。
固化煤体这一防突措施成功关键在于固化液的选择。本文研发一种固化煤体的新型浆液材料。在已有注浆材料研究基础上,选择水泥和丁苯胶乳复配复合浆液。将无机材料和有机乳液结合起来,开创固化液的新领域。
通过对煤体突出原理、影响因素以及煤体注浆固化防突机理、煤体内部裂隙、孔隙状况的研究。确定注浆材料的选择方向,选择无毒、对工作环境无危害、与煤体很好的粘结适应性、良好易注性的浆材。通过对现有煤体注浆材料以及聚合物改性水泥的现状及机理分析,确定将有机材料和水泥复配复合浆材作为注浆材料。丁苯胶乳在水泥改性方面应用广泛,对水泥具有良好的适应性,粘度低、物理化学稳定性好、能明显改善固结体的柔韧性,同时可以降低注浆材料粒径的整体级别,改善注浆效果。
参照相关水泥净浆实验规程,分别进行外加剂筛选试验和抗压强度、抗折强度、流动度、吸水率、收缩率、保水性、粘度实验测试。对所选择的两种丁苯胶乳实验效果对比,测试和确定聚灰比(P/C)、水灰比(W/C)。水泥丁苯胶乳(SN胶乳)P/C=12%时,各方面的测试效果均表现良好,固结体柔韧性明显得到改善。
经过煤体加固实验,与普通水泥浆相比,SN胶乳改性水泥P/C=12%加固煤粒具有良好的强度,加固效果明显。W/C=1.O时7d抗压强度达到5.17Mpa。选择W/C=1.2的SN胶乳水泥进行煤体注浆加固模拟试验,煤粒凝聚效果明显。运用FLUENT软件进行注浆模拟实验,为确定浆液扩散半径,为实际注浆工程提供了理论指导。