一种利用矿井涌水制备煤层底板防水注浆材料及其制备方法[0002]我国华北地区煤矿开采普遍受到煤层底板的承压含水层突水威胁，通常需要在采煤工作面开采前对煤层底板地层进行注浆防渗、防突改造。常规注浆的材料多选用水泥、粘土或两者混合为主的浆液。其中，为进一步提高粘土浆液注入后的强度和防渗效果，常在粘土为主的浆液中加入化学改性剂来提高相关性能。然而，加入化学改性剂必然使得注浆材料的综合造价显著提高，且存在对注入地层的污染的可能；当底板天然防水条件更差时，会在粘土注浆材料中加入水泥或采用水泥单浆液，而为进一步提高水泥浆液或粘土水泥浆液的凝结速度和早期强度会在浆液中加入化学改性剂来提高相关性能。同样，加入水泥和化学改性剂必然使得注浆材料的综合造价显著提高，且存在对注入地层的污染的可能。
[0003]本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种利用矿井涌水制备煤层底板防水注浆材料的方法。[0004]本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。[0005]根据本发明的一种实施例，一种利用矿井涌水制备的煤层底板防水注浆材料，包括下述质量分数的原料:[0006]包括A组分和B组分两部分:[0007]A组分:普通粘土和纯粘土矿物0.8~1.2 ;
[0008]B组分:浓缩的矿井涌水和生石灰1;
[0009]所述A组分中普通粘土占A组分重量的80~100%,纯粘土矿物为膨润土，占A组分重量的O~20% ；
[0010]所述B组分中浓缩的矿井涌水占B组分重量的90~100%,生石灰占B组分重量的O~10%。
[0011]该实施例的利用矿井涌水制备的煤层底板防水注浆材料的制备方法，包括下述步骤:
[0012]1) A组分的制备
[0013]a)将普通粘土振动除砂，去除大部分的砂粒；
[0014]b)按照重量百分比为80~100%普通粘土加入O~20%粘土矿物膨润土的比例加入粘土矿物膨润土，搅拌均匀，使得A组分中的粘粒含量达到40%以上；
[0015]2) B组分的制备
[0016]a)选定富钙的矿井涌水，将选定的矿井涌水在常压下加热，使得矿井涌水浓缩至原重量的10~30% ;
[0017]b)按照重量百分比为90~100%浓缩矿井涌水添加O~10%生石灰的比例加入生石灰，使得B组分的pH值达到8~10 ;
[0018]3)防水注浆材料的制备
[0019]将A组与B组分按照质量比为0.8:1~1.2:1充分搅拌混合后，在15~25°C条件下密封静置3~7天后制作成粘土浆液，粘土浆液使用时再进行一次搅拌后注入目标地层。
[0020]上述所选定的矿井涌水中Ca2+离子的含量大于1000mg/L ;所述将选定的矿井涌水在常压下加热的温度为50~60°C。
[0021]根据本发明的另一种实施例，一种利用矿井涌水制备的煤层底板防水注浆材料，包括下述质量分数的原料:
[0022]包括A组分、B组分和C组分三部分:
[0023]A组分:普通粘土和纯粘土矿物0.8~1.2 ;
[0024]B组分:浓缩的矿井涌水和生石灰I;
[0025]C组分:普通硅酸盐水泥和水玻璃 0.8~1.2:0.15~0.3 ;
[0026]所述A组分中普通粘土占A组分重量的85~100%，纯粘土矿物为膨润土，占A组分重量的O~15% ；
[0027]所述B组分中浓缩的矿井涌水占B组分重量的95~100%,生石灰占B组分重量的O~5% ;
[0028]所述C组分中普通硅酸盐水泥占C组分质量的85 %~95 %，水玻璃占C组分质量的5%~15%。
[0029]对应该实施例利用矿井涌水制备的煤层底板防水注浆材料的制备方法，包括下述步骤:
[0030]I) A组分的制备
[0031 ] a)将普通粘土振动除砂，去除大部分的砂粒；
[0032]b)按照重量百分比为85~100%普通粘土加入O~15%粘土矿物膨润土的比例加入粘土矿物膨润土，搅拌均匀，使得A组分中的粘粒含量达到35%以上； [0033]2) B组分的制备
[0034]a)选定富钙、富S042_+Cr的矿井涌水，将选定的矿井涌水在常压下加热，使得矿井涌水浓缩至原重量的10~30% ；
[0035]b)按照重量百分比为95~100%浓缩矿井涌水添加O~5%生石灰的比例加入生石灰，使得B组分的pH值达到7.5~10 ;
[0036]3)防水注浆材料的制备
[0037]将A组分与B组分按照质量比为0.8:1~1.2:1充分搅拌混合后，在15~25°C条件下密封静置3~7天后制作成粘土浆液；粘土浆液再加入C组分，A组分与C组分按质量比1:0.15~1:0.3与粘土浆液进行混合，粘土浆液使用时再进行一次搅拌后注入目标地层。
[0038]上述所选定富钙、富S042_+C1_的矿井涌水，其中选定的矿井涌水中Ca2+离子的含量大于1000mg/L，且S042_+C1_离子的含量大于1000mg/L ;所述将选定的矿井涌水在常压下加热的温度为50~60°C。[0039]根据本发明再一种实施例，一种利用矿井涌水制备的煤层底板防水注浆材料，包括下述质量分数的原料:
[0040]包括B组分和D组分两部分:
[0041]B组分:浓缩的矿井涌水0.8~1.2 ;
[0042]D组分:普通硅酸盐水泥I。
[0043]对应该实施例的利用矿井涌水制备的煤层底板防水注浆材料的制备方法，包括下述步骤:
[0044]1)B组分的制备
[0045]选定富S042_+Cr的矿井涌水，将选定的矿井涌水在常压下加热，使得矿井涌水浓缩至原重量的10~30% ;
[0046]2)防水注浆材料的制备
[0047]将B组分与D组分按照质量比为0.8:1~1.2:1充分搅拌混合后，注入目标地层。
[0048]上述选定的矿井涌水中S042_+C1_离子的含量大于1000mg/L ;所述将选定的矿井涌水在常压下加热的温度为50~60°C。
[0049]与现有技术相比 ，本发明的有益效果在于:
[0050]I)利用矿井涌水配制煤层底板防水注浆材料，避免或降低了化学添加剂使用量，有效控制了浆液成本；
[0051]2)将矿井涌水废物利用，减少了排水费用和环境污染；
[0052]3)利用矿井涌水改性的粘土浆液，提高了强度和防渗效果；
[0053]4)利用矿井涌水改性的水泥浆液或粘土水泥浆液缩短了凝结时间和增大了早期强度，提高了注浆的效率；
[0054]5)利用矿井涌水中的悬浮的岩粉、矸石粉、粉煤灰等提高了水泥浆液的后期强度和水稳性；
[0055]6)配制浆液的材料很大程度为天然矿物成分，注入地层后对地下环境污染小。
[0056]下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
[0057]第一种实施方式:
[0058]本发明所述的利用注浆材料，包括A、B两部分组成，其中A组分包括普通粘土和纯粘土矿物；B组分包括浓缩的矿井涌水和生石灰，A组与B组按质量比0.8:1~1.2:1进行混合使用。
[0059]A组分中普通粘土占A组分重量的80~100%，纯粘土矿物为膨润土，占A组分重量的O~20%。B组分中浓缩的矿井涌水占B组分重量的90~100%,生石灰占B组分重量的O~10%。
[0060]A组分制备方法是将普通粘土振动除砂，去除大部分的砂粒，然后可加入粘土矿物(膨润土)搅拌均匀，使得A组分中的粘粒含量达到40%以上。
[0061]B组分制备方法是选定富钙的矿井涌水，其中选定的矿井涌水中Ca2+离子的含量大于1000mg/L，将选定的矿井涌水在常压下加热到50~60°C，使得矿井涌水浓缩至原重量的10~30%，然后可添加生石灰，使得B组分的pH值达到8~10。
[0062]A组与B组分按照质量比0.8:1~1.2:1充分搅拌混合后，在15~25°C条件下密封静置3~7天后制作成粘土浆液，粘土浆液使用时再进行一次搅拌后注入目标地层。
[0063]实施例1:
[0064]A组分选用普通粘土 1600g(粘粒占43% )，B组分为浓缩的矿井涌水1800g，该浓缩的矿井涌水由天然矿井涌水(初始Ca2+离子含量为1132mg/L)在常压下加热到60°C浓缩至原重量30%制取，加入200g生石灰，调至B组分pH值为9.6。将A组分与B组分按
0.8:1重量比混合搅拌均匀，在15°C条件下密封静置3天，并制作成土样通过南55型渗透仪和常规直剪仪测定土样的渗透系数和粘聚力。浆液使用时，将混合浆液再次搅拌后注入目标地层。
[0065]实施例2:
[0066]A组分选用普通粘土 1920g,外混合480g膨润土(混合后粘粒占53% )。B组分为浓缩的矿井涌水1800g，该浓缩的矿井涌水由天然矿井涌水(初始Ca2+离子含量为1132mg/L)在常压下加热到55°C浓缩至原重量20%制取，加入200g生石灰，调至B组分pH值为
8.8。将A组分与B组分按1.2:1重量比混合搅拌均匀，在20°C条件下密封静置7天，并制作成土样通过南55型渗透仪和常规直剪仪测定土样的渗透系数和粘聚力。浆液使用时，将混合浆液再次搅拌后注入目标地层。
[0067]实施例3:
[0068]A组分选用普通粘土 1800g，外混合200g膨润土(混合后粘粒占50 % )。B组分为浓缩的矿井涌水2000g，该浓缩的矿井涌水由天然矿井涌水(初始Ca2+离子含量为1132mg/L)在常压下加热到50°C浓缩至原重量10%制取，B组分pH值为8.3。将A组分与B组分按1:1重量比混合搅拌均匀，在25°C条件下密封静置5天，并制作成土样通过南55型渗透仪和常规直剪仪测定土样的渗透系数和粘聚力。浆液使用时，将混合浆液再次搅拌后注入目标地层。
[0069]对比例:
[0070]A组分选用普通粘土 2000g(粘粒占43% )。B组分为去离子水2000g。将A组分与B组分按1:1重量比混合搅拌均匀，在15°C条件下密封静置7天，并制作成土样通过南55型渗透仪和常规直剪仪测定土样的渗透系数和粘聚力。
[0071 ] 上述4个实施例的测试结果如下表1所示:
[0072]表1
[0073]