聚合物水泥浆液-煤体界面过渡区力学性能研究
Study on mechanical properties of polymer cement slurry-coal interface transition zone
-
摘要: 提出了超前深孔注浆加固技术；利用VAE乳液对水泥基材料进行改性，通过轴拉试验及立方体抗压试验，研究了不同掺量VAE乳液对水泥基材料与煤体界面黏结强度及水泥基材料固结煤体的抗压强度的影响；结合微观电镜扫描，分析了VAE改性水泥基材料结石体与煤体界面过渡区的微观结构特征。研究结果表明：复合浆液水灰比随聚灰比的增大呈现出先降低后增长的趋势，VAE乳液提高了浆液与煤体界面黏结强度及浆液固结煤体试块的抗压强度；掺入VAE乳液，使水泥浆液的孔隙率降低，提高了强效应层结构的密实性；VAE乳液会扩散至普通水泥浆内部形成聚合物薄膜“纽带”结构，改善水泥基材料与煤体界面的组成结构，从而提高了水泥基材料与煤体黏结强度。Abstract: Advanced deep hole grouting reinforcement technology is proposed. The effects of VAE emulsion on cement-based materials were studied. The effects of VAE emulsion on the bonding strength between cement based materials and coal and the compressive strength of cement based materials were studied by axial tensile test and cube compression test. The microstructure characteristics of VAE modified cementitious materials and coal interface transition zone were analyzed by scanning electron microscopy. The results showed that the water cement ratio of composite grout showed a trend of first decrease and then increase with the increase of aggregate cement ratio. VAE emulsion increased the interfacial bond strength between slurry and coal and the compressive strength of slurry consolidated coal block. The porosity of cement slurry decreased with the addition of VAE emulsion, and the compactness of the effective layer structure was enhanced. The VAE emulsion diffused into the ordinary cement paste to form a polymer film “tie” structure, which improved the composition structure of the cement based material and coal interface, thus enhancing the bond strength between the cement based material and the coal body.
-
-
[1] 王国法，庞义辉．特厚煤层大采高综采综放适应性评价和技术原理[J]．煤炭学报，2018，43（1）：33－42. WANG Guofa, PANG Yihui. Full-mechanized coal mining and caving mining method evaluation and key technology for thick coal seam[J]. Journal of China Coal Society, 2018, 43（1）: 33-42.
[2] 张浩，伍永平．大倾角煤层长壁大采高采场煤壁片帮机制[J]．采矿与安全工程学报，2019，36（2）：331. ZHANG Hao, WU Yongping. Coal wall caving mechanism of longwall large mining height stope in steeply dipping coal seams[J]. Journal of Mining and Safety Engineering, 2019, 36（2）: 331.
[3] 王家臣，杨印朝，孔德中，等．含夹矸厚煤层大采高仰采煤壁破坏机理与注浆加固技术[J]．采矿与安全工程学报，2014，31（6）：831－837. WANG Jiachen, YANG Yinchao, KONG Dezhong, et al. Failure mechanism and grouting reinforcement technique of large mining height coal wall in thick coal seam with dirt band during topple mining[J]. Journal of Mining and Safety Engineering, 2014, 31（6）: 831-837.
[4] 张喜传，周玉军，张海波．基于新型注浆材料的工作面过破碎断层措施[J]．煤矿安全，2018，49（9）：187. ZHANG Xichuan, ZHOU Yujun, ZHANG Haibo. Measures of working face passing through broken fault based on new grouting strengthening materials[J]. Safety in Coal Mines, 2018, 49（9）: 187-189.
[5] 王刚．改良型复合浆液在地表渣台火区的应用[J]．煤矿安全，2020，51（7）：152－155. WANG Gang. Application of modified composite slurry in fire area of surface slag table[J]. Safety in Coal Mines, 2020, 51（7）: 152-155.
[6] HONG Zijie, ZUO Jianping, ZHANG Zishan. Effects of nano-clay on the mechanical and microstructural properties of cement-based grouting material in sodium chloride solution[J]. Construction and Building Materials, 2020, 245: 118420. [7] 王继勇，于维雨，陈杨，等．高分子基煤岩体加固材料的安全性能研究[J]．煤矿安全，2016，47（5）：69－72. WANG Jiyong, YU Weiyu, CHEN Yang, et al. Safetyproperty study on polymer-based reinforcement materials for coal and rock mass[J]. Safety in Coal Mines, 2016, 47（5）: 69-72.
[8] HE Ziming, SHEN Aiqin, GUO Yinchuan, et al. Cement-based materials modified with superabsorbent polymers: A review[J]. Construction andBuilding Materials, 2019, 225: 569-590. [9] 吴怀国，韩德强，魏宏亮．硅酸盐改性注浆加固材料的最新研究进展和应用[J]．煤炭科学技术，2015，43（Ｓ1）：29－31. WU Huaiguo, HAN Deqiang, WEI Hongliang. New research progress and application of the silicate modified grouting consolidation materials[J]. Coal Science and Technology, 2015, 43（S1）: 29-31.
[10] 韩冬冬，陈维灯，钟世云．乳胶粒径对聚合物改性水泥基材料性能的影响[J]．建筑材料学报，2017，20（6）：943－949. HAN Dongdong, CHEN Weideng, ZHONG Shiyun. Influence of latex particles size on properties of polymer-modified cement-based materials[J]. Journal of Building Materials, 2017, 20（6）: 943-949.
[11] 韩晓龙，陈新明，焦华喆，等．聚合物－水泥基复合注浆材料研究现状及展望[J]．硅酸盐通报，2018（8）：2457－2462. HAN Xiaolong, CHEN Xinming, JIAO Huazhe, et al. Research status and prospect of polymer-cement grouting materials[J]. Bulletin of the Chinese Ceramic Society, 2018（8）: 2457-2462.
[12] 周丹．高柔性聚合物水泥防水涂料的研究[D]．北京：北京建筑大学，2016. [13] 宋俊美，谈慕华，吴科如．聚合物裹砂改性水泥砂浆的性能研究[J]．建筑材料学报，1999（4）：30－35. SONG Junmei, TAN Muhua, WU Keru. Study on PCM prepared by polymer pre-wrapping technique[J]. Journal of Building Materials, 1999（4）: 30-35.
[14] 王敏．高性能水泥基材料的性能及机理研究[D]．西安：西北工业大学，2018. [15] 孟博旭，许金余，顾超，等．苯丙乳液和ＶＡＥ乳液改性水泥砂浆力学性能的试验研究[J]．建筑科学，2019，35（1）：88－94. MENG Boxu, XU Jinyu, GU Chao, et al. Experimental study on effect of poly-asphalt ratio on mechanical properties of styreneacrylate emulsion and VAE-Modified cement mortar[J]. Building Science, 2019, 35（1）: 88-94.
[16] 陆银龙，贺梦奇，李文帅，等．岩石结构面注浆加固微观力学机制与浆－岩黏结界面结构优化[J]．岩石力学与工程学报，2020，39（9）：1808－1818. LU Yinlong, HE Mengqi, LI Wenshuai, et al. Micromechanical mechanisms of grouting reinforcement in rock joints and microstructureoptimization of grout-rock bonding interfaces[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2020, 39（9）: 1808-1818.
[17] 裴须强，朱玉雪，张帅．丙烯酸乳液改性水泥加固砂浆的性能研究[J]．硅酸盐通报，2020，39（2）：409. PEI Xuqiang, ZHU Yuxue, ZHANG Shuai. Properties of acrylic emulsion modified cement reinforced mortar[J]. Bulletin of the Chinese Ceramic Society, 2020, 39（2）: 409.
[18] 潘硕，王琴，詹达富，等．乳化沥青粉改性水泥砂浆性能及微观结构研究[J]．硅酸盐通报，2019，38（8）：2622－2630. PAN Shuo, WANG Qin, ZHAN Dafu, et al. Properties and microstructure of emulsified asphalt powder modified cement mortar[J]. Bulletin of the Chinese Ceramic Society, 2019, 38（8）: 2622-2630.
[19] 蔡胜华，唐丽芳．聚合物水泥砂浆在混凝土修补中的应用研究[J]．长江科学院院报，2007（1）：44－46. CAI Shenghua, TANG Lifang. Study on polymer cement mortar in concrete patching[J]. Journal of Yangtze River Scientific Research Institute, 2007（1）: 44-46.
[20] 徐拴海，邢龙龙，王国强，等．超细水泥浆液在微裂隙岩体中的注浆试验研究[J]．中国安全生产科学技术，2014，10（6）：96－102. XU Shuanhai, XING Longlong, WANG Guoqiang, et al. Experimental research on grouting of superfine cement slurry in micro-fissured rock body[J]. Journal of Safety Science and Technology, 2014, 10（6）: 96-102.
[21] 王超，刘兆爽，赵文杰．聚合物改性水泥基材料的机理研究进展[J]．硅酸盐通报，2017，36（4）：1254. WANG Chao, LIU Zhaoshuang, ZHAO Wenjie. Research development on mechanism of polymer modified cement based materials[J]. Bulletin of the Chinese Ceramic Society, 2017, 36（4）: 1254-1257.
-
期刊类型引用(23)
1. 赵建光，刘振华，李海龙，郭智. 厚煤层复合顶板强矿压沿空掘巷围岩应力动态分布规律研究. 采矿技术. 2025(01): 64-71 . 
百度学术
2. 靳苏平. 厚煤层沿空留巷“煤—支护体”组合承载结构力学特性分析. 能源与环保. 2024(02): 256-261+268 . 百度学术
3. 刘春记. 切顶卸压及复合支护体系在沿空留巷中的应用. 煤炭与化工. 2024(05): 14-18 . 百度学术
4. 张俊虎，陈振江，高贤成，张磊，李建华，邓鹏江. 深部大采高工作面沿空留巷围岩控制技术. 煤矿安全. 2024(07): 118-126 . 本站查看
5. 李壮，刘明，王勇，赵志强. 基于精细化建模与有限差分计算的采空区围岩形变数值分析研究. 采矿技术. 2024(04): 95-99 . 百度学术
6. 陈磊，涂智凌. 窄煤柱工作面巷旁充填沿空留巷控制技术及应用. 煤炭技术. 2023(02): 81-85 . 百度学术
7. 孙志锋. 龙马煤矿切顶卸压爆破炮孔间距研究. 能源技术与管理. 2023(02): 39-40+91 . 百度学术
8. 张云宏，张艳宏. 煤矿回采巷道围岩应力演化规律及超前支护可行性研究. 能源与环保. 2023(08): 284-291+297 . 百度学术
9. 雷雨龙，李赵岩. 矿井综放工作面沿空留巷技术及矿压显现规律探析. 内蒙古煤炭经济. 2023(13): 34-36 . 百度学术
10. 翟春宝. 神东矿区上湾煤矿沿空留巷技术应用. 煤炭工程. 2023(S1): 37-42 . 百度学术
11. 魏振宇. 综采面切顶沿空留巷采空区帮控制技术研究. 山东煤炭科技. 2022(02): 70-71+74 . 百度学术
12. 杨俊文. 浅谈厚煤层开采切顶卸压的煤柱控制技术. 煤. 2022(03): 85-87 . 百度学术
13. 徐筝峥，杨玉贵，陈勇，侯珊珊，陈晓虎. 深部大采高沿空留巷围岩应力分布与变形规律研究. 煤矿安全. 2022(05): 59-66 . 本站查看
14. 王龙. 综采工作面切顶卸压沿空成巷无煤柱开采技术的应用. 能源与节能. 2022(05): 167-169 . 百度学术
15. 朱永，殷帅峰，李昊. 沿空留巷不同切顶参数卸压效果的数值模拟. 华北科技学院学报. 2022(02): 56-62 . 百度学术
16. 魏昌彪. 沿空留巷切顶卸压技术研究. 机械管理开发. 2022(04): 113-115 . 百度学术
17. 侯晋刚. 薄及中厚煤层沿空留巷中切顶卸压技术的应用探析. 西部探矿工程. 2022(08): 129-131+134 . 百度学术
18. 马文伟. 大采高坚硬顶板工作面巷道围岩控制技术. 煤矿安全. 2022(08): 94-103 . 本站查看
19. 张国辉，邢永. 综放工作面切顶卸压沿空留巷开采技术应用. 煤矿现代化. 2022(05): 5-8 . 百度学术
20. 高翔. 临汾宏大煤矿矸石充填开采沿空留巷围岩稳定性控制技术. 山东煤炭科技. 2022(08): 90-92 . 百度学术
21. 范宁潇. 古城煤矿N1303工作面切顶卸压沿空留巷技术应用. 山东煤炭科技. 2022(11): 49-51 . 百度学术
22. 朱伟，王玉浩，王天一. 沿空巷道水力切顶围岩控制数值模拟研究. 能源技术与管理. 2022(06): 1-3+13 . 百度学术
23. 张荣刚，王帅锋，袁显湖，崔东亮. 沿空留巷两回采巷道分区域围岩控制技术研究. 煤炭工程. 2022(S1): 37-43 . 百度学术
其他类型引用(3)
计量
- 文章访问数: 14
- HTML全文浏览量: 0
- PDF下载量: 16
- 被引次数: 26
下载:
