煤炭科学技术

作者：张明璇, 王朋飞, 杨涛, 刘秀茹, 吴昌泉,

关键词：硫铝酸盐水泥, 固废处理, 水灰比, 聚羧酸减水剂, 流动度,

埋深及开采强度不断增加，普通硅酸盐水泥基注浆加固材料愈发难以满足工程要求。硫铝酸盐水泥较普通硅酸盐水泥能耗更低、更环保，更符合碳达峰、碳中和理念。但其价格较高，且凝结过快，限制了其在注浆领域的应用。为此，以掺加工业固废、降低成本和高效利用为出发点，在矿渣−脱硫石膏−硫铝酸盐水泥三元复合体系加固材料的基础上，研究了不同水灰比和聚羧酸减水剂对该材料的宏、细观影响，对注浆性能进行了改良优化，并通过现场工程验证了优化后的注浆加固效果，结果表明：① 该材料的力学强度随着水灰比的降低而增加，28 d抗压强度最大为56.56 MPa；② 随着聚羧酸减水剂掺量的增加，凝结时间逐渐延长，流动度逐渐增加，抗压强度呈先增高后降低的趋势， 28 d抗压强度最大可达75.09 MPa，膨胀性无明显变化；③ 根据流动度−时间曲线，将流动度随时间的变化分为4个阶段：快速期（Ⅰ）、缓慢期、快速期（Ⅱ）、稳定期4个阶段,最佳注浆时间段处于缓慢期；④ 聚羧酸减水剂的掺入会延缓水泥的水化进程，但同时会使生成的水化产物结构与形貌更好；⑤ 矿渣∶脱硫石膏∶硫铝酸盐水泥最佳配合比（质量比）为4∶1∶15，外掺0.3%减水剂改善流动度可满足井下注浆要求，同时具备高强度，最佳注浆时段为当前配比下的缓慢期（20～100 min）；⑥ 按筛选配比与方式指导鹤煤三矿4204工作面回风巷现场注浆加固工程，明确该工艺具备良好的注浆效果，可充分填充裂隙与有效加固围岩，顶底板和两帮的最大变形量由注浆前的432 mm和324 mm降低至注浆后的233 mm和153 mm，围岩变形得到有效控制，同时具有良好的经济效益。

来源：2025年第4期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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