煤炭科学技术

作者：王朋飞, 燕鹏赟, 张明璇,

关键词：超细硫铝酸盐水泥, 注浆性能, 固废利用, 高效减水剂, 缓凝剂,

针对煤矿井下巷道围岩稳定性控制与注浆加固效果提升的技术需求，以工业固废资源化利用和降低注浆成本为目标导向，系统开展了超细粉煤灰（Ultrafine Fly Ash，UFA）与超细硫铝酸盐水泥（Ultrafine Sulfoaluminate Cement，USC）复合胶凝材料体系的外加剂改性研究。通过引入聚羧酸减水剂（PCE）、萘系减水剂（FDN）等减水组分，结合β-环糊精（β-CD）、柠檬酸（CA）等缓凝调控剂，深入探究了外加剂单掺与复掺模式对复合体系注浆材料工作性能的协同影响机制。采用宏观性能测试与微观结构表征相结合的方法，全面评估了浆体流动性、凝结硬化特性及力学强度的发展规律，通过XRD、SEM等分析手段揭示了水化产物演变规律与性能调控机理，最终通过井下注浆工程验证材料优化效果。结果表明：① 减水剂类型对材料性能具有显著调控作用：当PCE掺量在0.6%时，注浆材料28 d抗压强度最高并呈持续增长趋势，最高增幅达20.27%；而FDN在0.3%掺量时即出现抗压强度拐点，过量掺入（>0.6%）会导致抗压强度下降。2种减水剂均能有效提升浆体流动性，延长凝结时间；② 缓凝剂与减水剂的协同效应呈现差异性：在PCE改性体系中引入0.2% β-CD可使抗压强度二次提升6.90%～17.18%，但超过临界掺量后由于过度缓凝导致强度衰减；而FDN体系复掺CA时，抗压强度随掺量增加呈现单调下降趋势，0.6% CA掺量即造成抗压强度损失约13.78%；固定2种减水剂掺量，随着对应缓凝剂从0到0.6%的添加，注浆材料的凝结时间都在逐渐延长，而流动度呈现先高后低的变化；③ 微观结构分析揭示，减水剂通过调控环境优化钙矾石钙矾石（AFt）形貌，缓凝剂则通过延缓水化促进凝胶填充孔隙，两者协同作用在一定程度上抑制了AFt向单硫型水化硫铝酸钙（AFm）的转化；④ 现场工业试验表明，优化后的UFA-USC复合浆体在巷道注浆后，围岩变形量显著降低，顶底板及两帮移近量均得到有效控制, 维持了巷道断面形状, 取得较好的加固效果。

来源：2025年第6期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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