一種礦坑充填膠結(jié)材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及建筑材料領(lǐng)域，具體為一種礦坑充填膠結(jié)材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)地大物博，礦產(chǎn)資源豐富。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，礦山資源遭到長(zhǎng)時(shí)間過(guò)度、不節(jié)制的開采，造成廢棄礦山數(shù)量迅速增加。所出現(xiàn)的環(huán)境災(zāi)害及地質(zhì)災(zāi)害，如地面塌陷、開裂，地下水污染等正在發(fā)生或處于潛在的發(fā)生之中。采用水泥和采礦廢渣作為充填材料灌注礦井或礦坑，難以保證填充的飽滿及各接觸面的結(jié)合，頂部與原巖石結(jié)構(gòu)存在空隙，還會(huì)造成地表沉陷的災(zāi)害。煤炭資源是我國(guó)的主要資源，利用充填采礦法是提高煤炭回采率、充分有限的利用資源、有效控制地壓、減少地表沉降、防止塌陷的有效措施。
[0003]利用當(dāng)?shù)刭Y源，選擇合適的充填材料，及時(shí)礦井、礦坑進(jìn)行充填，是利國(guó)利民的大事。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種礦坑充填膠結(jié)材料及其制備方法，以建筑石膏粉、粉煤灰、煤矸石等為主要原料，將粉煤灰、煤矸石固體廢棄物綜合利用，填充礦井或礦坑，修復(fù)地表結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)可利用土地面積，制備簡(jiǎn)單，成本低。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種礦坑充填膠結(jié)材料，各原料及重量份如下:
建筑石膏粉:45-65份，粉煤灰:15-32份，堿性激發(fā)劑:6_14份，煤矸石:8_20份、外加劑:1-4.5 份；水料比 0.48-0.65。
[0006]所述的外加劑為緩凝劑、減水劑、聚乙烯醇、引氣劑、保水劑的組合；；外加劑中緩凝劑、減水劑、聚乙烯醇、引氣劑、保水劑組分比例為:15-24:25-43: 16-27:8-15:18-29。
[0007]所述的堿性激發(fā)劑為水泥、生石灰、鋼渣粉的組合;堿性激發(fā)劑中水泥、生石灰、鋼渣粉各組分的比例為:24-36:35-47:25-32 ；所述生石灰細(xì)度大于100目，CaO含量大于50%。
[0008]所述的煤矸石，經(jīng)破碎、篩分，顆粒粒度范圍5?70目。
[0009]—種礦坑充填膠結(jié)材料的其制備方法為:
將所述礦坑充填膠結(jié)材料各組分按比例稱量備好，按原料由水、煤矸石、外加劑、堿性激發(fā)劑、粉煤灰、建筑石膏粉的排列順序依次間隔2min加入到攪拌桶或攪拌釜中，原料加入時(shí)攪拌桶或攪拌釜轉(zhuǎn)速>100r/min，即制得礦坑充填膠結(jié)材料，后保持?jǐn)嚢柰盎驍嚢韪D(zhuǎn)速>20r/min，可栗送、灌、饒注施工使用。
[0010]本發(fā)明有如下顯著進(jìn)步之處:
第一、就地取材，廢物利用。建筑石膏粉選用脫硫石膏、磷石膏、檸檬酸石膏粉。脫硫石膏、粉煤灰是電廠的主要固體廢棄物，煤矸石是采煤的主要固體廢棄物，一般三者較礦井、礦坑的位置近，充分以三種固體廢棄物為主要原料制備礦坑填充材料，就地取材，就地解決，減少對(duì)地表生態(tài)環(huán)境的破壞，成本低。
[0011]第二、本發(fā)明的礦坑充填膠結(jié)材料根據(jù)實(shí)際輸送距離、輸送方式不同，調(diào)節(jié)漿體的凝結(jié)時(shí)間及流動(dòng)性，保證膠結(jié)材料漿體具有良好的流動(dòng)性，滿足栗送及灌注的需求，同時(shí)具有微膨脹特性，膨脹率為0.2?2%，使填充飽滿充分，充填料與地表巖層的緊密結(jié)合，重組完整的穩(wěn)定的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。
[0012]第三、充填膠結(jié)材料水化反應(yīng)形成以二水石膏晶體為結(jié)構(gòu)骨架，水化硅酸鈣、鈣礬石包裹晶體的結(jié)構(gòu)，提高硬化后材料的耐水性和后期強(qiáng)度;煤矸石破碎篩分后作為輕質(zhì)骨料，保證了足夠的強(qiáng)度的同時(shí)降低充填膠結(jié)材料的密度;采空區(qū)礦井水中通常含有腐蝕性作用的C1—、S042—、Mg2+，對(duì)硬化體不產(chǎn)生腐蝕影響;硬化體具有一定的多微孔結(jié)構(gòu)，有一定的透水作用，有利于地上水的滲透排放，這種結(jié)構(gòu)還有保住水分、散發(fā)水分的功效，在一定程度上調(diào)節(jié)充填區(qū)的自然條件，模擬純自然生態(tài)環(huán)境，有利于人動(dòng)植物、細(xì)菌等生物的生長(zhǎng)。
【具體實(shí)施方式】
[0013]
實(shí)施案例I
一種礦坑充填膠結(jié)材料，各原料及重量份如下:
建筑石膏粉:49份，粉煤灰:25份，堿性激發(fā)劑:11.3份，煤矸石:12份、外加劑:2.7份;水料比0.55。
[0014]所述的外加劑為緩凝劑、減水劑、聚乙烯醇、引氣劑、保水劑的組合;外加劑中緩凝劑、減水劑、聚乙烯醇、引氣劑、保水劑組分比例為:17:29:21:12:21，緩凝劑選用SC石膏緩凝劑，減水劑選用聚羧酸減水劑，保水劑選用羥丙基甲基纖維素，粘度lOOOOOpa.S0
[0015]所述的堿性激發(fā)劑為水泥、生石灰、鋼渣粉的組合;堿性激發(fā)劑中水泥、生石灰、鋼渣粉各組分的比例為:32:38:30,水泥選用42.5普通硅酸鹽水泥，生石灰粉細(xì)度為大于120目，CaO含量為65%，鋼渣粉細(xì)度大于200目。
[0016]所述的煤矸石，經(jīng)破碎、篩分，顆粒粒度范圍5?70目。
[0017]—種礦坑充填膠結(jié)材料的其制備方法為:
將所述礦坑充填膠結(jié)材料各組分按比例稱量備好，按原料由水、煤矸石、外加劑、堿性激發(fā)劑、粉煤灰、建筑石膏粉的排列順序依次間隔2min加入到攪拌桶或攪拌釜中，原料加入時(shí)攪拌桶或攪拌釜轉(zhuǎn)速>100r/min，即制得礦坑充填膠結(jié)材料，后保持?jǐn)嚢柰盎驍嚢韪D(zhuǎn)速>20r/min，可栗送、灌、饒注施工使用。
[0018]經(jīng)檢測(cè)，制備的礦坑充填膠結(jié)材料漿料，初始流動(dòng)度145mm/m，30分鐘流動(dòng)度損失< ± 3mm，初凝時(shí)間為62min，終凝時(shí)間82min，28天膨脹率1.2%，28天抗壓強(qiáng)度9.7MPa。
[0019]實(shí)施案例2
一種礦坑充填膠結(jié)材料，各原料及重量份如下:
建筑石膏粉:60份，粉煤灰:16份，堿性激發(fā)劑:8份，煤矸石:13份、外加劑:3份;水料比0.59ο
[0020]所述的外加劑為緩凝劑、減水劑、聚乙烯醇、引氣劑、保水劑的組合;外加劑中緩凝劑、減水劑、聚乙烯醇、引氣劑、保水劑組分比例為:20:26:23:12:19;緩凝劑選用檸檬酸，減水劑選用聚羧酸減水劑，保水劑選用羥丙基甲基纖維素，粘度200000pa.S0
[0021]所述的堿性激發(fā)劑為水泥、生石灰、鋼渣粉的組合;堿性激發(fā)劑中水泥、生石灰、鋼渣粉各組分的比例為:30:42:28；選用水泥為礦渣水泥，標(biāo)號(hào)為42.5，生石灰粉細(xì)度>100目，CaO含量>50%，選用鋼渣比表面積為3200 m2/g。
[0022]所述的煤矸石，經(jīng)破碎、篩分，顆粒粒度范圍5?70目。
[0023]—種礦坑充填膠結(jié)材料的其制備方法為:
將所述礦坑充填膠結(jié)材料各組分按比例稱量備好，按原料由水、煤矸石、外加劑、堿性激發(fā)劑、粉煤灰、建筑石膏粉的排列順序依次間隔2min加入到攪拌桶或攪拌釜中，原料加入時(shí)攪拌桶或攪拌釜轉(zhuǎn)速>100r/min，即制得礦坑充填膠結(jié)材料，后保持?jǐn)嚢柰盎驍嚢韪D(zhuǎn)速>20r/min，可栗送、灌、饒注施工使用。
[0024]經(jīng)檢測(cè)，制備的礦坑充填膠結(jié)材料漿料，初始流動(dòng)度142mm/m，30分鐘流動(dòng)度損失< ± 3mm，初凝時(shí)間為42min，終凝時(shí)間67min，28天膨脹率1.8%，28天抗壓強(qiáng)度8.9MPa。
[0025]對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種礦坑充填膠結(jié)材料，其特征是:各原料及重量份如下: 建筑石膏粉:45-65份，粉煤灰:15-32份，堿性激發(fā)劑:6-14份，煤矸石:8-20份、外加劑:1-4.5 份；水料比 0.48-0.65 ； 所述的外加劑為緩凝劑、減水劑、聚乙烯醇、引氣劑、保水劑的組合； 所述的堿性激發(fā)劑為水泥、生石灰、鋼渣粉的組合； 所述的煤矸石，經(jīng)破碎、篩分，顆粒粒度范圍5?70目。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦坑充填膠結(jié)材料，其特征是所述的外加劑為緩凝劑、減水劑、聚乙烯醇、引氣劑、保水劑的組合比例為:15-24: 25-43:16?27:8?15:18?29。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦坑充填膠結(jié)材料，其特征是堿性激發(fā)劑中水泥、生石灰、鋼渣粉各組分的比例為:24-36:35-47:25-32。4.一種礦坑充填膠結(jié)材料的其制備方法，其特征是:將所述礦坑充填膠結(jié)材料各組分按比例稱量備好，按原料由水、煤矸石、外加劑、堿性激發(fā)劑、粉煤灰、建筑石膏粉的排列順序依次間隔2min加入到攪拌桶或攪拌釜中，原料加入時(shí)攪拌桶或攪拌釜轉(zhuǎn)速>100r/min，gp制得礦坑充填膠結(jié)材料，后保持?jǐn)嚢柰盎驍嚢韪D(zhuǎn)速>20r/min，可栗送、灌、澆注施工使用。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種礦坑充填膠結(jié)材料，各原料及重量份如下：建筑石膏粉：45-65份，粉煤灰：15-32份，堿性激發(fā)劑：6-14份，煤矸石：8-20份、外加劑：1-4.5份；水料比0.48~0.65。本發(fā)明資源綜合利用，就地取材，制備方法簡(jiǎn)單，充分利用工業(yè)廢渣制備礦井充填材料，其流動(dòng)性、穩(wěn)定性好，耐腐蝕、強(qiáng)度高，具有微膨脹性，填充飽滿充分，充填料與地表巖層的緊密結(jié)合，重組完整的穩(wěn)定的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。
【IPC分類】C04B28/14, E21F15/00
【公開號(hào)】CN105523747
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610054159
【發(fā)明人】張國(guó)輝, 溫海濱, 王慧
【申請(qǐng)人】濟(jì)南大學(xué)
【公開日】2016年4月27日
【申請(qǐng)日】2016年1月27日