一种氟石膏基高水/超高水充填材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种氟石膏基高水/超高水充填材料及其制备方法，该材料由A和B两种组分制成，其中A组分由以下重量百分比的原料组成：铁铝酸盐熟料、钙基膨润土，速凝剂、悬浮剂、增稠剂；B组分由以下重量百分比的原料组成：氟石膏、氧化钙、偏高岭土、复合早强剂、悬浮剂、碳酸钙。该材料具有早强快硬、高水灰比、初凝时间可调、用料较少等特点，A、B料混合后不泌水，初凝时间为3min‑25min，且可以根据现场需要调节。

【技术实现步骤摘要】
一种氟石膏基高水/超高水充填材料及其制备方法
本专利技术涉及一种氟石膏基高水/超高水充填材料，主要用于矿井沿空留巷，空巷充填、充填开采、井巷壁后充填支护等。
技术介绍
目前，矿井沿空留巷和采空区充填主要使用粉煤灰基充填材料和混凝土材料，粉煤灰基充填材料虽然价格较低，但材料性能差，凝结时慢，强度较低；混凝土材料虽然强度较高，但单位体积需要的材料较多，生产系统比较复杂，同时该材料使用时需要大量的人力、物力。因此，研制一种适用于矿井下沿空留巷和空巷充填的高水材料显得尤为重要。氟石膏是在氢氟酸生产过程中，由硫酸与萤石反应产出的以含硫酸钙为主的废渣，主要产自无机氟化物和有机氟化物生产厂及其它氢氟酸生产厂，产量相当可观。目前，国内年产出量达100多万吨。对于大部分氟石膏处理还是在浆化中和后送至渣场堆放，如此不得不征用大量的土地，并要对周围环境加以维护，实为企业一大沉重的包袱。另外，利用工业废渣开发新产品符合国家可持续发展战略要求，进行相关问题的研究具有十分重要的意义。因此，将氟石膏用于高水充填材料不仅能够降低充填材料的成本，还能变废为宝，减轻企业的负担。矿井沿空留巷过程中要求充填材料具有早强速凝的特性，以满足工作面回采后充填墙体能够迅速的支护顶板，能够达到切顶的要求。因此为了满足现场要求，高水材料需要配制成双液输送，这样能够保证材料单液输送不堵管路，双液混合能够迅速凝结。同时采用增加材料水灰比的方法，降低单位体积所需材料用量，不仅缓解了运输负担，简化充填系统，而且能够降低成本。针对上述问题，研发一种速凝早强双液充填材料成为急需的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是利用氟石膏制作高水充填材料，解决目前沿空留巷和空巷充填出现的问题，同时利用氟石膏作为充填材料的基料，变废为宝，降低充填成本。实现本专利技术的技术方案是：一种氟石膏基高水/超高水充填材料，该材料由A和B两种组分制成，其中A组分由以下重量百分比的原料组成：铁铝酸盐熟料83%~86%、钙基膨润土8%~10%，速凝剂2.5%~3%、悬浮剂1.5%~2%、增稠剂2%；B组分由以下重量百分比的原料组成：氟石膏68.5%~79.5%、氧化钙10.5%~16%、偏高岭土5%~6%、复合早强剂1%~3.5%、悬浮剂2%~3%、碳酸钙2%。所述速凝剂为元明粉、亚硝酸钙中的任意一种。所述悬浮剂为硅酸镁铝。所述增稠剂为聚丙烯酸钠。向A组分中加水搅拌，水与A组分的质量比为5-6:1；向B组分中加水搅拌，水与A组分的质量比为5-6:1；将加水搅拌后的A组分和B组分以质量比为1:1混合均匀，按照此比例制备的是超高水材料。向A组分中加水搅拌，水与A组分的质量比为1.5-2.5:1；向B组分中加水搅拌，水与B组分的质量比为1.5-2.5:1；将加水搅拌后的A组分和B组分以质量比为1:1混合均匀，制备高水充填材料。A、B两种主料以1：1比例使用，A、B两种外加剂根据实际要求配合后混入相应的主料，使用时将A、B粉料加水搅拌，高水材料水灰比为1.5:1-2.5:1，超高水材料水灰比为5:1-6:1。根据现场情况选取合适水灰比使用。使用时将搅拌好的A、B浆液输送至工作面，经混合管混合后注入打好模板或者布置好充填袋中，混合后的浆液能够在短时间内达到设计强度，能够及时支护顶板，防止顶板垮落，达到沿空留巷和空巷充填的目的。本专利技术的有益效果是：该材料具有早强快硬、高水灰比、初凝时间可调、用料较少等特点，A、B料混合后不泌水，初凝时间为3min-25min，且可以根据现场需要调节。生成的固结体不收缩，体积应变小，在三向受力状态下有良好的不可压缩性，高水材料水灰比1.5:1-2.5:1，2h强度可达到2-4MPa，3天强度可以达到4-8MPa，最终强度可以达到5-10MPa。超高水材料水灰比5:1-6:1，1天强度为0.6MPa，该材料用量较少，单立方充填体仅需要充填料200-500kg，可以在很大程度上节约充填成本。具体实施方式实施例1按以下重量百分比的原料配制填充材料的组分：A组分由以下重量百分比的原料组成：铁铝酸盐熟料83%、钙基膨润土8%，元明粉2.5%、硅酸镁铝1.5%、聚丙烯酸钠2%；B组分由以下重量百分比的原料组成：氟石膏68.5%、氧化钙10.5%、偏高岭土5%、复合早强剂1%、硅酸镁铝2%、碳酸钙2%。向A组分中加水搅拌，水与A组分的质量比为5:1；向B组分中加水搅拌，水与A组分的质量比为5:1；将加水搅拌后的A组分和B组分以质量比为1:1混合均匀，搅拌均匀既得超高水充填材料。本专利技术制备的超高水充填材料1d强度为0.6MPa。实施例2按以下重量百分比的原料配制填充材料的组分：A组分由以下重量百分比的原料组成：铁铝酸盐熟料84%、钙基膨润土9%，亚硝酸钙2.8%、硅酸镁铝1.8%、聚丙烯酸钠2%；B组分由以下重量百分比的原料组成：氟石膏70.0%、氧化钙11.5%、偏高岭土5.5%、复合早强剂1.5%、硅酸镁铝2.5%、碳酸钙2%。向A组分中加水搅拌，水与A组分的质量比为6:1；向B组分中加水搅拌，水与A组分的质量比为6:1；将加水搅拌后的A组分和B组分以质量比为1:1混合均匀，得到超高水材料。实施例3按以下重量百分比的原料配制填充材料的组分：A组分由以下重量百分比的原料组成：铁铝酸盐熟料86%、钙基膨润土10%，元明粉3%、硅酸镁铝2%、聚丙烯酸钠2%；B组分由以下重量百分比的原料组成：氟石膏79.5%、氧化钙16%、偏高岭土6%、复合早强剂3.5%、硅酸镁铝3%、碳酸钙2%。向A组分中加水搅拌，水与A组分的质量比为1.5:1；向B组分中加水搅拌，水与A组分的质量比为1.5:1；将加水搅拌后的A组分和B组分以质量比为1:1混合均匀，得到高水充填材料。本实施例制备的高水充填材料在2h内强度可达到2-4MPa，3天强度可以达到4-8MPa，最终强度可以达到5-10MPa。实施例4按以下重量百分比的原料配制填充材料的组分：A组分由以下重量百分比的原料组成：铁铝酸盐熟料85%、钙基膨润土10%，亚硝酸钙3%、硅酸镁铝2%、聚丙烯酸钠2%；B组分由以下重量百分比的原料组成：氟石膏75%、氧化钙14%、偏高岭土6%、复合早强剂3%、硅酸镁铝3%、碳酸钙2%。向A组分中加水搅拌，水与A组分的质量比为2.5:1；向B组分中加水搅拌，水与A组分的质量比为2.5:1；将加水搅拌后的A组分和B组分以质量比为1:1混合均匀，得到高水充填材料。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氟石膏基高水/超高水充填材料，其特征在于该材料由A和B两种组分制成，其中A组分由以下重量百分比的原料组成：铁铝酸盐熟料83%~86%、钙基膨润土8%~10%，速凝剂2.5%~3%、悬浮剂1.5%~2%、增稠剂2%；B组分由以下重量百分比的原料组成：氟石膏68.5%~79.5%、氧化钙10.5%~16%、偏高岭土5%~6%、复合早强剂1%~3.5%、悬浮剂2%~3%、碳酸钙2%。

【技术特征摘要】
1.一种氟石膏基高水/超高水充填材料，其特征在于该材料由A和B两种组分制成，其中A组分由以下重量百分比的原料组成：铁铝酸盐熟料83%~86%、钙基膨润土8%~10%，速凝剂2.5%~3%、悬浮剂1.5%~2%、增稠剂2%；B组分由以下重量百分比的原料组成：氟石膏68.5%~79.5%、氧化钙10.5%~16%、偏高岭土5%~6%、复合早强剂1%~3.5%、悬浮剂2%~3%、碳酸钙2%。2.根据权利要求1所述的氟石膏基高水/超高水充填材料，其特征在于：所述速凝剂为元明粉、亚硝酸钙中的任意一种。3.根据权利要求1所述的氟石膏基高水/超高水充填材料，其特征在于：所述悬浮剂为...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊祖强，王雨利，张耀辉，胡黎明，孙亚鹏，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41