一种矿井用膏体充填材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种矿井用膏体充填材料及其制备方法，属于煤矿开采技术领域。本发明专利技术以建筑垃圾为原料，强化再生骨料和新砂浆的粘结性，同时较小的颗粒粒径与胶凝材料在微观上形成级配体系，将原来填充在孔隙之中的填充水置换出来成为自由水，增大料浆的流动性，通过微集料效应填充到水化过程形成的大量空隙中，密实了砂浆硬化体结构，进而使得砂浆强度、抗渗性大幅度提高，同时添加聚合铝，氯化钙等添加剂，加速胶凝材料对强化再生骨料的侵蚀过程，促进胶凝材料与强化再生骨料协同水化，降低浆料孔隙率，提高浆料致密度，且可生成高强度、稳定性好水化产物，构成了具有良好整体强度的充填材料，且初终凝时间短，综合利用废弃物资源。

A kind of paste filling material for mine and its preparation method

The invention relates to a mine plaster filling material and a preparation method, which belongs to the field of coal mining technology. The present invention in construction waste as raw materials, bonded reinforcement of recycled aggregate and mortar, and smaller particle size and cementitious material in micro forming grading system, the original will be filled in the pores of the water filling replacement free from water, increase the fluidity of slurry, the micro aggregate filling effect to a large number of voids formed in the hydration process, compacting mortar structure of hardened body, thus making the mortar strength and impermeability is greatly improved, while adding polyaluminium chloride, calcium chloride and other additives, accelerate the process of cementitious material erosion enhanced recycled aggregate, promote cementitious materials and strengthen recycled aggregate synergistic hydration, reduce the slurry high pulp density, porosity, and can generate high strength and good stability of hydration products, a filling material with good overall strength, and the initial and final setting time is short, comprehensive Make use of waste resources.

【技术实现步骤摘要】
一种矿井用膏体充填材料及其制备方法
本专利技术涉及一种矿井用膏体充填材料及其制备方法，属于煤矿开采

技术介绍
充填采煤技术是利用人工充填采空区替代釆出资源支撑上覆岩层，控制上覆岩层断裂的一种采煤方法，它既可采出煤炭资源，又能有效的控制地表沉陷、保护地面建筑及耕地，能实现对地表生态环境的保护性开采，是煤炭绿色开采的主要方法之一。在充填开采过程中需要消耗大量充填材料，近年来发展起来的胶结充填新技术，如：废石胶结充填技术、高浓度全尾砂胶结充填技术、膏体充填技术和高水充填技术等，将废石、尾砂、天然砂、煤矸石、粉煤灰等固体废弃物用于配制充填材料，一方面为充填开采提供了物源保障，另一方面也解决了煤矸石和粉煤灰等固体废物堆放引起的一系列环境问题，从源头上实现了对煤矸石和粉煤灰的治理。煤矿提出膏体充填开采主要是因为膏体充填材料密实度高，可以取得最好的控制岩层移动效果，最大限度提高煤炭釆出率，其主要目的就是：控制采空区沉陷，提高煤炭资源采出率，延长矿井服务年限。膏体充填开釆作为一种新型开采技术，发展还不成熟，为了促进膏体充填技术的发展和应用，还需要对其进行深入的研宄。煤矿膏体充填存在的主要问题为以下几点：（1）膏体充填对不稳定和中等稳定顶板的适应性较差，充填之后顶板的控制效果欠佳，地表减沉有待进一步控制；（2）由于料浆浓度较高以及成分的复杂性，膏体充填对充填工艺、系统较为复杂，需要大功率充填泵输送料浆，设备费用偏高，充填效率偏低；（3）充填体强度控制缺乏科学性，充填材料性能可调性差，未能因地制宜，造成性能浪费或性能不足；（4）水泥耗量偏高，充填材料成本较高；（5）充填材料配比设计缺乏一定的科学性，配比优化有待深入研究；（6）对煤系固体废弃物的处置及利用还不够理想。鉴于膏体充填存在的主要问题，亟需进一步优化改进。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：针对充填材料流动性较差、强度控制缺乏科学性、成本偏高的问题，提供了一种矿井用膏体充填材料及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：该膏体充填材料由下述重量份原料制成：50～60份胶凝材料，60～80份强化再生骨料，1～2份聚合铝，0.5～0.6份氯化钙，0.1～0.3份硫酸钠，0.1～0.3份氟化钠，0.04～0.08份纤维素醚，1～2份减水剂，30～50份去离子水。所述胶凝材料为5～10重量份钢渣粉，5～10重量份矿渣粉，4～8重量份粉煤灰，0.5～1.0重量份生石灰，0.4～0.8重量份脱硫石膏，0.2～0.4重量份硅酸盐水泥组成。所述钢渣粉比表面积为300～400m2/kg，所述矿渣粉比表面积为300～400m2/kg。所述粉煤灰为金川某矿生产的Ⅲ级粉煤灰，平均粒径38.9μm，粉煤灰中SiO2、Al2O3含量分别高达62.75%、26.23%，比表面积为300～400m2/kg。所述强化再生骨料为再生骨料浸泡在改性液中1～2h后过滤风干制得。所述改性液由0.8～1.2重量份聚丙烯酰胺，0.4～0.6重量份硅酸钠，0.3～0.5重量份十二烷基硫酸钠，0.1～0.3重量份葡萄糖酸钠，150～200重量份去离子水组成。所述再生骨料为建筑垃圾破碎磁选后浮选过滤，将滤渣风干后粉碎筛选并研磨制得。所述减水剂为高效减水剂FDN-1、聚羧酸减水剂1030中的任意一种。具体步骤为：（1）取建筑垃圾破碎，碎料经磁选除铁后浸泡在水中，除去漂浮的杂质后过滤风干并加入粉碎机中粉碎，筛选出粒径为1～10mm的碎粒，再将筛选出的碎粒加入卧式研磨机中研磨2～3h，得再生骨料；（2）取聚丙烯酰胺、硅酸钠、十二烷基硫酸钠、葡萄糖酸钠加入去离子水中，再加入再生骨料，搅拌20～30min后静置1～2h，过滤风干，得强化再生骨料；（3）取钢渣粉、矿渣粉、粉煤灰、生石灰、脱硫石膏、硅酸盐水泥混合均匀后装入球磨机中球磨至比表面积为500～700m2/kg，得胶凝材料；（4）取胶凝材料、强化再生骨料、聚合铝、氯化钙、硫酸钠、氟化钠、纤维素醚、减水剂、去离子水装入搅拌机中混合均匀，得矿井用膏体充填材料。本专利技术与其他方法相比，有益技术效果是：（1）本专利技术以建筑垃圾为原料，经破碎除杂后装入研磨机中，利用骨料和骨料之间的碰撞以及磨削等机械作用，除去骨料表面附着的棱角和砂浆，再用改性液除去骨料表面的棱角和粘结性较差的砂浆，并改善骨料表面，强化再生骨料和新砂浆的粘结性，同时较小的颗粒粒径与胶凝材料在微观上形成级配体系，将原来填充在孔隙之中的填充水置换出来成为自由水，增大料浆的流动性，通过微集料效应填充到水化过程形成的大量空隙中，密实了砂浆硬化体结构，进而使得砂浆强度、抗渗性大幅度提高，同时添加聚合铝，氯化钙等添加剂，加速胶凝材料对强化再生骨料的侵蚀过程，促进胶凝材料与强化再生骨料协同水化，降低浆料孔隙率，提高浆料致密度，同时提高界面粘结能力；（2）本专利技术制备的充填材料可生成高强度、稳定性好的水石榴子石、托勃莫来石、硬硅钙石等水化产物，包覆在固体颗粒表面或填充在颗粒之间，相互交织连接形成了坚实的胶结体，构成了具有良好整体强度的充填材料，且初终凝时间短，综合利用废弃物资源，使之变废为宝，对于节约资源、改善环境、提高效益，实现矿业可持续发展，值得推广使用。具体实施方式取建筑垃圾加入颚式破碎机中破碎，碎料经磁选除铁后浸泡在水中，除去漂浮的杂质后过滤得滤渣，将滤渣自然风干并加入粉碎机中粉碎，筛选出粒径为1～10mm的碎粒，再将筛选出的碎粒加入卧式研磨机中研磨2～3h，得再生骨料，称取0.8～1.2kg聚丙烯酰胺，0.4～0.6kg硅酸钠，0.3～0.5kg十二烷基硫酸钠，0.1～0.3kg葡萄糖酸钠，加入150～200L去离子水中，以200～300r/min搅拌10～20min，再加入80～100kg再生骨料，继续搅拌20～30min后静置1～2h，过滤得滤饼，将滤饼自然风干，得强化再生骨料，取10～20kg转炉钢渣置于干燥箱中，在105～110℃下干燥至恒重，再转入球磨机中球磨至比表面积为300～400m2/kg，得钢渣粉，取10～20kg高炉矿渣，置于干燥箱中，在105～110℃下干燥至恒重，并转入球磨机中球磨至比表面积为300～400m2/kg，得矿渣粉，取5～10kg钢渣粉，5～10kg矿渣粉，4～8kg粉煤灰，0.5～1.0kg生石灰，400～800g脱硫石膏，200～400g硅酸盐水泥，混合均匀后装入球磨机中球磨至比表面积为500～700m2/kg，得胶凝材料，取5～6kg胶凝材料，6～8kg强化再生骨料，100～200g聚合铝，50～60g氯化钙，10～30g硫酸钠，10～30g氟化钠，4～8g纤维素醚，100～200g减水剂，3～5kg去离子水装入搅拌机中混合均匀，得矿井用膏体充填材料。实例1取建筑垃圾加入颚式破碎机中破碎，碎料经磁选除铁后浸泡在水中，除去漂浮的杂质后过滤得滤渣，将滤渣自然风干并加入粉碎机中粉碎，筛选出粒径为1mm的碎粒，再将筛选出的碎粒加入卧式研磨机中研磨2h，得再生骨料，称取0.8kg聚丙烯酰胺，0.4kg硅酸钠，0.3kg十二烷基硫酸钠，0.1kg葡萄糖酸钠，加入150L去离子水中，以200r/min搅拌10min，再加入80kg再生骨料，继续搅拌20min后静置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿井用膏体充填材料，其特征在于，该膏体充填材料由下述重量份原料制成：50～60份胶凝材料，60～80份强化再生骨料，1～2份聚合铝，0.5～0.6份氯化钙，0.1～0.3份硫酸钠，0.1～0.3份氟化钠，0.04～0.08份纤维素醚，1～2份减水剂，30～50份去离子水。

【技术特征摘要】
1.一种矿井用膏体充填材料，其特征在于，该膏体充填材料由下述重量份原料制成：50～60份胶凝材料，60～80份强化再生骨料，1～2份聚合铝，0.5～0.6份氯化钙，0.1～0.3份硫酸钠，0.1～0.3份氟化钠，0.04～0.08份纤维素醚，1～2份减水剂，30～50份去离子水。2.如权利要求1所述的一种矿井用膏体充填材料，其特征在于，所述胶凝材料为5～10重量份钢渣粉，5～10重量份矿渣粉，4～8重量份粉煤灰，0.5～1.0重量份生石灰，0.4～0.8重量份脱硫石膏，0.2～0.4重量份硅酸盐水泥组成。3.如权利要求2所述的一种矿井用膏体充填材料，其特征在于，所述钢渣粉比表面积为300～400m2/kg，所述矿渣粉比表面积为300～400m2/kg。4.如权利要求2所述的一种矿井用膏体充填材料，其特征在于，所述粉煤灰为金川某矿生产的Ⅲ级粉煤灰，平均粒径38.9μm，粉煤灰中SiO2、Al2O3含量分别高达62.75%、26.23%，比表面积为300～400m2/kg。5.如权利要求1所述的一种矿井用膏体充填材料，其特征在于，所述强化再生骨料为再生骨料浸泡在改性液中1～2h后过滤风干制得。6.如权利要求5所述的一种矿井用膏体充填材料，其特征在于，所述改性液由0.8～1.2重量份...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄宇成，王文新，韩昏晓，
申请(专利权)人：常州达奥新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32