一种黄土固体充填材料及其制备和使用方法技术

本发明专利技术涉及矿山技术领域，具体公开一种黄土固体充填材料及其制备和使用方法。所述黄土固体充填材料，按重量份数计，包括以下组分：煤矸石：55‑65份，黄土：25‑35份，胶结剂：5‑20份。本发明专利技术所述固体充填材料材料凝结快，早期强度高，8小时单轴抗压就能达到传统固体充填材料28天的强度，针对性强，同时生产工艺简单，充填开采技术初期投入低，操作方便，容易推广，自动化程度高。同时还具有充填与回采互不影响，采空区充填效率高等特点，可消耗大量煤矸石，同时解决了部分地区因粉煤灰产量少导致无法进行固体充填的问题，社会和环境效益明显。

Loess solid filling material and its preparation and application method

The invention relates to the technical field of mines, in particular to a loess solid filling material and the preparation and use method thereof. The Loess solid filling material, according to the weight number, includes the following components: gangue: 55, 65, Loess: 25, 35, cementing agent: 5, 20. The solid filling material of the invention has fast condensation, high early strength, 8 hour uniaxial compression can achieve the strength of the traditional solid filling material for 28 days, has a strong pertinence, and the production process is simple at the same time. The filling mining technology has low initial input, easy operation, easy popularization and high automatization. At the same time, the filling and recovery do not affect each other, the efficiency of filling in the goaf is high, it can consume a lot of coal gangue, and at the same time, it solves the problem that the solid filling can not be carried out due to the low production of fly ash in some areas, and the social and environmental benefits are obvious.

【技术实现步骤摘要】
一种黄土固体充填材料及其制备和使用方法
本专利技术涉及矿山
，尤其涉及一种黄土固体充填材料及其制备和使用方法。
技术介绍
我国能源储量的特点是富煤、贫油、少气。独特的能源储量结构，加上快速发展的经济对能源需求的急剧攀升，决定了煤炭在我国能源消费结构中占主导地位。然而，由于长期沿用传统采煤方法，且开采强度逐年增大，产生了一系列严重的问题：资源回收率低下、矿区地表大面积沉陷，地下水大量流失、事故频发等等。为减小开采引起的地表建、构筑物的变形，采矿工程的采空区一般需要支护或充填。使用充填材料充填开采，可以减少井下采空区水、瓦斯积聚空间，降低采空区突水、瓦斯爆炸、有害气体突出等事故发生的可能性，抑制煤层及顶底板的动力现象，提高矿井安全保障程度；还可以充分回收“三下”(建筑物下、铁路下、水体下)压煤，延长矿井服务年限，减轻煤炭开采对地表的影响，减少耕地占用和矿区村庄搬迁。但目前常用的充填材料亲水性差、针对性低、强度增长慢，不能满足充填矿井的要求。
技术实现思路
针对现有充填材料亲水性差、针对性低、强度增长慢等问题，本专利技术提供一种黄土固体充填材料。进一步地，本专利技术还提供一种黄土固体充填材料的制备方法。进一步地，本专利技术还提供一种黄土固体充填材料的使用方法。为达到上述专利技术目的，本专利技术实施例采用了如下的技术方案：一种黄土固体充填材料，按重量份数计，包括以下组分：煤矸石：55-65份，黄土：25-35份，胶结剂：5-20份。相对于现有技术，本专利技术提供的黄土固体充填材料具有以下优势：(1)材料稳定性高：本专利技术所述的黄土固体充填材料中加入了胶结剂，使材料凝结更快，早期强度更高，8小时单轴抗压就能达到传统固体充填材料28天的强度，后期材料强度稳定增长，充填体稳定性整体性更高；(2)针对性高：山西陕西地区黄土分布广、厚度大、储量高，利用黄土煤矸石进行固体充填，解决了部分地区因粉煤灰产量少导致无法进行固体充填的问题，同时降低了充填成本，达到了经济效益和社会效益的双赢；(3)无毒无害，不会造成地下水污染：本专利技术所述产品选材环保，不会对土壤、地下水造成污染；本专利技术所述黄土固体充填材料既具有煤矸石、粉煤灰组合材料性能上的优点，同时材料就地取材，充填成本显著降低，材料来源受限问题得到解决，加速了充填开采技术的推广和应用。进一步地，本专利技术还提供所述黄土固体充填材料的制备方法。该制备方法，至少包括以下步骤：按照上述的原料配比称取各组分；将所述胶结剂各组分研磨混合，然后将胶结剂、煤矸石、黄土混料处理，得到所述黄土固体充填材料。相对于现有技术，本专利技术提供的黄土固体充填材料的制备方法简单，过程容易控制。相应地，本专利技术提供了该黄土固体充填材料的一种使用方法。该使用方法至少包括以下步骤：步骤1、将所述黄土固体充填材料加水搅拌，所述黄土固体充填材料含水率为8.5-10％；步骤2、通过所述黄土固体充填材料填充后，利用夯实装置将固体充填物料压实并接顶。相对于现有技术，本专利技术的使用方法，填充工艺简单，填充效果更好。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供一种黄土固体充填材料，按重量份数计，包括以下组分：煤矸石：55-65份，黄土：25-35份，胶结剂：5-20份。影响固体充填材料性能的因素主要有材料组成、材料细度、含水率、温度等，材料的组成是影响材料性能的重要因素，配方中各矿物的水化均能受到材料组成的影响，因此对本专利技术中各组分要进行配比的调整，如此才能保证材料性能的稳定。本专利技术的制备方法简单，过程容易控制。优选地，所述黄土包括碎屑矿物和粘土矿物，所述碎屑矿物为石英、长石、云母和碳酸盐矿物的混合物，所述粘土矿物为伊利石、蒙脱石、高岭石、针铁矿、含水赤铁矿的混合物。优选地，所述碎屑矿物中碳酸盐矿物的含量为18-22wt％。所述碎屑矿物中，粒径为0.005-0.05mm的碎屑矿物的含量为65-75wt％。优选地，所述煤矸石的最大粒径小于25mm，且粒径小于或等于5mm的煤矸石的含量为35-45wt％。优选地，所述胶结剂按质量百分比计，包括以下组分：硅酸三钙：50％-80％，铝酸三钙：10％-30％、改性石膏：3％-20％，甲酸钙：0.2％-0.5％。优选地，当所述碎屑矿物中粒径为0.005-0.05mm的碎屑矿物的含量为70-75wt％时，所述胶结剂还包括0.1-0.4％的木质素磺酸盐。当所述煤矸石中粒径小于或等于5mm的煤矸的含量为40-45wt％时，所述胶结剂还包括0.1-0.4％的萘磺酸盐。所述固体充填材料，由于加入了甲酸钙和萘磺酸盐的一种或几种的混合物，增大了体系外加电解质浓度，使得粒子的外界面与溶液本体的电势差减小，双电子层被压缩，动电电位降低，体系发生凝聚。优选地，所述改性石膏的制备方法为：将硬石膏与五氧化二钒按照质量比为100：(0.5-1.5)混合，在400-800℃的条件下，煅烧3-3.5h，保温1-2h。改性石膏的制备过程中，在800℃煅烧的温度下，使石膏内的晶系由六方转变为正交晶系，这种转变为重建型转变，转变时化学键破坏，需要的能量大，因此煅烧完保温时间要长一些，需要2-3小时；在400℃煅烧的温度下，使石膏内的晶系由三方转变为六方晶系，即为高低对称型转变，这种转变为位移性转变，转变时化学键不被破坏，只是键角发生变化，需要的能量小晶型转变迅速，因此煅烧完保温时间不需要太长，一个小时即可。本专利技术在提供该黄土固体充填材料的前提下，还进一步提供了该黄土固体充填材料的制备方法。在任一实施例中，该制备方法至少包括以下步骤：按照上述的原料配比称取各组分；将所述胶结剂各组分研磨混合，然后将胶结剂、煤矸石、黄土混料处理，得到所述黄土固体充填材料。本专利技术所述固体充填材料生产工艺简单，充填开采技术初期投入低，操作方便，容易推广，自动化程度高。同时还具有充填与回采互不影响，采空区充填效率高等特点，可消耗大量煤矸石，社会和环境效益明显。优选地，所述胶结剂中硅酸三钙、铝酸三钙、改性石膏分别磨成粉，粉磨细度均为过80目筛，筛余百分数小于10％。对于黄土固体充填材料而言，细度不宜太细，过细颗粒易于结团，需水量上升，会造成和易性、强度等指标的下降；含水率增大，不仅影响材料的输送及夯实工作，还会影响充填体的强度。温度对固体充填材料的凝固与强度有一定的影响，充填材料主要应用于煤矿井下，温度一般在18-20℃。具体地，本专利技术还提供了使用方法。该黄土固体充填材料使用方法，至少包括以下步骤：步骤1、将所述黄土固体充填材料加水搅拌，所述黄土固体充填材料含水率为8.5-10％；步骤2、通过所述黄土固体充填材料填充后，利用夯实装置将固体充填物料压实并接顶。本专利技术提供的使用方法简单，步骤1中有两种实现方式，分别如下：第一种：将混合好的煤矸石、黄土、胶结剂加入适量的水搅拌均匀，材料平均含水率为9.18％，然后使用煤矿常用的带式输送机及刮板输送机等运输设备送到充填工作面，通过刮板输送机上卸料孔将固体充填材料充填入采空区中，最后利用夯实装置将固体充填物料压实并接顶。此方法工作量较大，技术要求高，但材料混合更加均匀，能充分发挥固体充填材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种黄土固体充填材料，其特征在于：按重量份数计，包括以下组分：煤矸石：55‑65份，黄土：25‑35份，胶结剂：5‑20份。

【技术特征摘要】
1.一种黄土固体充填材料，其特征在于：按重量份数计，包括以下组分：煤矸石：55-65份，黄土：25-35份，胶结剂：5-20份。2.如权利要求1所述的黄土固体充填材料，其特征在于：所述黄土包括碎屑矿物和粘土矿物，所述碎屑矿物为石英、长石、云母和碳酸盐矿物的混合物，所述粘土矿物为伊利石、蒙脱石、高岭石、针铁矿、含水赤铁矿的混合物。3.如权利要求2所述的黄土固体充填材料，其特征在于：所述碎屑矿物中碳酸盐矿物的含量为18-22wt％；和/或所述碎屑矿物中，粒径为0.005-0.05mm的碎屑矿物的含量为65-75wt％。4.如权利要求1所述的黄土固体充填材料，其特征在于：所述煤矸石的最大粒径小于25mm，且粒径小于或等于5mm的煤矸石的含量为35-45wt％。5.如权利要求1-4任一项所述的黄土固体充填材料，其特征在于：所述胶结剂按质量百分比计，包括以下组分：硅酸三钙：50％-80％，铝酸三钙：10％-30％、改性石膏：3％-20％，甲酸钙：0.2％-0.5％。6.如权利要求5所述的黄土固体充填材料，其特征在于：当所述碎屑矿物中粒径为0.005-0.05mm的碎屑矿物的含量为70-75w...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙春东，王英，秦大健，郝永超，王学伟，赵家巍，杨洪增，董小娟，
申请(专利权)人：河北煤炭科学研究院，河北充填采矿技术有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13