一种利用废旧汽车轮胎分材质制备的煤矿采空区充填膏体及其制备方法技术

一种适用于煤矿充填开采的利用废旧汽车轮胎分材质制备的煤矿采空区充填膏体及其制备方法，属于胶结充填材料技术领域，可解决现有废旧橡胶回收利用率低以及煤矿膏体充填原材料成本高、来源窄的问题，本发明专利技术将废旧汽车轮胎无需化学处理，仅需简单物理裁剪与破碎的情况下，实现完全回收并分类利用，解决了废旧汽车轮胎污染环境、占用土地的问题，扩充了膏体充填原材料的来源，而且，提升了膏体充填材料在井下硫酸盐环境中抗腐蚀的能力，极大的改善了抗收缩性能，对微裂缝繁殖与生长的抑制作用是很明显的，提高了抗折能力、抗冲击性能、保障了膏体充填材料的长期稳定。

A coal mine goaf filling paste made of waste automobile tyres and its preparation method

The utility model relates to a filling paste for coal mine goaf prepared by using different materials of waste automobile tyres and its preparation method, which belongs to the technical field of cemented filling materials, and can solve the problems of low recycling rate of existing waste rubber, high cost of raw materials for coal mine paste filling and narrow source. The invention does not need chemical treatment for waste automobile tyres and only needs simple physical cutting. Under the condition of shearing and crushing, it realizes complete recycling and classified utilization, solves the problem of polluting the environment and occupying the land of waste automobile tyres, expands the source of paste filling raw materials, and improves the corrosion resistance of paste filling materials in underground sulfate environment, greatly improves the shrinkage resistance, and obviously inhibits the propagation and growth of microcracks. It improves the flexural strength, impact resistance and guarantees the long-term stability of paste filling materials.

【技术实现步骤摘要】
一种利用废旧汽车轮胎分材质制备的煤矿采空区充填膏体及其制备方法
本专利技术属于胶结充填材料
，涉及一种适用于煤矿充填开采的利用废旧汽车轮胎分材质制备的煤矿采空区充填膏体及其制备方法。
技术介绍
煤矿在我国的能源结构中占据主导地位，但煤矿的开采对生态环境造成的危害也是有目共睹的，主要包括采煤导致的地表塌陷、煤矸石堆积及矿区生态环境的破坏，其中地表塌陷对环境的影响尤为严重，可对房屋、湖泊、管线、桥梁和铁路等造成破坏，也可能引起隔水层破坏导致地下水流失。随着浅表煤矿逐渐减少，必须开采深部煤矿资源和“三下”（建构筑物下、铁路下、近水体下）煤矿资源，开采难度大、成本高。充填开采技术不但解决了“三下”压煤和深部煤矿资源的开采技术难题，还可以提高煤矿资源的采出率，合理的利用煤矸石、粉煤灰，阻止上覆岩层发生大规模的下移，同时保护了生态系统。随着国家对生态系统和环境保护的要求越来越高，以前粗犷式的开采方式已经不在适合国家的发展战略，膏体充填开采技术得到了充分的肯定和重视，它是一种将多种废弃材料与水泥和水按照一定的配比混合后，具有较好流动性、保水性和可塑性的胶结体，通过泵送或者在自身重力作用下输送到采空区进行充填的煤矿开采技术。充填材料是充填开采技术的核心内容，以往的膏体充填所用的材料一般为煤矸石、粉煤灰、炉渣和水泥等，随着国家对这些材料的重新开发利用，导致了这些材料成本升高，还有许多使用充填技术经常遇到的问题，在井下复杂的硫酸盐环境中使用时，充填材料的强度受到了很大的影响，抗地压冲击的能力较差，容易产生微裂缝并且逐渐扩展。因此，需要一种成本较低，能够提高充填材料流动性、抗收缩和抗微裂纹扩展，抗地压冲击，并且在硫酸盐环境中强度基本不受影响的材料来解决上述的问题，保证充填材料的稳定性。我国是轮胎生产、消费大国，同时我国也是废旧轮胎数量全球第一大国。2016年全国废旧轮胎产生量在3亿条左右，重量达1000万吨以上。并且每年产生的废旧轮胎正在以8%~10%的速度急剧增加，到2020年，我国废旧轮胎数量将达2000万吨。随着废旧橡胶轮胎污染程度越来越严重，废旧橡胶成为继白色污染之后又一大污染——黑色污染。如何有效回收利用，防止对环境造成污染，这既是一个世界性难题，也是我国再生资源回收利用面临的一个新课题。随着环保问题的不断升级，国家也陆续出台了一系列关于废旧轮胎及废旧橡胶的相关政策，目前废旧轮胎综合利用途径主要包括翻新、再生胶、热能利用和热解等，但这些综合利用都会存在废弃橡胶利用量不大和成本高的问题，回收利用率仅为15%左右，在我国，对于废旧汽车轮胎的处理方法较粗放，有直接采用整体处理的，但这部分处理的量较少，且缺乏对轮胎内不同材料的分类处理，缺乏将轮胎拆解，把拆解得到的各种材料按照特殊属性进行分类，然后利用各部分材料的特性有目的的再利用，所以合理、经济的再利用废旧汽车轮胎成为一个亟待解决的问题。综上所述，煤矿膏体充填的原材料面临成本高、来源窄等问题，在井下复杂的环境中，要求膏体充填材料具有能够抵抗地压冲击，抵抗微裂纹扩展的能力，具有较好的抗折能力，并且在硫酸盐环境中充填膏体极容易腐蚀，导致强度降低等问题。而废旧汽车轮胎由于回收利用率低、再利用成本高，占用空间，污染环境，将废旧汽车轮胎经过简单的物理处理，并对各部分材料按照特性进行分类，制备成膏体充填的原材料，分别部分替换膏体充填材料内的粗骨料、细骨料和纤维增强体，将两者结合，既满足充填材料的要求，还解决了充填材料目前存在的不足，而且充分利用并处理了废旧汽车轮胎，使其变废为宝。
技术实现思路
本专利技术针对现有废旧橡胶回收利用率低以及煤矿膏体充填原材料成本高、来源窄的问题，提供一种利用废旧汽车轮胎分材质制备的煤矿采空区充填膏体及其制备方法。本专利技术采用如下技术方案：一种利用废旧汽车轮胎分材质制备的煤矿采空区充填膏体，包括如下质量份数的组分：煤矸石粗骨料10-20%，煤矸石细骨料10-15%，利用废旧汽车轮胎制备的橡胶粗骨料10-15%，利用废旧汽车轮胎制备的橡胶细骨料4-8%，利用废旧汽车轮胎制备的纤维增强体1-3%，胶凝材料30-35%，外加剂0.5%，水19-23%。所述煤矸石粗骨料粒径为5-15mm，堆积密度为1000~1200kg/m3。所述煤矸石细骨料粒径为0-5mm。所述橡胶粗骨料包括利用废旧汽车轮胎胎面胶制备的橡胶粗颗粒和利用废旧汽车轮胎胎圈三角胶制备的橡胶粗颗粒，粒径为5-15mm，堆积密度为1300~1500kg/m3。所述橡胶细骨料包括质量比4:1混合的利用废旧汽车轮胎内胎制备的橡胶细颗粒和橡胶粉，其中，橡胶细颗粒的粒径为1-5mm，橡胶粉的粒径为0-1mm。所述纤维增强体包括利用废旧汽车轮胎的钢丝带束层和胎唇钢丝制备的钢纤维以及利用废旧汽车轮胎的帘子布层制备的塑料纤维，其中，钢纤维和塑料纤维的质量比为9:1，利用钢丝带束层制备的钢纤维的长度为2~6cm、直径为0.5~1mm、长径比为50~80，利用胎唇钢丝制备的钢纤维长度为2~4cm、直径为1~1.5mm、长径比为40~80，利用帘子布层制备的塑料纤维长度为2~5cm、直径为0.3~1.2mm、长径比为60~100。所述胶凝材料包括水泥和粉煤灰，水泥和粉煤灰的质量比为1:2。所述水泥为P·O42.5普通硅酸盐水泥，粉煤灰为煤电厂的废旧粉煤灰，粒径小于200目，比重为2-2.36，松干密度为550-600kg/m3，比表面积为450~550kg/m3。所述外加剂包括如下占外加剂总量的质量份数的组分：减水剂35-45%，早强剂30-35%，膨胀剂10-15%，缓凝剂13-16%。所述减水剂为萘系高效减水剂，早强剂为氯化钠或无水硫酸钠，膨胀剂为氧化镁，缓凝剂为木质素硫酸盐缓凝减水剂。一种利用废旧汽车轮胎分材质制备煤矿采空区充填膏体的方法，包括如下步骤：第一步，收集废旧汽车轮胎，清理杂质后晾干，按橡胶种类对废旧汽车轮胎进行分类；第二步，将不同类别的废旧汽车轮胎分别放入切圈机切割后，得到胎圈和胎面，将胎面放入剥胶机中进行分层，得到胎面胶、帘子布层和钢丝带束层，将胎面胶切为矩形胶条，将矩形胶条剪切为粒径5-15mm的橡胶粗颗粒；第三步，将帘子布层和钢丝带束层拆分裁剪，分别得到塑料纤维和钢纤维；第四步，将胎圈剪切拆分得到胎唇钢丝和三角胶，胎唇钢丝剪切为钢纤维，三角胶剪切为橡胶粗颗粒；第五步，废旧汽车轮胎的气密层和内胎经剪切得到橡胶细颗粒，部分橡胶细颗粒球磨粉碎得到橡胶粉；第六步，将煤矸石破碎后进行筛分，分别得到煤矸石细骨料和煤矸石粗骨料；第七步，将煤矸石粗骨料、橡胶粗颗粒、煤矸石细骨料和橡胶细骨料放入搅拌机中，搅拌2min后停止，将钢纤维和塑料纤维放入搅拌机中，搅拌2min后停止，将橡胶粉、水泥和粉煤灰放入搅拌机中，搅拌2min后停止，最后将外加剂溶于水中，倒入搅拌机，搅拌3min后，停止搅拌得到充填膏体。橡胶粗颗粒掺入充填膏体材料中，部分替代煤矸石粗骨料，可以起到骨架的作用，可提高充填膏体材料的弹性变形性能、抗地压冲击性能、减震抗噪性能。塑料纤维和钢纤维作为纤维增强体，可提升充填膏体材料的强度、抗剪性能、延性、抗裂性能，控制裂缝扩展。所述钢纤维截面形状为圆形或椭圆形，其抗拉强度≥270MPa、初始模量≥3×103本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用废旧汽车轮胎分材质制备的煤矿采空区充填膏体，其特征在于：包括如下质量份数的组分：煤矸石粗骨料10‑20%，煤矸石细骨料10‑15%，利用废旧汽车轮胎制备的橡胶粗骨料10‑15%，利用废旧汽车轮胎制备的橡胶细骨料4‑8%，利用废旧汽车轮胎制备的纤维增强体1‑3%，胶凝材料30‑35%，外加剂0.5%，水19‑23%。

【技术特征摘要】
1.一种利用废旧汽车轮胎分材质制备的煤矿采空区充填膏体，其特征在于：包括如下质量份数的组分：煤矸石粗骨料10-20%，煤矸石细骨料10-15%，利用废旧汽车轮胎制备的橡胶粗骨料10-15%，利用废旧汽车轮胎制备的橡胶细骨料4-8%，利用废旧汽车轮胎制备的纤维增强体1-3%，胶凝材料30-35%，外加剂0.5%，水19-23%。2.根据权利要求1所述的一种利用废旧汽车轮胎分材质制备的煤矿采空区充填膏体，其特征在于：所述煤矸石粗骨料粒径为5-15mm，堆积密度为1000~1200kg/m3。3.根据权利要求1所述的一种利用废旧汽车轮胎分材质制备的煤矿采空区充填膏体，其特征在于：所述煤矸石细骨料粒径为0-5mm。4.根据权利要求1所述的一种利用废旧汽车轮胎分材质制备的煤矿采空区充填膏体，其特征在于：所述橡胶粗骨料包括利用废旧汽车轮胎胎面胶制备的橡胶粗颗粒和利用废旧汽车轮胎胎圈三角胶制备的橡胶粗颗粒，粒径为5-15mm，堆积密度为1300~1500kg/m3。5.根据权利要求1所述的一种利用废旧汽车轮胎分材质制备的煤矿采空区充填膏体，其特征在于：所述橡胶细骨料包括质量比4:1混合的利用废旧汽车轮胎内胎制备的橡胶细颗粒和橡胶粉，其中，橡胶细颗粒的粒径为1-5mm，橡胶粉的粒径为0-1mm。6.根据权利要求1所述的一种利用废旧汽车轮胎分材质制备的煤矿采空区充填膏体，其特征在于：所述纤维增强体包括利用废旧汽车轮胎的钢丝带束层和胎唇钢丝制备的钢纤维以及利用废旧汽车轮胎的帘子布层制备的塑料纤维，其中，钢纤维和塑料纤维的质量比为9:1，利用钢丝带束层制备的钢纤维的长度为2~6cm、直径为0.5~1mm、长径比为50~80，利用胎唇钢丝制备的钢纤维长度为2~4cm、直径为1~1.5mm、长径比为40~80，利用帘子布层制备的塑料纤维长度为2~5cm、直径为0.3~1.2mm、长径比为60~100。7.根据权利要求1所述的一种利用废旧汽车轮胎分材质制备的煤矿...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭育霞，冉洪宇，杜献杰，冯国瑞，王鹏，王泽华，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14