一种具有导热性的充填材料及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种具有导热性的充填材料及其设计方法，包括导热材料的选择、胶结充填材料的配比与优化、力学性能测试、导热性能测试。在胶结充填体制作之前选择具有导热性能材料，将导热材料按一定配比和胶结充填原材料混合搅拌制作成具有一定导热性能的胶结充填体。将胶结充填体在养护箱中养护不同龄期，测试其力学强度是否达到井下充填体力学强度的要求，若满足要求再测试胶结充填体的导热性能，否则继续对胶结充填材料的配比进行优化，直至达到井下充填体要求的力学强度且具有一定的导热性。本发明专利技术为提供一种具有导热性的充填材料及其设计方法，改善胶结充填体性能的同时，增加了热源在充填体内的传输效率。

【技术实现步骤摘要】
一种具有导热性的充填材料及其设计方法
本专利技术属于煤矿开采
，具体涉及一种具有导热性的充填材料及其设计方法，属于一种胶结充填材料的制备方法，具体是一种利用钢渣、铁粉和钢纤维及石墨导热材料来制备具有导热性的胶结充填材料的制备方法。
技术介绍
目前，随着煤炭资源的高强度开采，东部浅部煤炭资源逐渐枯竭，煤炭资源的发展方向逐渐向东部深部和西部发展。为了缓解东部浅部煤炭资源逐渐枯竭的困境，选择在进行采煤的过程中，在开采空间内布置采热装置实现热煤协同开采，利用充填的技术充填采空区在充填体通过埋设管道，让水作为热的载体传输给地面上进行利用，实现资源的零污染绿色化开采。其次在采空区的充填体中埋设管道利用水流作为载体传输热量，要保证围岩中的热量能高效且源源的不断向管道传输热量，必须管道始终位于热源的环境中。而目前的胶结充填体的大多数采用粉煤灰、水泥等材料搅拌制作而成，其导热性能较差，因此需要在胶结充填体中加入具有导热性的材料来代替原有的胶结充填体的原材料，提高胶结充填材料的导热性能。该方法对井下热量的传输与迁移效率具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有导热性的充填材料及其设计方法，采用粉煤灰、水泥、生石灰与钢渣、铁粉和钢纤维及石墨等导热材料混合制成的一种可导热胶结充填材料，不仅减轻城市环境污染问题，又能解决注浆充填材料的来源和成本问题，同时增加胶结充填材料导热性能。技术方案：本专利技术采用的技术方案为：本专利技术的一个目的在于，提供一种具有导热性的充填材料，该充填材料是在胶结充填材料中添加导热材料制得，所述胶结充填材料包括粉煤灰、水泥和生石灰，所述的导热材料包括铁粉、钢渣、钢粉、钢纤维及石墨。进一步的，所述的一种具有导热性的充填材料，所述粉煤灰：(水泥和生石灰)：导热材料的质量比为0.3～0.5：0.1～0.3：0.2～0.5。进一步的，所述的一种具有导热性的充填材料，所述导热材料的导热系数不低于2.05W/(mK)，与胶结充填材料搅拌混合后形成的料浆的塌落度保持在150～225mm。进一步的，所述的一种具有导热性的充填材料，所述充填材料的抗压强度不低于2MPa，胶结充填体的导热系数不低于2.05W/(mK)。本专利技术的另一个目的在于，提供一种具有导热性的充填材料及其设计方法，包括以下步骤：第一步，导热材料的选择：所述导热材料选自铁粉、钢渣、钢粉、钢纤维及石墨中的至少一种；第二步，胶结充填材料与导热材料的配比与优化：根据现有的胶结充填材料的初始配比，用导热材料代替其中的风积沙所占的比例，形成胶结充填体；在胶结充填材料的各原料中，风积沙是骨料，其他材料均为胶凝材料，因此选用风积沙作为替代对象的配比；第三步，力学性能的测试：对所述胶结充填体养护并进行力学强度测试，若达到力学强度的设定值即转至下一步；否则返回第二步，优化胶结充填材料与导热材料的配比；第四步，导热性能的测试：对所述胶结充填体进行导热性能测试，若达到导热性能的设定值即完成；否则返回第二步，更换导热材料的种类；或返回第三步，优化胶结充填材料与导热材料的配比，直至力学强度和导热性能均达到相应的设定值的要求。进一步的，第一步中，导热材料的选择依据是：所述导热材料的导热系数不低于2.05W/(mK)，与胶结充填材料搅拌混合后的料浆的塌落度保持在150～225mm。进一步的，第二步中，所述胶结充填材料与导热材料的配比为粉煤灰：(水泥和生石灰)：导热材料的质量比为0.3～0.5：0.1～0.3：0.2～0.5。进一步的，第二步中，所述优化胶结充填材料与导热材料的配比包括改变导热材料的配比以及胶结充填材料中水泥的配比(水泥的作用是增加充填材料的强度)，使得充填材料同时满足抗压强度大于2MPa、导热系数大于2.05W/(mK)。进一步的，所述充填材料的力学强度和导热性能的设定值分别为：抗压强度不低于2MPa，胶结充填体的导热系数不低于2.05W/(mK)。进一步的，所述导热性能测试包括对掺入了导热材料的胶结充填体进行不同位置点的温度随时间的变化规律测试。有益效果：与现有技术相比，本专利技术采用粉煤灰、水泥、生石灰与钢渣或铁粉或钢纤维相结合方式，通过测定不同配比的情况，最终得出满足注浆充填材料所需的流动度、导热性的需求，按照确定的配比制成胶结充填材料，其不仅减轻城市环境污染问题，又能解决胶结充填材料的来源和成本问题，还能解决矸石的处理费用，同时其流动度和导热性均符合要求；具有广泛的适用性。附图说明图1为本专利技术一种具有导热性的充填材料的设计方法流程图。具体实施方式本专利技术公开了一种具有导热性的充填材料及其设计方法，包括导热材料的选择、胶结充填材料的配比与优化、力学性能测试、导热性能测试。在胶结充填体制作之前选择具有导热性能材料，将导热材料按一定配比和胶结充填原材料混合搅拌制作成具有一定导热性能的胶结充填体。将胶结充填体在养护箱中养护不同龄期，测试其力学强度是否达到井下充填体力学强度的要求，若满足要求再测试胶结充填体的导热性能，否则继续对胶结充填材料的配比进行优化，直至达到井下充填体要求的力学强度且具有一定的导热性。本专利技术为提供了一种具有导热性的充填材料设计方法，改善胶结充填体性能的同时，增加了热源在充填体内的传输效率。下面结合附图和实施例对本专利技术作更进一步的说明。如图1所示为本专利技术一种具有导热性的充填材料的设计方法流程图。一种具有导热性的充填材料的设计方法，包括导热材料的选择、胶结充填材料的配比、胶结充填材料配比的优化、力学性能的测试、导热性能的测试。所述导热材料的选择包括在胶结充填体制作的过程中掺入可以增加胶结充填体导热性能的材料且可以和胶结充填体的原材料搅拌混合在一起满足料浆流动性要求。所述的导热材料可以是铁粉、钢渣、钢粉、钢纤维及石墨等导热性较好的材料，导热材料的选择依据是：所述导热材料的导热系数不低于2.05W/(mK)，与胶结充填材料搅拌混合后的料浆的塌落度保持在150～225mm。所述胶结充填材料的配比包括在胶结充填体的原材料中如粉煤灰、风积沙、水泥、生石灰中加入上述的一种导热材料，根据在原胶结充填体配比的条件下，用导热材料代替风积沙所占的比例，测试其力学强度。原胶结充填体配比通常为粉煤灰：(水泥和生石灰)：风积沙的质量比为0.3～0.5：0.1～0.3：0.2～0.5。所述胶结充填材料配比的优化包括改变导热材料的配比以及水泥的配比(水泥的作用是增加充填材料的强度)，即满足掺入导热材料的胶结充填体在稳定之后的抗压强度大于2MPa且胶结充填体的导热系数大于2.05W/(mK)。所述力学性能测试包括对配比好的胶结充填体进行力学性能测试，观察其力学性能的大小是否满足胶结充填体的力学强度要求，即满足掺入导热材料的胶结充填体在稳定之后的抗压强度大于2MPa。所述导热性测试包括对掺入导热材料的胶结充填体进行不同位置点的温度随时间的变化规律测试。观察其导热性能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有导热性的充填材料，其特征在于：该充填材料是在胶结充填材料中添加导热材料制得，所述胶结充填材料包括粉煤灰、水泥和生石灰，所述的导热材料包括铁粉、钢渣、钢粉、钢纤维及石墨。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有导热性的充填材料，其特征在于：该充填材料是在胶结充填材料中添加导热材料制得，所述胶结充填材料包括粉煤灰、水泥和生石灰，所述的导热材料包括铁粉、钢渣、钢粉、钢纤维及石墨。


2.根据权利要求1所述的一种具有导热性的充填材料，其特征在于：所述粉煤灰：(水泥和生石灰)：导热材料的质量比为0.3～0.5：0.1～0.3：0.2～0.5。


3.根据权利要求1所述的一种具有导热性的充填材料，其特征在于：所述导热材料的导热系数不低于2.05W/(mK)，与胶结充填材料搅拌混合后形成的料浆的塌落度保持在150～225mm。


4.根据权利要求1-3任一所述的一种具有导热性的充填材料，其特征在于：所述充填材料的抗压强度不低于2MPa，胶结充填体的导热系数不低于2.05W/(mK)。


5.一种具有导热性的充填材料的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步，导热材料的选择：所述导热材料选自铁粉、钢渣、钢粉、钢纤维及石墨中的至少一种；
第二步，胶结充填材料与导热材料的配比与优化：根据胶结充填材料的初始配比，用导热材料代替其中的风积沙所占的比例，形成具有导热性能的胶结充填体；
第三步，力学性能的测试：对所述具有导热性能的胶结充填体养护并进行力学强度测试，若达到力学强度的设定值即转至下一步；否则返回第二步，优化胶结充填材料与导热材料的配比；
第四步，导热性能...

【专利技术属性】
技术研发人员：张吉雄，朱存利，李猛，周楠，张强，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32