一种煤矿填充材料及其制备工艺制造技术

本发明专利技术公开一种煤矿填充材料，涉及矿井填充材料技术领域，由以下重量份数的原料制成：粉煤灰20

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿填充材料及其制备工艺


[0001]本专利技术涉及矿井填充材料
，尤其是涉及一种煤矿填充材料及其制备工艺。

技术介绍

[0002]近年来，煤炭消费比重有下降的趋势，但是煤炭能源仍然是我们的主要能源。煤矿开采过程中一方面形成大规模的采空区，容易引起地表塌陷；另一方面在煤矿开采和巷道挖掘的过程中，也容易出现岩层破碎、漏水等情况，存在安全隐患。在预防地表坍塌、改善矿区环境的技术中，充填技术应用最为广泛。
[0003]充填技术是利用人工形成的充填材料，输送至煤矿采空区或需要加固的区域，凝固后形成充填体，起到加固支撑的作用，不仅可以支撑围岩，而且还可以延缓或减少采后空区围岩的破坏或移动，从而用于控制围岩塌落或地表下沉，确保安全生产。目前常用的充填材料有水砂充填、膏体充填和高分子灌浆材料等，其中膏体填充材料主要成分是煤矸石、粉煤灰、城市建筑垃圾、炉渣等，然后加入黄土、砂石以及凝胶材料，混合成膏体状的浆体，采用充填泵或自重，通过管道输送至采空区。高分子灌浆材料比如环氧树脂灌浆材料，聚氨酯灌浆材料等。
[0004]目前充填技术和充填材料存在的问题是：1、泌水沉缩，为保证运输，浆料浓度低，充填后浆料离析多余的水流出，导致沉缩；再者充填材料固化过程还会沉缩，导致填充体不能接顶；2、为了解决这一点问题，现有技术中也尝试采用发泡材料进行填充，但是采用发泡材料需要考虑填充体的强度是否能够符合要求。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种煤矿填充材料，该充填材料中添加有外加剂和膨胀剂，填充材料的膨胀率能达到16
‑
22%，抗压强度为3.4
‑
4.8MPa，能满足充填接顶和强度的要求。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种煤矿填充材料，由以下重量份数的原料制成：粉煤灰20
‑
25份，水泥40
‑
45份，建筑废料5
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8份，煤矸石15
‑
18份，复合纤维2
‑
3份，外加剂3
‑
4份，膨胀剂0.8
‑
1.0份，苯丙乳液5
‑
6份，稳泡剂0.6
‑
0.7份，水100份。
[0007]进一步的，所述建筑废料经过活化预处理：将混凝土废料粉碎，以5℃/min升温至1400℃保温60min。
[0008]进一步的，所述外加剂由以下步骤制备而成：（1）将干燥的秸秆粉碎后，采用质量分数为9
‑
10%碱液50℃浸泡3h，固液比为1：5，过滤洗涤至中性干燥，得碱化秸秆；（2）羧甲基纤维素钠加入水中，80℃搅拌30
‑
40min；然后加入2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸、锂皂石、N，N
‑
亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯、十二烷基磺酸钠和碱化
秸秆，室温搅拌30
‑
40min，N2氛围下加入过硫酸钾70℃引发反应5min；（3）丙烯酸加入碱液调节中和度为85%，加入上述混合液中，继续反应2.5h，然后用乙醇浸泡洗涤，干燥粉碎得产品；所述丙烯酸、2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸、碱化秸秆、羧甲基纤维素钠、锂皂石、十二烷基磺酸钠、N，N
‑
亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯、过硫酸钾和水重量比为36：9：1：2：3.5
‑
4.5：0.3：0.025：0.015：0.35：100。
[0009]进一步的，所述膨胀剂由以下方法制备而成：（1）油酸、氢化蓖麻油按重量比1：1混合后与适量无水乙醇混合均匀，然后加入碳化钙超声振荡1h，无水乙醇蒸发后得到覆膜碳化钙，所述油酸与碳化钙的重量比为3
‑
4：100；（2）膨胀蛭石在1.5
‑
2 mol/L盐酸中浸泡24 h，固液比为1：2，洗涤干燥后，与覆膜碳化钙和铝粉按重量比2：0.5：0.5
‑
1搅拌均匀得膨胀剂。
[0010]进一步的，所述复合纤维为是秸秆纤维和聚丙烯纤维混合纤维，长度为5
‑
6mm。
[0011]进一步的，所述稳泡剂的组成是：脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠10
‑
15份、甲基葡萄糖苷聚氧乙烯醚二油酸酯10
‑
15份、十六烷基三甲基溴化铵2
‑
5份、纳米碳酸钙2
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3份。
[0012]一种煤矿填充材料的制备工艺，由以下步骤制备而成：粉煤灰、水泥、建筑废料、煤矸石混合均匀后加入复合纤维进一步搅拌均匀；然后加入剩余原料搅拌均匀后，通过管路泵加压输送至待填充区域。
[0013]本专利技术的有益效果是：1、本申请为解决现有技术中煤矿填充体不能接顶的问题，制备一种具有膨胀性能的煤矿填充材料，以胶结成分、骨料、纤维为原料，还添加有高分子乳液、外加的保水膨胀剂和发泡剂，制备的浆体流动性好，而且具有一定的膨胀性能，强度高韧性好。
[0014]2、其中胶结成分是粉煤灰和水泥，骨料为建筑废料和煤矸石，能进一步降低成本，建筑废料经过活化处理，增加活性，粒径小于1mm；煤矸石粒径在1
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6mm，其中1
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2.5mm、2.5
‑
4.5mm、4.5
‑
6mm各占比50%、25%和25%，该粒径配级有助于增加骨架堆积密度，提升充填体的强度。由于本申请制备的是膨胀充填体，为减少膨胀硬化过程中的裂缝，增加韧性和强度，还添加有复合纤维和苯丙乳液，复合纤维在充填体内部能形成网状结构，能抑制和延缓充填体裂缝的产生；而苯丙乳液中的活性集团能够与浆体中的钙、硅等离子结合成新的的化学键，增加钙矾石与C
‑
S
‑
H凝胶交联密度，增加充填体的力学性能。
[0015]3、本申请添加有外加剂和膨胀剂，其中外加剂吸水性强，能够补偿水泥水化膨胀过程中的水分，延缓水泥收缩，改善充填体的抗裂抗碳化性能和力学性能。
[0016]由于浆体需要管道运输，因此延缓外加剂的吸水膨胀能够确保管道运输的流畅性；本申请的外加剂是采用溶液聚合法，以羧甲基纤维素钠和秸秆为基底，玉米秸秆纤维长，韧性好，来源广，可降解，作为制备保水剂的原料经济环保，秸秆先碱化处理，有助于与其他成分接枝反应；还添加无机填料锂皂石，其亲水性强，表面含有大量羟基，在引发剂和交联剂的作用下，羧甲基纤维素钠与单体发生接枝反应，另外秸秆、锂皂石上的羟基均能够与单体上的COO
‑
反应，形成交联的网络结构，具有很强的吸水溶胀性和保水性。
[0017]少量的十二烷基磺酸钠，能够增加凝胶网络的间隙从而提高吸水性能。该外加剂采用两种交联剂，在吸水溶胀的过程中，该交联剂能够限制溶胀的程度，在水泥水化过程中
聚乙二醇二丙烯酸酯也不断的水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿填充材料，其特征在于：由以下重量份数的原料制成：粉煤灰20
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25份，水泥40
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45份，建筑废料5
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8份，煤矸石15
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18份，复合纤维2
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3份，外加剂3
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4份，膨胀剂0.8
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1.0份，苯丙乳液5
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6份，稳泡剂0.6
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0.7份，水100份。2.根据权利要求1所述的一种煤矿填充材料，其特征在于，所述建筑废料经过活化预处理：将混凝土废料粉碎，以5℃/min升温至1400℃保温60min。3.根据权利要求1所述的一种煤矿填充材料，其特征在于，所述外加剂由以下步骤制备而成：（1）将干燥的秸秆粉碎后，采用质量分数为9
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10%碱液50℃浸泡3h，固液比为1：5，过滤洗涤至中性干燥，得碱化秸秆；（2）羧甲基纤维素钠加入水中，80℃搅拌30
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40min；然后加入2
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丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸、锂皂石、N，N
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亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯、十二烷基磺酸钠和碱化秸秆，室温搅拌30
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40min，N2氛围下加入过硫酸钾70℃引发反应5min；（3）丙烯酸加入碱液调节中和度为85%，加入上述混合液中，继续反应2.5h，然后用乙醇浸泡洗涤，干燥粉碎得产品；所述丙烯酸、2
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丙烯酰胺基
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【专利技术属性】
技术研发人员：郝宇，张立辉，赵利群，
申请(专利权)人：重庆工程职业技术学院，
类型：发明
国别省市：