一种煤层注浆材料及其应用方法技术

本申请涉及煤炭绿色开采技术领域，具体公开了一种煤层注浆材料及其应用方法。所述煤层注浆材料包括如下重量份的组分：煤炭固废原粉100

【技术实现步骤摘要】
一种煤层注浆材料及其应用方法


[0001]本申请涉及煤炭绿色开采
，更具体地说，它涉及一种煤层注浆材料及其应用方法。

技术介绍

[0002]煤炭是一种重要的资源，煤炭的开采和应用在为生产生活带来便利的同时，也会产生大量的固体废弃物。以煤炭开采过程中产生的主要固体废弃物——煤矸石为例，废弃煤矸石如果以堆积的方式存放，则不仅会占用大量土地，还会产生扬尘、酸性污水等污染物质，容易对生态环境造成破坏。
[0003]关于煤矸石的合理处置，目前一种可行的方法是将煤矸石配制成浆料，然后通过注浆的方式将浆料注入煤层顶板关键层之下的离层空间中，从而在处置煤矸石的同时减少矿区地层的沉降。在相关技术中，有一种煤层注浆材料，该注浆材料包括如下重量份的组分：煤炭固废原粉140
‑
170份，水165
‑
185份，煤炭固废原粉为煤矸石粉。
[0004]针对上述中的相关技术，专利技术人认为，相关技术中虽然将煤矸石配制成了煤层注浆材料，但是该注浆材料在泵送过程中会因粉体颗粒下沉而发生离析，容易出现堵管现象，不仅影响注浆材料的可泵性，而且还会增大注浆作业的难度。

技术实现思路

[0005]相关技术中的注浆材料在泵送过程中容易因离析而出现堵管现象，影响注浆材料的可泵性，并且会导致注浆作业的难度增大。为了改善这一缺陷，本申请提供一种煤层注浆材料及其应用方法。
[0006]第一方面，本申请提供一种煤层注浆材料，采用如下的技术方案：一种煤层注浆材料，所述煤层注浆材料包括如下重量份的组分：煤炭固废原粉100
‑
120份，固废基胶凝材料40
‑
50份，水165
‑
185份，所述煤炭固废原粉的组分包括煤矸石粉，所述固废基胶凝材料由混合料经过粉磨后在900
‑
1000℃煅烧而成，所述混合料的组分包括煤矸石和电石渣。
[0007]通过采用上述技术方案，本申请与相关技术相比，将煤矸石和电石渣混合后进行了粉磨和煅烧，得到了固废基胶凝材料，并使用固废基胶凝材料替代了一部分煤炭固废原粉。电石渣是电石工业产生的主要废弃物，而电石工业是煤化工产业中的重要一环，因此电石渣在煤矿所在地的获取难度较低。电石渣的主要成分为氢氧化钙，氢氧化钙在与煤矸石共同煅烧之后能够产生铝酸三钙、硅酸二钙等具有水化活性的矿物，得到具有一定胶凝活性的固废基胶凝材料。固废基胶凝材料在遇水反应后能够产生氢氧化钙、水化硅酸钙凝胶以及水化铝酸钙凝胶，氢氧化钙能够激发煤矸石粉的胶凝活性，使煤矸石粉表面产生凝胶产物，而水化硅酸钙凝胶以及水化铝酸钙凝胶也具有一定的粘聚性，从而能够减少煤层注浆材料在泵送过程中发生离析的可能，有助于减少注浆材料的堵管现象，改善了注浆材料的可泵性，有助于降低注浆作业的难度。
[0008]作为优选，所述固废基胶凝材料按照如下方法制备：(1)将煤矸石和电石渣混合，得到混合料；(2)对混合料进行破碎，将破碎产物与助磨剂混合后进行粉磨，再在900
‑
1000℃将粉磨产物煅烧2
‑
3h，得到固废基胶凝材料。
[0009]通过采用上述技术方案，本申请在粉磨过程中添加了助磨剂，有助于使煤矸石和电石渣的破碎产物充分接触，有利于增加固废基胶凝材料中的铝酸三钙、硅酸二钙的含量，进而减少了煤层注浆材料在泵送过程中发生离析的可能。
[0010]作为优选，所述助磨剂选用三乙醇胺或三聚磷酸钠。
[0011]通过采用上述技术方案，三乙醇胺或三聚磷酸钠均可发挥助磨作用，进而改善粉磨效果。与三聚磷酸钠相比，三乙醇胺和粉体表面的钙离子形成的配位键稳定性较差，导致三乙醇胺更容易从煤矸石和电石渣的破碎产物表面脱落。因此，选用三聚磷酸钠作为助磨剂更有利于煤矸石和电石渣的破碎产物进行充分接触，更有助于增加固废基胶凝材料中的铝酸三钙、硅酸二钙的含量，减少了煤层注浆材料在泵送过程中发生离析的可能。
[0012]作为优选，在所述混合料中，电石渣的重量为煤矸石重量的30
‑
34％。
[0013]通过采用上述技术方案，在制备固废基胶凝材料的过程中，电石渣在煅烧条件下脱水形成氧化钙，氧化钙在高温下与煤矸石的粉碎产物发生反应，产生铝酸三钙、硅酸二钙等矿物。当电石渣的用量较少时，铝酸三钙、硅酸二钙等矿物的形成量也较少，导致难以充分在煤层注浆材料中激发煤矸石粉的活性，限制了煤层注浆材料硬化后的强度性能。当电石渣的用量较多时，一部分残余的氧化钙会以游离氧化钙的形式存在于固废基胶凝材料中，游离氧化钙会对煤层注浆材料硬化后的强度造成不利影响。而当电石渣的重量为煤矸石重量的30
‑
34％时，煤层注浆材料硬化后的强度性能相对较好。
[0014]作为优选，在所述混合料中，电石渣的重量为煤矸石重量的32％。
[0015]通过采用上述技术方案，优选了电石渣粉的用量，有助于提高煤层注浆材料硬化后的强度性能。
[0016]作为优选，所述煤炭固废原粉的组分还包括粉煤灰，所述煤炭固废原粉中，粉煤灰的质量分数为15
‑
22％。
[0017]通过采用上述技术方案，固废基胶凝材料的使用虽然能够减少离析现象，但是凝胶产物的产生也增加了粉体颗粒之间的摩擦力，容易对煤层注浆材料的流动性造成影响。在此基础上，本申请限定了煤炭固废原粉含有粉煤灰，利用粉煤灰的形态效应降低了粉体颗粒之间的摩擦，改善了煤层注浆材料的流动性。而为了在改善煤层注浆材料流动性的前提下尽量增加煤矸石粉的消耗量，本申请将粉煤灰的质量分数优选为15
‑
22％。
[0018]作为优选，所述粉煤灰为F类粉煤灰或C类粉煤灰。
[0019]通过采用上述技术方案，C类粉煤灰含有的游离氧化钙通常比F类粉煤灰更多，当混合料中的电石渣掺量较少时，粉煤灰引入的游离氧化钙能够协助固废基胶凝材料激发煤矸石粉的胶凝活性，有助于提高注浆材料硬化后的强度。而当混合料中的电石渣掺量较多时，增加游离氧化钙总量反而不利于注浆材料的强度发展，此时选用F类粉煤灰有助于减小游离氧化钙对煤层注浆材料的强度造成的影响。
[0020]作为优选，所述煤层注浆材料的组分还包括聚羧酸减水剂。
[0021]通过采用上述技术方案，聚羧酸减水剂能够吸附到固废基胶凝材料的颗粒表面，
减少了固废基胶凝材料的团聚，并将固废基胶凝材料的颗粒包裹的自由水释放，有助于改善煤层注浆材料的流动性。
[0022]作为优选，所述聚羧酸减水剂的重量为固废基胶凝材料重量的1.5
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2.5％。
[0023]通过采用上述技术方案，优选了聚羧酸减水剂的用量，有助于在节约聚羧酸减水剂用量的前提下充分改善煤层注浆材料的流动性。
[0024]第二方面，本申请提供一种煤层注浆材料的应用方法，采用如下的技术方案。
[0025]一种煤层注浆材料的应用方法，包括以下步骤：(1)配制以上任一所述的煤层注浆材料，备用；(2)使用注浆设备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤层注浆材料，其特征在于，所述煤层注浆材料包括如下重量份的组分：煤炭固废原粉100
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120份，固废基胶凝材料40
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50份，水165
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185份，所述煤炭固废原粉的组分包括煤矸石粉，所述固废基胶凝材料由混合料经过粉磨后在900
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1000℃煅烧而成，所述混合料的组分包括煤矸石和电石渣。2.根据权利要求1所述的煤层注浆材料，其特征在于，所述固废基胶凝材料按照如下方法制备：（1）将煤矸石和电石渣混合，得到混合料；（2）对混合料进行破碎，将破碎产物与助磨剂混合后进行粉磨，再在900
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1000℃将粉磨产物煅烧2
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3h，得到固废基胶凝材料。3.根据权利要求2所述的煤层注浆材料，其特征在于，所述助磨剂选用三乙醇胺或三聚磷酸钠。4.根据权利要求2所述的煤层注浆材料，其特征在于，在所述混合料中，电石渣的重量为煤矸石重量的30
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉华，耿志邦，沈孟男，毛林强，
申请(专利权)人：江苏传亚环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：