一种石膏基矿井充填材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种石膏基矿井充填材料及其制备方法和应用，石膏基矿井充填材料主要包含如下重量份的原料：脱硫建筑石膏60～80重量份，水泥5～15重量份，煤矸石10～20重量份，粉煤灰0～10重量份，气化渣0～5重量份。本发明专利技术还提供了石膏基矿井充填材料的制备方法，包括：将脱硫建筑石膏、水泥、煤矸石、缓凝剂、任选的粉煤灰和任选的气化渣混合得到固体母料；将固体母料与水混合，固体母料与水的固液比为0.20～0.24，搅拌均匀制得石膏基矿井充填材料。本发明专利技术提供的石膏基矿井充填材料凝结时间短，早期力学强度高，后期抗压强度高，成本低。成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种石膏基矿井充填材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及矿井充填
，具体涉及石膏基矿井充填材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前，现在煤矿的充填技术，主要有：(1)煤矸石直接充填采空区，主要方法有机械充填、风力充填以及水力充填三种。机械充填采空区，由于效果差及成本高，所以一般情况下不使用。水力充填是应用水力的输送方式，将煤矸石、碎石、炉渣或者其他固体垃圾混合后，加入一定量的水进行搅拌，搅拌成料浆后，利用泵通过管道输送到井下采空区，这些充填材料经过脱水、干燥后，就可以均匀紧密的结合在一起，再利用抽水泵将排出来的水抽到地面上，循环使用。水力充填可以阻止空气和水进入充填层，从而减少了煤矸石发生自燃的可能性，安全性更高；(2)矿井胶结充填，矿井胶结充填，是将粉煤灰(渣)、煤矸石、脱硫建筑石膏等充填物料通过地面运输系统、固体回填物料垂直投料输送系统、井下运输系统运输至机械化采煤工作面后部的回填系统对采空区进行回填，凝固后支撑顶板，从而置换煤柱的技术。主要的胶凝材料是水泥，因而要想最终强度高，水泥的用量偏大，成本较高；(3)膏体充填技术，由煤矸石，粉煤灰和一小部分粘合剂和水组成。由于膏体回填技术的显着优点，如回收率高，效率高，操作简便，环保，浆料稳定性好，无偏析，无沉淀，无脱水，易于长途运输，是21世纪绿色采矿技术的重要发展方向。采用充填泵或重力加压，通过管道适时输送到井下采空区。在采空区形成膏体充填体，有效控制地表沉陷；(4)超高水材料充填，超高水材料主要由A和B两种物料组成。A料主要以铝土矿等矿物质烧制，并与超缓凝分散剂混合，B料由石膏等矿物质与复合速凝剂构成。A和B料分别加水制成A浆液和B浆液，将2种浆液混合，形成的浆体即可在一定时间内胶结、凝聚，达到设计强度，实现采空区充填。
[0003]现有的煤矿充填技术存在的主要问题：充填材料充填效率低，强度低(最终抗压强度可调节的范围是：0.7MPa～1.5MPa)、凝结速度慢(大多数材料的固化时间大约24h以上；超高水材料凝结时间为480s～5400s)、材料成本高(160元/立方)。
[0004]因此，目前亟需提供一种新型的超高强低成本的矿井充填材料。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术中的不足，本专利技术采用以脱硫建筑石膏、粉煤灰、气化渣、煤矸石等固体废弃物为原料，提供了一种凝结时间短，早期力学强度高，后期抗压强度高，成本低的石膏基矿井充填材料。
[0006]为了实现本专利技术目的，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0007]本专利技术第一方面提供了一种石膏基矿井充填材料，所述石膏基矿井充填材料主要包含如下重量份的原料：
[0008][0009]在一些优选的实施方式中，脱硫建筑石膏65～75重量份，水泥8～13重量份，煤矸石12～15重量份，粉煤灰5～8重量份，气化渣2～4重量份。
[0010]在本专利技术提供一些具体实施方式中，石膏基矿井充填材料的原料中还包含缓凝剂，所述缓凝剂的用量是所述石膏基矿井充填材料的原料总量的0.03～0.06％，在一些优选的实施方式中，所述缓凝剂选自动物蛋白类缓凝剂，在一些具体的实施方式中，缓凝剂可选用购自龙湖科技公司的，牌号为XCP、P或PE。
[0011]本专利技术的研究人员发现，采用具有高含量的β
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半水石膏的脱硫建筑石膏与水泥、煤矸石、粉煤灰和气化渣混合，能够大大地缩短充填材料的凝结时间，提升早期强度高，并且保证较高的后期强度。在一些具体的实施方式中，以所述脱硫建筑石膏的重量计，所述脱硫建筑石膏中包含有85～90wt％的β
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半水石膏、0～1wt％的Ⅲ型无水石膏和0～5wt％的二水石膏。在本专利技术中，脱硫建筑石膏可以由脱硫石膏经煅烧加工而成，具体地，可以通过将脱硫石膏在120～160℃下煅烧4～6h得到具有上述组成的脱硫建筑石膏；更具体地，可以选自国神集团鸳鸯湖电厂生产的脱硫石膏。
[0012]在一些具体的实施方式中，所述水泥选自普通硅酸盐水泥；优选标号为P.O.42.5及以上的普通硅酸盐水泥。在一些具体的实施方式中，采用的煤矸石的粒径小于2cm。
[0013]本专利技术第二方面提供了一种上述石膏基矿井充填材料的制备方法，所述制备方法包括：
[0014]将脱硫建筑石膏、水泥、煤矸石、缓凝剂、任选的粉煤灰和任选的气化渣混合得到固体母料；
[0015]将所述固体母料与水混合，所述固体母料与水的固液比为0.20～0.24，搅拌均匀制得石膏基矿井充填材料。
[0016]其中，制备过程中脱硫建筑石膏、水泥、煤矸石、缓凝剂、粉煤灰和气化渣的用量满足上述原料的限定范围。
[0017]本专利技术第三方面提供了一种上述石膏基矿井充填材料或者采用上述制备方法制得的石膏基矿井充填材料的应用，例如，所述石膏基矿井充填材料在矿井开采充填或者矿井水火区隔离和封堵中的应用。
[0018]在一些具体的应用实施方式中，所述石膏基矿井充填材料的凝结时间为5～60min，优选为10～40min。
[0019]在一些具体的实施方式中，所述石膏基矿井充填材料终凝2h后，抗压强度≥4.0MPa；28d抗压强度≥8MPa。
[0020]采用上述的技术方案，具有如下的技术效果：
[0021]本专利技术提供的石膏基矿井充填材料以脱硫建筑石膏、粉煤灰、气化渣、煤矸石等固
体废弃物为原料，固废利用率>90％，成本低；本专利技术提供的石膏基矿井充填材料凝结时间短，早期力学强度高，后期抗压强度高。
具体实施方式
[0022]为了便于理解本专利技术，下面将结合实施例对本专利技术作进一步的说明。应当理解，下述实施例仅是为了更好的理解本专利技术，并不意味着本专利技术仅局限于以下实施例。
[0023]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本专利技术所属
的技术人员通常理解的含义相同。
[0024]实施例中未注明具体实验步骤或条件之处，可按照本
中相应的常规实验步骤的操作或条件进行即可。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
[0025]本专利技术以下实施例和对比例中所采用的原料来源：
[0026]脱硫建筑石膏：选自国神集团鸳鸯湖电厂生产的脱硫石膏，并经过在120～160℃下煅烧4～6h后得到；
[0027]水泥：标号为P.O.42.5的普通硅酸盐水泥；
[0028]煤矸石：粒径为1cm；
[0029]气化渣：煤制油化工公司生产得到；
[0030]粉煤灰：由国神集团鸳鸯湖电厂生产得到的粉煤灰；
[0031]缓凝剂：购自龙湖科技公司，牌号为XCP。
[0032]以下各实施例和对比例中，脱硫建筑石膏的具体组成由石膏三相分析仪分析测定。
[0033]实施例1
[0034](1)将60重量份脱硫建筑石膏(β
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半水石膏的含量为87.21wt％，二水石膏的含量为3.89wt％)、15重量份水泥本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石膏基矿井充填材料，其特征在于，所述石膏基矿井充填材料主要包含如下重量份的原料：2.根据权利要求1所述的石膏基矿井充填材料，其特征在于，所述石膏基矿井充填材料主要包含如下重量份的原料：3.根据权利要求1或2所述的石膏基矿井充填材料，其特征在于，所述石膏基矿井充填材料的原料还包含缓凝剂，所述缓凝剂的用量占所述原料的总量的0.03～0.06％；所述缓凝剂优选自动物蛋白类缓凝剂。4.根据权利要求3所述的石膏基矿井充填材料，其特征在于，以所述脱硫建筑石膏的重量计，所述脱硫建筑石膏中包含有85～90wt％的β
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半水石膏、0～1wt％的Ⅲ型无水石膏和0～5wt％的二水石膏。5.根据权利要求4所述的石膏基矿井充填材料，其特征在于，所述水泥选自普通硅酸盐水泥；优选标号为P.O.42.5及以上的普通硅酸盐水泥。6.根据权利要求1～5中任一项所述的石膏基矿井充填材料，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王霞，左然芳，张栋，董阳，梁文斌，巩思宇，
申请(专利权)人：北京低碳清洁能源研究院，
类型：发明
国别省市：