一种矸石快速高效胶结的高孔隙充填材料及制备方法技术

本发明专利技术涉及煤矿充填开采领域，特别涉及矸石快速高效胶结的高孔隙充填材料及制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种矸石快速高效胶结的高孔隙充填材料及制备方法


[0001]本专利技术涉及煤矿充填开采领域，特别涉及一种矸石快速高效胶结的高孔隙充填材料及制备方法
。

技术介绍

[0002]随着煤炭资源需求的不断增加，煤炭开采的重心不断向西部及地层深部转移，在复杂地质条件下对充填开采技术提出了更高的要求
。
充填开采技术可以分为三大类，一是综合机械化固体
/
膏体充填技术，是指在综合机械化采煤系统的基础上，新增一套固体
/
膏体充填系统，实现采煤与充填平行作业；二是长壁逐巷胶结充填技术，是指利用长壁采煤法的生产系统，用掘锚一体机破煤，胶结充填材料充填联络巷的充填开采技术；三是嗣后空间矸石注浆充填技术，通过将矸石制成料浆注入采后覆岩形成的全部孔隙空间，实现采充分离
、
规模化处理矸石的目标
。
以上三类充填开采技术都在不同矿井地质条件下取得了较好发展，但同时也面临着三大技术瓶颈：
[0003]1.
充填作业干扰正常生产，影响出煤量，从而影响煤炭生产效益
。
以综合机械化固体
/
膏体充填技术为例，固体充填材料的夯实和膏体充填材料的凝固都影响着液压支架的移架等工作面正常工序；
[0004]2.
为了达到更好的岩层控制效果，充填材料需求量约为煤炭采出量的
1.3
倍，尤其对于千万吨矿井，大规模充填开采所需矸石量严重不足；
[0005]3.
充填设备昂贵/>、
工程成本高，实施充填作业需要额外购置充填配套设备
、
建设地面
/
井下注浆充填站等，投资巨大
。

技术实现思路

[0006]技术问题：提供一种框架式承载充填材料及其制备方法，以同步实现矸石快速高效胶结与高孔隙度
、
低密度和高强度
。
[0007]技术方案：
[0008]一方面，提供一种矸石快速高效胶结的高孔隙充填材料的制备方法
。
该方法包括以下步骤：
[0009](1)
根据高孔隙充填材料的目标孔隙度，在模具的底部铺设一层一定粒径级配的煤矸石，通过加压喷头向铺设好的煤矸石层中喷淋快速粘凝胶结材料，以使快速粘凝胶结材料在煤矸石层的表面均匀分布；
[0010](2)
在喷淋快速粘凝胶结材料后的煤矸石层的上方继续铺设一层煤矸石，并重复前述步骤，以逐层铺设煤矸石
、
逐层喷淋快速粘凝胶结材料，直至煤矸石层达到模具的顶部后，盖上模具的上封盖；
[0011](3)
通过上封盖上的注浆孔向模具中静压灌注快速粘凝胶结材料，直至模具的底部出现快速粘凝胶结材料后停止灌注；
[0012](4)
静置
0.5h
后，得到高孔隙充填材料；
[0013](5)
测试所述高孔隙充填材料的孔隙率和单轴抗压强度；
[0014](6)
通过改变步骤
(1)
中的煤矸石的粒径级配，以改变高孔隙充填材料的目标孔隙度，重复步骤
(2)
至
(5)
，建立高孔隙充填材料的孔隙度与单轴抗压强度之间的预测模型；
[0015](7)
根据步骤
(6)
，筛选出孔隙度不低于
20
％且单轴抗压强度不低于
0.14MPa
的高孔隙充填材料所对应的煤矸石的粒径级配；
[0016]其中，所述快速粘凝胶结材料的塌落度为
150
～
200mm、
初凝时间小于
10min、
终凝时间小于
4h。
[0017]在一些实施例中，所述快速粘凝胶结材料，按照质量份数，包括如下组分：粉煤灰
140
～
160
份
、
矿渣粉
80
～
120
份
、
水泥8～
15
份
、
水泥早强激发剂
0.8
～
1.2
份
、
速凝剂2～4份和水
50
～
70
份
。
[0018]在一些实施例中，所述快速粘凝胶结材料，按照质量份数，包括如下组分：粉煤灰
150
份
、
矿渣粉
100
份
、
水泥
10
份
、
水泥早强激发剂1份
、
速凝剂3份和水
66
份
。
[0019]在一些实施例中，孔隙度不低于
20
％且单轴抗压强度不低于
0.2MPa
的高孔隙充填材料所对应的煤矸石的粒径级配为0～
20mm。
[0020]在一些实施例中，孔隙度不低于
30
％且单轴抗压强度不低于
0.19MPa
的高孔隙充填材料所对应的煤矸石的粒径级配为0～
10mm。
[0021]在一些实施例中，孔隙度不低于
40
％且单轴抗压强度不低于
0.14MPa
的高孔隙充填材料所对应的煤矸石的粒径级配为0～
5mm。
[0022]在一些实施例中，模具是透明的
。
[0023]在一些实施例中，模具为内径为
50mm、
高为
100mm
的中空圆柱体；模具的底部设有多个排浆孔
。
[0024]在一些实施例中，注浆孔和排浆孔的直径为
5mm。
[0025]在一些实施例中，排浆孔的数量为9个，排浆孔在模具的底部均匀分布
。
[0026]另一方面，提供前述的制备方法制得的矸石快速高效胶结的高孔隙充填材料
。
该快速粘凝胶结材料呈絮团状附着在煤矸石的表面，在煤矸石的各颗粒之间的关键接触点之间通过快速粘凝胶结材料进行黏结，煤矸石与快速粘凝胶结材料之间层层相接，以形成孔隙度不低于
20
％且单轴抗压强度不低于
0.14MPa
的高孔隙充填材料
。
[0027]有益效果：
[0028]1、
本专利技术提供了一种框架式承载充填材料
——
矸石快速高效胶结的高孔隙充填材料，通过快速粘凝胶结材料使煤矸石间通过关键点位进行快速粘结，能够同步实现了矸石快速高效胶结与高孔隙度
(
不低于
20
％
)、
低密度和高强度
(
单轴抗压强度不低于
0.2MPa)
，有利于实现充填工作面安全高效开采
。
[0029]2、
本专利技术采用塌落度为
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种矸石快速高效胶结的高孔隙充填材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)
根据高孔隙充填材料的目标孔隙度，在模具的底部铺设一层一定粒径级配的煤矸石，通过加压喷头向铺设好的煤矸石层中喷淋快速粘凝胶结材料，以使快速粘凝胶结材料在煤矸石层的表面均匀分布；
(2)
在喷淋快速粘凝胶结材料后的煤矸石层的上方继续铺设一层煤矸石，并重复前述步骤，以逐层铺设煤矸石
、
逐层喷淋快速粘凝胶结材料，直至煤矸石层达到模具的顶部后，盖上模具的上封盖；
(3)
通过上封盖上的注浆孔向模具中静压灌注快速粘凝胶结材料，直至模具的底部出现快速粘凝胶结材料后停止灌注；
(4)
静置
0.5h
后，得到高孔隙充填材料；
(5)
测试所述高孔隙充填材料的孔隙率和单轴抗压强度；
(6)
通过改变步骤
(1)
中的煤矸石的粒径级配，以改变高孔隙充填材料的目标孔隙度，重复步骤
(2)
至
(5)
，建立高孔隙充填材料的孔隙度与单轴抗压强度之间的预测模型；
(7)
根据步骤
(6)
，筛选出孔隙度不低于
20
％且单轴抗压强度不低于
0.14MPa
的高孔隙充填材料所对应的煤矸石的粒径级配；其中，所述快速粘凝胶结材料的塌落度为
150
～
200mm、
初凝时间小于
10min、
终凝时间小于
4h。2.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述快速粘凝胶结材料，按照质量份数，包括如下组分：粉煤灰
140
～
160
份
、
矿渣粉
80
～
120
份
、
水泥8～
15
份
、
水泥早强激发剂
0.8
～
1.2
份
、
速...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢和平，张吉雄，周楠，许健飞，李泽君，王云搏，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：