【技术实现步骤摘要】
本申请涉及充填材料领域，更具体地说，它涉及一种急倾斜煤层采空区的充填材料及其制备方法。
技术介绍
1、急倾斜煤层是指地下开采时煤层倾角大于45°的煤层，急倾斜煤层采区高度一般为80-200m，双翼采区走向长度一般为400-600m。急倾斜煤层多为不稳定的复杂煤层，地质构造较复杂，常给开采工作带来极大的困难。例如，由于煤层倾角大，急倾斜煤层顶板压力垂直作用于支架或煤柱上的分力比缓倾斜的要小，而沿倾斜作用的分力较大，支架支持能力较小，必须充分考虑支架的稳定性；破落下来的煤岩会自动下滑，虽然有利于工作面内煤炭的运输和矸石的自重填充，但煤岩块的自动滚落容易伤人和冲倒支架，对作业安全不利。
2、在对急倾斜煤层开采后，需要对其采空区进行填充。目前，常用的充填材料是水泥砂浆，这种水泥砂浆的结实率较低，在凝固后的沉降量大；且，水泥砂浆的流动度不易控制，不能满足填充后对接顶率的要求。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本申请提供一种急倾斜煤层采空区的充填材料及其制备方法。
2、本申请采用如下的技术方案：
3、第一方面，本申请提供一种急倾煤层采空区的充填材料，其通过将浆料复合物与泡沫原浆混合搅拌形成；
4、浆料复合物按重量份数计包括：
5、水泥100-200份、粒化高炉矿渣80-120份、电石渣70-80份、活性硅铝物质50-60份、减水剂4-8份、水150-200份；
6、泡沫原浆通过将2.5-4重量份的发泡剂与100-1
7、在本技术方案中，采用不同原料形成的浆料复合物与泡沫原浆混合搅拌，形成一种泡沫轻质材料，这种泡沫轻质材料具有如下特性：自流平、自密实、强度和流动度可调节，是一种很好的空洞充填材料。材料初始呈流态，通过自身流动能够将急倾煤层采空区的空洞裂隙充填满，凝结后成固态，具有很好的抗压强度，能够满足强度、结实率以及填充率的指标要求。
8、其中，活性硅铝物质中所含的氧化硅、氧化铝物质可与电石渣中的氢氧化钙发生火山灰反应，生成具有凝胶性的硅酸钙、铝酸钙和硅铝酸钙物质，从而使反应体系转化成具有一定强度的凝胶块，以增强充填材料的强度。粒化高炉矿渣具有与水泥相似的水化特性，在该复合浆料中加入粒化高炉矿渣，一方面可以减少水泥的用量，从而减少资源浪费；另一方面，但由于粒化高炉矿渣的自水化过程缓慢且高度依赖粒化高炉矿渣的材料特性，通常需要一些碱性氢氧化物、可溶性硅酸盐或硫酸盐使其加速水化，本申请通过加入电石渣(含有碱性氢氧化物)和活性硅铝物质(与电石渣生成可溶性的硅酸钙、铝酸钙等)，进一步加速粒化高炉矿渣的水化。与此同时，加入减水剂能够加强水泥和粒化高炉矿渣的分散程度，改善浆料复合物的流动性，且减少单位用水量，以进一步提升充填材料凝结成固态后的结实率和填充率。
9、进一步地，上述活性硅铝物质包括粉煤灰和/或偏高岭土。优选地，上述活性硅铝物质为粉煤灰和偏高岭土按照质量比1:0.2-0.4混合所得。
10、粉煤灰和偏高岭土中均含有丰富的氧化硅、氧化铝物质，可与电石渣反应，促进粒化高炉矿渣的自水化反应，以进一步的增强凝胶体系的强度。当选用粉煤灰和偏高岭土按照质量比1:0.2-0.4混合所得的复合物作为活性硅铝物质时，所得到的充填材料的强度最佳，粉煤灰和偏高岭土的质量比更为优选的为1:0.3。
11、进一步地，上述发泡剂为松香树脂与十二烷基硫酸钠按质量比1：4-8混合所得。
12、发泡剂为泡沫原浆的形成原料，当发泡剂为松香树脂与十二烷基硫酸钠(质量比为1：4-8，优选为1:5-7)形成的复合发泡剂时，发泡效果佳。将该复合发泡剂与一定比例的水混合稀释后，形成发泡液，再通过高压空气法通入压缩空气，进行一定发泡倍率的发泡，形成密度为70-80g/l的泡沫原浆，进一步与浆料复合物混合，形成强度、结实率和充填率均满足要求的空调充填材料。
13、进一步地，上述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂或萘系高效减水剂。
14、采用聚羧酸系高性能减水剂或萘系高效减水剂，能够更好地加强水泥和粒化高炉矿渣的分散程度，改善浆料复合物的流动性。
15、进一步地，上述充填材料还包括2-5重量份的环氧树脂和2-3份的异氰酸酯。优选地，上述异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯和/或二苯基甲烷二异氰酸酯。
16、在该充填材料中加入环氧树脂和异氰酸酯，异氰酸酯与水可反应生成胺类物质，环氧树脂在胺类物质的作用下固化，吸附在水泥和粒化高炉矿渣表面，以进一步增加该充填材料的防水性能和抗压强度，从而减少该充填材料因早期养护不善、保水措施不够导致的内部水分蒸发过快，泡沫破损率高，导致体积收缩、开裂影响空洞填充的稳定性。
17、第二方面，本申请还提供一种根据上述急倾煤层采空区的充填材料的制备方法，其包括：
18、将水泥、粒化高炉矿渣、电石渣、活性硅铝物质和减水剂按照重量份数混合，搅拌均匀后，加水形成浆料复合物；
19、将发泡剂与水混合后，采用高压空气法发泡，获得密度为70-80g/l的泡沫原浆；
20、将泡沫原浆倒入至浆料复合物中，搅拌后，得到充填材料。
21、进一步地，上述采用高压空气法发泡时，阀体的压力为0.5-0.7mpa。
22、进一步地，上述在将泡沫原浆倒入至浆料复合物中进行搅拌的参数：搅拌转速为200-400rpm，搅拌时间为20-30min。
23、综上所述，本申请具有以下有益效果：
24、本申请提供的这种急倾煤层采空区的充填材料，采用不同原料形成的浆料复合物与泡沫原浆混合搅拌，形成一种泡沫轻质材料。这种泡沫轻质材料具有如下特性：自流平、自密实、强度和流动度可调节，是一种很好的空洞充填材料。这种充填材料初始呈流态，通过自身流动能够将急倾煤层采空区的空洞裂隙充填满，凝结后成固态，具有很好的抗压强度，能够满足强度、结实率以及填充率的指标要求。且极大的节省了水泥的用量，起到降本增效的作用。
25、其中，活性硅铝物质中所含的氧化硅、氧化铝物质可与电石渣中的氢氧化钙发生火山灰反应，生成具有凝胶性的硅酸钙、铝酸钙和硅铝酸钙物质，从而使反应体系转化成具有一定强度的凝胶块，以增强充填材料的强度。粒化高炉矿渣具有与水泥相似的水化特性，但由于其自水化过程缓慢且高度依赖粒化高炉矿渣的材料特性，本申请通过加入电石渣和活性硅铝物质，进一步加速粒化高炉矿渣的水化。与此同时，加入减水剂能够加强水泥和粒化高炉矿渣的分散程度，改善浆料复合物的流动性。
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1.一种急倾煤层采空区的充填材料，其特征在于，其通过将浆料复合物与泡沫原浆混合搅拌形成；
2.根据权利要求1所述的急倾煤层采空区的充填材料，其特征在于，所述活性硅铝物质包括粉煤灰和/或偏高岭土。
3.根据权利要求2所述的急倾煤层采空区的充填材料，其特征在于，所述活性硅铝物质为粉煤灰和偏高岭土按照质量比1:0.2-0.4混合所得。
4.根据权利要求1所述的急倾煤层采空区的充填材料，其特征在于，所述发泡剂为松香树脂与十二烷基硫酸钠按质量比1：4-8混合所得。
5.根据权利要求1所述的急倾煤层采空区的充填材料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂或萘系高效减水剂。
6.根据权利要求1所述的急倾煤层采空区的充填材料，其特征在于，所述充填材料还包括2-5重量份的环氧树脂和2-3份的异氰酸酯。
7.根据权利要求6所述的急倾煤层采空区的充填材料，其特征在于，所述异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯和/或二苯基甲烷二异氰酸酯。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的急倾煤层采空区的充填材料的制备方法，其特征在于，其
9.根据权利要求8所述的急倾煤层采空区的充填材料的制备方法，其特征在于，采用所述高压空气法发泡时，阀体的压力为0.5-0.7Mpa。
10.根据权利要求8所述的急倾煤层采空区的充填材料的制备方法，其特征在于，在将所述泡沫原浆倒入至所述浆料复合物中进行搅拌的参数：搅拌转速为200-400rpm，搅拌时间为20-30min。
...【技术特征摘要】
1.一种急倾煤层采空区的充填材料，其特征在于，其通过将浆料复合物与泡沫原浆混合搅拌形成；
2.根据权利要求1所述的急倾煤层采空区的充填材料，其特征在于，所述活性硅铝物质包括粉煤灰和/或偏高岭土。
3.根据权利要求2所述的急倾煤层采空区的充填材料，其特征在于，所述活性硅铝物质为粉煤灰和偏高岭土按照质量比1:0.2-0.4混合所得。
4.根据权利要求1所述的急倾煤层采空区的充填材料，其特征在于，所述发泡剂为松香树脂与十二烷基硫酸钠按质量比1：4-8混合所得。
5.根据权利要求1所述的急倾煤层采空区的充填材料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂或萘系高效减水剂。
6.根据权利要求1所述的急倾煤层采空区的...
【专利技术属性】
技术研发人员：王学海，韩文抢，王熙辰，陈楠，鹿波，王南南，郭明强，闫龙方，郑洁，段双，
申请(专利权)人：中交一公局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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