专利名称：煤矸石处理方法和煤矸石发泡混凝土及巷道回填方法
技术领域：
本发明涉及一种处理和回收利用煤矸石的方法和该方法生产的产品及其用途，具体地说，本发明涉及一种利用煤矸石生产发泡混凝土的方法和采用该方法生产的发泡混凝土以及该发泡混凝土在矿井巷道回填中的应用。
背景技术：
为了开采煤炭，必须在岩体或者矿层中开凿不直通地面的巷道，煤炭开采完毕后， 这些巷道成为采空区；在地下采矿时，为了采矿提升、运输、通风、排水、动力供应等也需要掘进巷道；这些巷道有水平的、竖直的和倾斜的，且形状各异。当某一区域的煤炭开采完毕后，为了确保矿井安全，又必须将已经形成的巷道(包括采空区)予以回填。通常的做法是从地面向矿井内运输各种填充材料，用于巷道回填。由于受到巷道位置、方向、形状以及作业环境等各方面因素的限制，在回填巷道时难以进行夯实作业，使回填后的巷道不密实，会出现沉降现象，存在安全隐患。煤矸石是采煤和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。通常的处理方法是将煤矸石从矿井下提升至地面，再向指定的区域推积排放，久而久之，煤矿形成了许多大大小小的矸石山。矸石山不仅占用大量的土地，而且其中含有硫、磷等几十种元素，对大气、水源、土壤造成污染。这些矸石山的处理问题已经成为困绕煤矿企业的重要问题之一。如前所述，一方面，需要从地面向矿井内运输填充材料用于巷道回填，回填完毕的巷道因不密实而存在安全隐患；另一方面，需要将矿井内的煤矸石运输至地面堆积排放，不仅占用土地，而且污染环境。针对前述问题，曾经有利用煤矸石回填矿井巷道的报道和应用，其回填方法包括直接法和粉碎法。直接法，是将煤矸石直接填充在矿井巷道内；由于煤矸石呈块状，且在巷道回填时无法进行夯实作业，导致填充完毕的巷道存在不密实现象，而且块状的煤矸石难以进入巷道的某些狭窄区域，导致填充不充分，仍然存在极大的安全隐患。粉碎法，是将煤矸石粉碎后填充在巷道内，由于无法进行夯实作业，且填充在巷道内的煤矸石粉无法黏结在一起，导致填充完毕的巷道存在不密实现象，巷道内的煤矸石粉末填充体呈散沙状，容易产生沉降和流失现象，无法实现巷道的完全填充，严重影响填充强度， 存在极大的安全隐患。
发明内容
为了解决煤矸石处理问题和矿井巷道填充问题，本发明提供了一种煤矸石处理方法，利用该方法能够生产具有多种用途的煤矸石发泡混凝土，该煤矸石发泡混凝土能够用于矿井巷道的回填。本发明的煤矸石处理方法，包括如下步骤(1)将煤矸石粉碎，形成煤矸石粉末或者颗粒；(2)在步骤(1)产生的煤矸石粉末或者颗粒中，加入水泥和水，充分搅拌，形成煤矸石混凝土浆料；(3)通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与步骤(2) 产生的煤矸石混凝土浆料均勻混合，形成煤矸石发泡混凝土浆料。本发明的煤矸石处理方 法，在步骤(2)中，各组分的重量百分比为煤矸石粉末或者颗粒20 % —50 %，水泥20 % —50 %，水30 % —60 %。各组分的优选重量百分比为煤矸石粉末或者颗粒30% —50%，水泥20% —35%，水30% —50%。各组分的最佳重量百分比为煤矸石粉末或者颗粒40 %，水泥25 %，水35 %。步骤(3)中的发泡剂是生产普通发泡混凝土所使用的发泡剂(也称作泡沫剂)，比如金属铝粉发泡剂、植物蛋白发泡剂、动物蛋白发泡剂、树脂皂类发泡剂、水解血胶发泡剂、 石油磺酸铝发泡剂等，也可以是它们中两种以上的混合物。所用发泡剂的重量是步骤(2) 产生的煤矸石混凝土浆料重量的1 % -10 %，优选2 % -5 %，如3 %。本发明的煤矸石处理方法，步骤(3)产生的煤矸石发泡混凝土浆料通过发泡系统的喷射口喷出，凝固后即形成煤矸石发泡混凝土。本发明提供一种煤矸石发泡混凝土，该煤矸石发泡混凝土含有煤矸石粉末或者颗粒、水泥、水，在其内部形成有大量的泡沫孔。该煤矸石发泡混凝土采用如下方法制备获得 将煤矸石粉碎形成煤矸石粉末或者颗粒；在煤矸石粉末或者颗粒中加入水泥和水，充分搅拌，形成煤矸石混凝土浆料；通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与煤矸石混凝土浆料均勻混合，得到煤矸石发泡混凝土浆料；煤矸石发泡混凝土浆料凝固后，形成煤矸石发泡混凝土。采用本发明的煤矸石处理方法处理煤矸石可以直接获得本发明的煤矸石发泡混凝土。利用煤矸石发泡混凝土回填巷道的方法，包括如下步骤(1)将煤矸石粉碎，形成煤矸石粉末或者颗粒；(2)在步骤(1)产生的煤矸石粉末或者颗粒中，加入水泥和水，充分搅拌，形成煤矸石混凝土浆料；(3)通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与步骤(2) 产生的煤矸石混凝土浆料均勻混合，形成煤矸石发泡混凝土浆料；(4)将步骤(3)产生的煤矸石发泡混凝土浆料输送到需要回填的巷道内，煤矸石发泡混凝土浆料凝固后即在巷道内形成煤矸石发泡混凝土填充体。在前述回填巷道的方法中，步骤(1)可以在矿井内就近实施。在前述回填巷道的方法中，在步骤(4)中，可以利用混凝土泵将煤矸石发泡混凝土浆料输送到需要回填的巷道内。本发明能够取得如下有益效果(1)提出一种煤矸石的处理和回收利用方法，为煤矿企业提供现有及将来产生的煤矸石的回收利用方法；(2)本发明的煤矸石发泡混凝土能够用于路基、管基、桥基、高填方、巷道以及其他需要填充地段的填充，无需机械夯实作业即可实现完全密实填充；(3)利用煤矸石发泡混凝土回填矿井巷道，无需将煤矸石运送至地面，实现就近处理，降低运送成本，减少煤矸石的堆积排放，减少土地占用，减少污染，无需从地面向矿井内运送巷道填充材料，实现就近取材，降低运送成本，且节约填充材料；(4) 因煤矸石发泡混凝土浆料具有良好的流动性，能够流到矿井巷道的所有区域，尤其是狭窄、口部小而内部大的区域，实现无盲区填充，提高填充的完整性，消除安全隐患；(5)煤矸石发泡混凝土具有自填充和自密实性能，无需进行夯实作业，煤矸石发泡混凝土凝固后，可以在巷道内形成稳定、坚固、密实的填充体，不会出现沉降和流失现象，消除安全隐患；(6)由于煤矸石发泡混凝土具有轻量性，体积密度为300-1500kg/m3，相当于普通混凝土的1/5 1/10左右，减少对巷道地基及周围墙体的压力，提高安全性；(7)煤矸石发泡混凝土具有抗压性，抗压强度在1. 2Mpa以上，回填后的巷道具有良好的抗压性能，提高安全性；此外，还可以通过调节其原料配比改变抗压强度；(8)煤矸石发泡混凝土浆料可泵性好，可进行远距离泵送，可以根据需要泵送至需要填充的巷道内，作业注入能力强，机械化程度高。
具体实施例方式
下面通过实施例，对本发明的煤矸石处理方法、该方法形成的煤矸石发泡混凝土及其采用该煤矸石发泡混凝土回填矿井巷道的方法予以说明。实施例1在矿井内将煤矸石粉碎，形成煤矸石粉末；将煤矸石粉末、水泥、水按照3 4 3 的重量比例混合并搅拌，形成煤矸石混凝土浆料；在发泡机的发泡系统内放入适量的水和发泡剂，其中发泡剂的重量是煤矸石混凝土浆料重量的1 %，通过发泡机的发泡系统采用机械方式充分搅拌发泡，形成泡沫水溶液；将前述煤矸石混凝土浆料与泡沫水溶液均勻混合并搅拌，形成煤矸石发泡混凝土浆料；采用混凝土泵将煤矸石发泡混凝土浆料泵送到需要回填的巷道内，由于煤矸石发泡混凝土浆料具有良好的流动性、自填充和自密实性能，能够流到巷道的每一个角落；待煤矸石发泡混凝土浆料凝固后，即在巷道内形成密实的煤矸石发泡混凝土填充体。实施例2在矿井内将煤矸石粉碎，形成煤矸石颗粒；将煤矸石颗粒、水泥、水按照4 3 3 的重量比例混合并搅拌，形成煤矸石混凝土浆料；在发泡机的发泡系统内放入适量的水和发泡剂，其中发泡剂的重量是煤矸石混凝土浆料重量的2%，通过发泡机的发泡系统采用机械方式充分搅拌发泡，形成泡沫水溶液；将前述煤矸石混凝土浆料与泡沫水溶液均勻混合并搅拌，形成煤矸石发泡混凝土浆料；采用混凝土泵将煤矸石发泡混凝土浆料泵送到需要回填的巷道内，由于煤矸石发泡混凝土浆料具有良好的流动性、自填充和自密实性能，能够流到巷道的每一个角落；煤矸石发泡混凝土浆料凝固后，即在巷道内形成密实的煤矸石发泡混凝土填充体。实施例3在矿井内将煤矸石粉碎，形成煤矸石粉末；将煤矸石粉末、水泥、水按照 40 25 35的重量比例混合并搅拌，形成煤矸石混凝土浆料；在发泡机的发泡系统内放入适量的水和发泡剂，其中发泡剂的重量是煤矸石混凝土浆料重量的3%，通过发泡机的发泡系统采用机械方式充分搅拌发泡，形成泡沫水溶液；将前述煤矸石混凝土浆料与泡沫水溶液均勻混合并搅拌，形成煤矸石发泡混凝土浆料；采用混凝土泵将煤矸石发泡混凝土浆料泵送到需要回填的巷道内，由于煤矸石发泡混凝土浆料具有良好的流动性、自填充和自密实性能，能够流到巷道的每一个角落；待煤矸石发泡混凝土浆料凝固后，即在巷道内形成密实的煤矸石发泡混凝土填充体。
实施例4在矿井内将煤矸石粉碎，形成煤矸石粉末；将煤矸石粉末、水泥、水按照3 3 4 的重量比例混合并搅拌，形成煤矸石混凝土浆料；在发泡机的发泡系统内放入适量的水和发泡剂，其中发泡剂的重量是煤矸石混凝土浆料重量的5%，通过发泡机的发泡系统采用机械方式充分搅拌发泡，形成泡沫水溶液；将前述煤矸石混凝土浆料与泡沫水溶液均勻混合并搅拌，形成煤矸石发泡混凝土浆料；采用混凝土泵将煤矸石发泡混凝土浆料泵送到需要回填的巷道内，由于煤矸石发泡混凝土浆料具有良好的流动性、自填充和自密实性能，能够流到巷道的每一个角落；待煤矸石发泡混凝土浆料凝固后，即在巷道内形成密实的煤矸石发泡混凝土填充体。本发明还可以用其他不违背本发明精神或者主要特征的具体形式来概括。本发明的上述实施方式只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求指出了本发明的技术方案和范围，因此，在与本发明相当的含义和范围内的任何修改，都应当认为包括在权利要求的保护范围以内。
权利要求
1.一种煤矸石处理方法，其特征在于包括如下步骤(1)将煤矸石粉碎，形成煤矸石粉末或者颗粒；(2)在步骤(1)产生的煤矸石粉末或者颗粒中，加入水泥和水，充分搅拌，形成煤矸石混凝土浆料；(3)通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与步骤(2)产生的煤矸石混凝土浆料均勻混合，形成煤矸石发泡混凝土浆料。
2.根据权利要求1所述的煤矸石处理方法，其特征在于步骤(2)中各组分的重量百分比为煤矸石粉末或者颗粒20% —50%，水泥20% —50%，水30% —60%。
3.根据权利要求2所述的煤矸石处理方法，其特征在于步骤(2)中各组分的重量百分比为煤矸石粉末或者颗粒30% —50%，水泥20% —35%，水30% —50%。
4.根据权利要求3所述的煤矸石处理方法，其特征在于步骤(2)中各组分的重量百分比为煤矸石粉末或者颗粒40 %，水泥25 %，水35 %。
5.根据权利要求1、2、3或者4所述的煤矸石处理方法，其特征在于步骤(3)所述的发泡剂是金属铝粉发泡剂、植物蛋白发泡剂、动物蛋白发泡剂、树脂皂类发泡剂、水解血胶发泡剂或者石油磺酸铝发泡剂，或者是其中两种以上的混合物。
6.根据权利要求5所述的煤矸石处理方法，其特征在于步骤(3)所述的发泡剂的用量是步骤(2)产生的煤矸石混凝土浆料重量的—10%。
7.根据权利要求6所述的煤矸石处理方法，其特征在于步骤(3)所述的发泡剂的用量是步骤(2)产生的煤矸石混凝土浆料重量的2% 一5%。
8.根据权利要求7所述的煤矸石处理方法，其特征在于步骤(3)所述的发泡剂的用量是步骤(2)产生的煤矸石混凝土浆料重量的3%。
9.根据权利要求1所述的煤矸石处理方法，其特征在于在步骤(3)之后进一步包括如下步骤使步骤(3)形成的煤矸石发泡混凝土浆料从发泡系统的喷射口喷出，煤矸石发泡混凝土浆料凝固后形成煤矸石发泡混凝土。
10.一种煤矸石发泡混凝土，含有水泥和水，其内部具有大量的泡沫孔，其特征在于含有煤矸石粉末或者颗粒。
11.根据权利要求10所述的煤矸石发泡混凝土，其特征在于采用如下方法制备将煤矸石粉碎形成煤矸石粉末或者颗粒；在煤矸石粉末或者颗粒中加入水泥和水，充分搅拌，形成煤矸石混凝土浆料；通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与煤矸石混凝土浆料均勻混合，得到煤矸石发泡混凝土浆料；煤矸石发泡混凝土浆料凝固后， 形成煤矸石发泡混凝土。
12.一种利用煤矸石发泡混凝土回填巷道的方法，其特征在于包括如下步骤(1)将煤矸石粉碎，形成煤矸石粉末或者颗粒；(2)在步骤(1)产生的煤矸石粉末或者颗粒中，加入水泥和水，充分搅拌，形成煤矸石混凝土浆料；(3)通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与步骤(2)产生的煤矸石混凝土浆料均勻混合，形成煤矸石发泡混凝土浆料；(4)将步骤(3)产生的煤矸石发泡混凝土浆料输送到需要回填的巷道内，煤矸石发泡混凝土浆料凝固后即在巷道内形成煤矸石发泡混凝土填充体。
13.根据权利要求12所述的利用煤矸石发泡混凝土回填巷道的方法，其特征在于步骤 (4)中利用混凝土泵将步骤(3)产生的煤矸石发泡混凝土浆料输送到需要回填的巷道内。
全文摘要
本发明公开了一种煤矸石处理方法、该方法生产的煤矸石发泡混凝土以及利用该发泡混凝土回填矿井巷道的方法。首先将煤矸石粉碎成粉末或者颗粒；然后将煤矸石粉末或者颗粒、水泥、水混合，形成煤矸石混凝土浆料；再将煤矸石混凝土浆料与泡沫混合，形成煤矸石发泡混凝土浆料；最后将煤矸石发泡混凝土浆料输送到需要回填的巷道内，浆料凝固后即在巷道内形成煤矸石发泡混凝土填充体。利用煤矸石发泡混凝土回填巷道，减少煤矸石的堆积排放，实现巷道回填的就近取材，无需机械夯实即可实现巷道的无盲区密实填充，提高矿区安全性。本发明的煤矸石发泡混凝土还能够用于路基、管基、桥基以及高填方等的填充。
文档编号C04B38/02GK102285772SQ20111010629
公开日2011年12月21日 申请日期2011年4月27日 优先权日2011年4月27日
发明者梁彬, 梁林华 申请人:梁彬, 梁林华