专利名称：主动施压高膨胀型膏体充填材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种膏体充填材料，尤其是用于矿井的膨胀型膏体充填材料，属于建筑物、水体、铁路下(简称“三下”)采矿技术领域。
背景技术：
我国有丰富的矿产资源，储量居世界前列。在矿藏上方有数量众多的建筑物、水体和铁路、高级公路，各矿区都不同程度地存在“三下”压矿产资源的问题。长期以来，我国矿山“三下”采矿方法主要采用村庄(城镇)搬迁、条带、房柱开采和充填开采这几种方法。对于充填开采来说，根据选用材料的不同主要分为两种方式非膨胀性充填开采和膨胀性充填开采。非膨胀性充填一般所用充填材料主要为煤矸石、尾矿、河砂、劣质土、建筑垃圾、粉煤灰、高炉炉渣、赤泥等固体废弃物，所用充填方式主要有干式充填、水力充填和 胶结充填三种，其主要不足之处表现为充填料接顶困难，难以达到控制地表沉陷的目的。与本发明有关的技术是膨胀性充填材料。目前膨胀性充填材料主要由高水材料、赤泥和尾砂组成，如中国专利申请号201010300671.1公开了一种“高水膨胀充填材料”，它是由粉煤灰、膨胀剂、延缓剂、速凝剂、固化剂和水组成的料浆；其固液比为1:1. 2 1. 5，比重为1.35，膨胀率为10 30%。其不足是充填方式是自流充填，不适合于泵送，需要大量的水，充填强度低，充填材料易风化，高温性能差，不适于在开放、高温、干燥的环境下使用。中国专利申请号201010615171. 7公开了一种“尾矿基流体膨胀充填材料”，该材料由A、B两种组分构成，A组分由尾矿、粉煤灰、固化剂和水组成，B组分为膨胀剂，充填时，将A组分与B组分混合。本充填材料膨胀率可达10 % 30 %，能够主动施压接顶充填采空区，从而有效控制地表，使地表无扰动。其不足是充填方式是自流充填，不适合于泵送，充填材料制备需要大量的水，增加排水成本，充填强度低。中国专利申请号201010615079. 0，公开了一种赤泥基流体膨胀充填材料，该材料由A、B两种组分构成，A组分由下列赤泥、煤灰、固化剂和水组成，B组分为膨胀剂，充填时，将A组分与B组分混合。本充填材料膨胀率可达10 % 30 %，能够主动施压接顶充填采空区。其不足是充填方式是自流充填，不适合于泵送充填，充填材料制备需要大量的水，增加排水成本，充填强度低。
发明内容
为了克服现有膨胀型充填材料充填时需水量大、需要专设排水巷道、充填强度低，不适合泵送充填的技术缺陷，本发明提供一种膨胀充填效果好、能够解决采空区充填主动接顶问题、需水量少、适合泵送充填的膨胀型膏体充填材料。为达到上述目的，本发明的膏体充填材料原料配比如下半水石膏240 300kg/m3
粉煤灰45 IOOkgZmf
水泥45 150kg/m3
石灰O 50kg/m3
水180 250kg/m3
膨胀剂O. 24 1. 2kg/m3
缓凝剂 O. 24 1. Skg/W 所述的半水石膏优选a型半水石膏、β型半水石膏的一种或一种以上。所述的缓凝剂优选硼砂、柠檬酸、多聚磷酸钠的一种或一种以上。所述的膨胀剂优选铝粉。添加膨胀剂时，可根据所需膨胀率大小的需求调节其添加量，得到膨胀型膏体充填材料的膨胀率在4% 50%。所述的水泥优选硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰娃酸盐水泥和复合娃酸盐水泥的一种或一种以上。使用时，先将半水石膏、粉煤灰、硅酸盐水泥、石灰、水按照配比混合均匀，然后加入膨胀剂和缓凝剂混合均匀，用泵送充填即可。本发明的高膨胀型膏体充填材料优点是，一是由于添加铝粉，使充填材料在凝固成型过程中产生气体而膨胀，经本充填材料充填的墙体能够主动施压接顶充填采空区，会对上覆岩层进行有效的支撑，从而达到控制地面沉降的目的。二是本发明的充填材料为膏状，固液比为(2. 2 3.3) :1，用水量少，特别适宜于缺水矿区；三是经检验本发明膨胀率可达4% 50%，初凝时间为17min 6h22min，终凝时间为30min 8h,膨胀开始时间为20min lh35min,终止膨胀时间为lh20min 2h30min, Id 的抗压强度为 O. 5MPa 4MPa，28d 强度为 2MPa 6. 5Mpa。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步说明实施例一1、原料α型半水石膏300kg、粉煤灰100kg、娃酸盐水泥45kg、石灰45kg、水180kg、膨胀剂铝粉O. 24kg、缓凝剂柠檬酸O. 24Kg。2、制法将α型半水石膏、粉煤灰、硅酸盐水泥、石灰、水按照配比混合均匀，将铝粉和柠檬酸均匀加入即可。按照上述组分制得的一种膨胀型膏体充填材料的膨胀率为4. 5%，充填材料在2h47min初凝,3h37min终凝,膨胀开始时间为IhlOmin,终止膨胀时间为2h05min, Id的抗压强度为1. 5MPa，28d强度为5. 89MPa，能够主动施压接顶充填采空区，对上覆岩层进行有效的支撑，从而达到控制地面沉降的目的，特别适合缺水矿区的充填开采。
实施例二原料α型半水石膏240kg、粉煤灰100kg、娃酸盐水泥105kg、石灰45kg、水200kg、膨胀剂铝粉O. 48kg、缓凝剂柠檬酸O. 24Kg。制备方法同实施例一。按照上述组分制得的一种膨胀型膏体充填材料的膨胀率为8. 3%，充填材料在2h47min初凝,3h37min终凝,膨胀开始时间为lh05min,终止膨胀时间为2h05min, Id的抗压强度为1. 02MPa, 28d强度为3. 68MPa，能够主动施压接顶充填采空区，对上覆岩层进行有效的支撑，从而达到控制地面沉降的目的，特别适合缺水矿区的充填开采。·
实施例三原料α型半水石膏300kg、粉煤灰45kg、娃酸盐水泥90kg、石灰45kg、水180kg、膨胀剂铝粉O. 96kg、缓凝剂硼砂1. 2Kg。制备方法同实施例一。按照上述组分制得的一种膨胀型膏体充填材料的膨胀率为17. 5%，充填材料在54min初凝,2h32min终凝,膨胀开始时间为35min,终止膨胀时间为lhl5min, Id的抗压强度为2. 79MPa，28d强度为3. 03MPa，能够主动施压接顶充填采空区，对上覆岩层进行有效的支撑，从而达到控制地面沉降的目的，特别适合缺水矿区的充填开采。实施例四原料α型半水石膏260kg、粉煤灰100kg、娃酸盐水泥85kg、石灰45kg、水180kg、膨胀剂铝粉O. 24kg、缓凝剂硼砂1. 2Kg。制备方法同实施例一。按照上述组分制得的一种膨胀型膏体充填材料的膨胀率为4%，充填材料在54min初凝，2h32min终凝,膨胀开始时间为35min,终止膨胀时间为lhl5min, Id的抗压强度为5. 7MPa，28d强度为6. 5MPa，能够主动施压接顶充填采空区，对上覆岩层进行有效的支撑，从而达到控制地面沉降的目的，特别适合缺水矿区的充填开采。实施例五原料β型半水石膏300kg、粉煤灰100kg、硅酸盐水泥45kg、石灰45kg、水180kg、膨胀剂铝粉O. 98kg、缓凝剂硼砂O. 36kg。制备方法同实施例一。按照上述组分制得的一种膨胀型膏体充填材料的膨胀率为23. 30%，充填材料在2h31min初凝，2h21min终凝，膨胀开始时间为Ih 35min，终止膨胀时间为2h，Id的抗压强度为1. lMPa，28d强度为2. 38MPa，能够主动施压接顶充填采空区，对上覆岩层进行有效的支撑，从而达到控制地面沉降的目的，特别适合缺水矿区的充填开采。实施例6原料β型半水石膏300kg、粉煤灰100kg、硅酸盐水泥90kg、水180kg、膨胀剂铝粉O. 6kg、缓凝剂多聚磷酸钠O. 24kg。制备方法同实施例一。按照上述组分制得的一种膨胀型膏体充填材料的膨胀率为30%，充填材料在3h27min初凝，4h21min终凝,膨胀开始时间为Ih 25min,终止膨胀时间为2hl2min, Id的抗压强度为O. 53MPa，最终强度为2. 03MPa,能够主动施压接顶充填采空区，对上覆岩层进行有效的支撑，从而达到控制地面沉降的目的，特别适合缺水矿区的充填开采。实施例7原料α型半水石膏300kg、粉煤灰100kg、硅酸盐水泥90kg、水180kg、膨胀剂铝粉1. 2kg、缓凝剂多聚磷酸钠O. 24kg。制备方法同实施例一。按照上述组分制得的一种膨胀型膏体充填材料的膨胀率为50%，充填材料在3h12min初凝，4h09min终凝,膨胀开始时间为Ih 35min,终止膨胀时间为2h22min, Id的抗压强度为O. 63MPa，最终强度为2. 33MPa，能够主动施压接顶充填采空区，对上覆岩层进行有效的支撑，从而达到控制地面沉降的目的，特别适合缺水矿区的充填开采。实施例8原料α型半水石膏300kg、粉煤灰90kg、硅酸盐水泥150kg、水250kg、膨胀剂铝粉O. 85kg、缓凝剂多聚磷酸钠1. 5kg。制备方法同实施例一。按照上述组分制得的一种膨胀型膏体充填材料的膨胀率为45%，充填材料在6h22min初凝，8h终凝，膨胀开始时间为Ih 30min，终止膨胀时间为2h30min，Id的抗压强度为 O. 5MPa，最终强度为2. 12MPa，能够主动施压接顶充填采空区，对上覆岩层进行有效的支撑，从而达到控制地面沉降的目的，特别适合缺水矿区的充填开采。
权利要求
1.一种主动施压高膨胀型膏体充填材料，其特征在于，配比如下 半水石膏 240 300kg/m3 粉煤灰45 100kg/m3 水泥45 150kg/m3 石灰0 50kg/m3 水180 250kg/m3 膨胀剂0. 24 1. 2kg/m3 缓凝剂 0. 24 1. 5kg/m3 0
2.如权利要求1所述的主动施压高膨胀型膏体充填材料，其特征在于，所述的半水石膏为a型半水石膏和/或P型半水石膏。
3.如权利要求1所述的主动施压高膨胀型膏体充填材料，其特征在于，所述的缓凝剂为硼砂、柠檬酸、多聚磷酸钠中的一种或一种以上。
4.如权利要求1所述的主动施压高膨胀型膏体充填材料，其特征在于，所述的膨胀剂为铝粉。
5.如权利要求1所述的主动施压高膨胀型膏体充填材料，其特征在于，所述的水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合娃酸盐水泥中的一种或一种以上。
6.如权利要求1-5任一所述的主动施压高膨胀型膏体充填材料的使用方法，其特征在于，使用时，先将半水石膏、粉煤灰、硅酸盐水泥、石灰和水按照配比混合均匀，然后加入膨胀剂和缓凝剂混合均匀，用泵送充填即可。
全文摘要
本发明公开了一种主动施压高膨胀型膏体充填材料，它是由半水石膏、粉煤灰、水泥、石灰、水、膨胀剂和缓凝剂混合均匀而成，用泵送充填即可。本发明充填材料在凝固成型过程中产生气体而膨胀，经本充填材料充填的墙体能够主动施压接顶充填采空区，会对上覆岩层进行有效的支撑，从而达到控制地面沉降的目的。充填材料为膏状，固液比为(2.2～3.3):1，用水量少，特别适宜于缺水矿区。
文档编号E21F15/00GK103011742SQ20121051786
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月5日 优先权日2012年12月5日
发明者展晓元, 王敏, 石永奎, 陈连军, 王洪彪 申请人:山东科技大学