本发明属于煤矿充填开采技术领域,具体涉及一种利用废弃玻璃制备煤矿膏体充填材料的方法。
背景技术
我国是世界上为数不多的主要以煤炭为一次能源的国家之一，煤炭作为基础能源对国民经济发展和人类社会进步起着举足轻重的作用。但同时煤矿开采对生态环境造成的危害也与日俱增，主要包括采煤导致的地表塌陷、煤矿废水、煤矸石及矿区生态环境的破坏，其中地表塌陷对环境的影响尤为严重。地表塌陷的主要是因为煤矿采空区没有经过合理的治理所引起。充填采矿技术是利用具有一定强度并且廉价的材料充填采空区，既可以控制采煤引起的地表塌陷，又能充分回采煤炭资源，实现资源与环境、安全、经济协调发展的目标。
所谓膏体充填就是把煤矿尾矿矸石山的煤矸石、劣质土和电厂的尾料粉煤灰等固体废物在地面加工成的膏状浆体，利用高密度固体充填泵通过管道将煤矿充填膏体泵送到井下采空区，用以支撑上覆岩层，防止地表沉陷的采矿方法。它主要由采动覆岩控制理论、充填系统和充填材料三部分组成，其中充填材料是膏体充填的基础。随着充填开采推广与应用，充填可用的原材料如煤矸石、尾砂等逐渐减少，充填成本也随之逐渐增加，膏体充填面临的材料不足的问题日益突出。寻找成本低、满足充填膏体输送和强度要求的充填材料是充填开采急需解决的问题。
随着经济的发展和人民生活水平的提高，垃圾问题日益突出。我国668座城市，2∕3被垃圾带包围。废弃玻璃是生活垃圾的一种，它既给人们的生产和生活带来了不便，又对环境造成了污染，同时也占用了宝贵的土地资源，增加了环境负荷。据统计，我国每年产生的废弃玻璃约450万~750万吨，占城市生活垃圾总量的3%~5%左右。大量废弃玻璃如何有效地再利用，是亟待解决的问题。
综上所述，膏体充填面临材料不足、成本高等问题，使充填开采技术难以全面实施。而废弃玻璃回收利用率低，大面积堆积，造成环境污染，若能充分利用废弃玻璃制备满足煤矿要求的充填材料，使废弃玻璃变废为宝，是一种行之有效的方法。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提供了一种利用废弃玻璃制备煤矿膏体充填材料的方法，用于将废弃玻璃完全回收利用，一方面节约了资源，减少了环境污染，另一方面为煤矿充填开采提供了廉价的原材料，降低了充填成本的同时提高了充填材料的性能，为充填技术的全面实施奠定了基础。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种利用废弃玻璃制备煤矿膏体充填材料的方法，包括如下步骤：
s1.收集废弃玻璃并进行粉碎，得到粒径为0～1mm的废弃玻璃微粉和粒径为1～5mm的废弃玻璃细骨料，其中二者按照重量比各占50%进行混合并充分搅拌得到废弃玻璃混合骨料备用；
s2.收集煤矸石并进行破碎，使得破碎后煤矸石的颗粒粒径不超过15mm，进一步对所得煤矸石颗粒进行筛分，分别获得粒径为0～5mm的细骨料、粒径为5～10mm的中骨料和粒径为10～15mm的粗骨料；将细骨料、中骨料和粗骨料按照三者的重量配比分别为30%，35%和35%进行搅拌得到煤矸石混合料后备用；
s3.收集粉煤灰备用；
s4.取水泥与上述步骤制得的废弃玻璃混合骨料、煤矸石混合料、粉煤灰按照一定比例混合搅拌后加入水，并进一步搅拌均匀，最终得到煤矿膏体充填材料，其中各组分所占煤矿膏体充填材料的重量配比为：
废弃玻璃10%～20%
煤矸石40%～50%
粉煤灰10%～20%
水泥10%～20%
水12%～25%
煤矿膏体充填材料的质量浓度为75%～88%。
所述水泥为标号425的普通硅酸盐水泥。
煤矸石采用的鄂式破碎机进行破碎，经过破碎的煤矸石利用振动筛进行细骨料、中骨料和粗骨料的筛分，其中细骨料的筛分利用网眼直径为5mm的振动筛，中骨料的筛分利用网眼直径为10mm的振动筛，粗骨料的筛分利用网眼直径为15mm的振动筛，粒径大于15mm的骨料放入破碎机进行重新破碎后留作备用。
本发明新型具有的特定技术特征及有益效果是：
本发明实现了利用废弃玻璃制备煤矿膏体充填材料的技术，使废弃玻璃得到了充分的回收利用，解决了对环境的污染，同时扩宽了充填材料的来源，降低了充填成本，为充填开采技术的全面实施奠定了基础；废弃玻璃混合骨料可控制煤矿充填膏体裂纹的进一步发展，从而提高抗裂性，同时由于玻璃的抗拉强度大、延伸率大，使煤矿膏体充填材料的抗拉、抗弯、抗冲击强度及延伸率和韧性均得以提高，有效改善煤矿膏体充填材料的流动性、弹性模量、泊松比和强度。
具体实施方式
下面通过实例来对本发明进行详细阐述，本发明所具有的新颖性和创造性包括但不局限于以下实施例。
实施例1：
收集30kg废弃玻璃并进行粉碎，得到粒径为0～1mm的废弃玻璃微粉和粒径为1～5mm的废弃玻璃细骨料，其中二者按照重量比各占50%进行混合并充分搅拌得到废弃玻璃混合骨料备用；
收集100kg山西焦煤集团西山煤电杜儿坪煤矿的煤矸石，用pe-150×250型鄂式破碎机进行破碎，使破碎后的颗粒粒径主要分布在15mm以下，将破碎后的煤矸石分别用网眼为５mm、10mm和15mm的振动筛筛选，，分别获得粒径为0～5mm的细骨料、粒径为5～10mm的中骨料和粒径为10～15mm的粗骨料,并将大于15mm的粗骨料放回破碎机进行重新破碎；
取18kg标号为425的普通硅酸盐水泥与上述制得的12kg废弃玻璃混合骨料、48kg煤矸石混合料（14.4kg煤矸石细骨料、16.8kg煤矸石中骨料、16.8kg煤矸石粗骨料）和粉煤灰12kg搅拌后加入30kg水，均匀混合，即得到浓度为75%的煤矿膏体充填材料。下表为得到浓度为75%的煤矿膏体充填材料的试验数值：
实施例2：
收集30kg废弃玻璃并进行粉碎，得到粒径为0～1mm的废弃玻璃微粉和粒径为1～5mm的废弃玻璃细骨料，其中二者按照重量比各占50%进行混合并充分搅拌得到废弃玻璃混合骨料备用；
收集100kg汾西集团新阳煤矿的煤矸石，用pe-150×250型鄂式破碎机进行破碎，使破碎后的颗粒粒径主要分布在15mm以下，将破碎后的煤矸石分别用网眼为５mm、10mm和15mm的振动筛筛选，，分别获得粒径为0～5mm的细骨料、粒径为5～10mm的中骨料和粒径为10～15mm的粗骨料,并将大于15mm的粗骨料放回破碎机进行重新破碎；
取18kg标号为425的普通硅酸盐水泥与上述制得的15.6kg废弃玻璃混合骨料、50.4kg煤矸石混合料（15.12kg煤矸石细骨料、17.64kg煤矸石中骨料、17.64kg煤矸石粗骨料）和粉煤灰12kg搅拌后加入24kg水，均匀混合，即得到浓度为80%的煤矿膏体充填材料。下表为得到浓度为80%的煤矿膏体充填材料的试验数值：
实施例3：
收集30kg废弃玻璃并进行粉碎，得到粒径为0～1mm的废弃玻璃微粉和粒径为1～5mm的废弃玻璃细骨料，其中二者按照重量比各占50%进行混合并充分搅拌得到废弃玻璃混合骨料备用；
收集100kg山西同煤集团塔山煤矿的煤矸石，用pe-150×250型鄂式破碎机进行破碎，使破碎后的颗粒粒径主要分布在15mm以下，将破碎后的煤矸石分别用网眼为５mm、10mm和15mm的振动筛筛选，，分别获得粒径为0～5mm的细骨料、粒径为5～10mm的中骨料和粒径为10～15mm的粗骨料,并将大于15mm的粗骨料放回破碎机进行重新破碎；
取18kg标号为425的普通硅酸盐水泥与上述制得的20.4kg废弃玻璃混合骨料、51.6kg煤矸石混合料（15.48kg煤矸石细骨料、18.06kg煤矸石中骨料、18.06kg煤矸石粗骨料）和粉煤灰12kg搅拌后加入18kg水，均匀混合，即得到浓度为85%的煤矿膏体充填材料。下表为得到浓度为85%的煤矿膏体充填材料的试验数值：
实施例4：
收集30kg废弃玻璃并进行粉碎，得到粒径为0～1mm的废弃玻璃微粉和粒径为1～5mm的废弃玻璃细骨料，其中二者按照重量比各占50%进行混合并充分搅拌得到废弃玻璃混合骨料备用；
收集100kg山西同煤集团塔山煤矿的煤矸石，用pe-150×250型鄂式破碎机进行破碎，使破碎后的颗粒粒径主要分布在15mm以下，将破碎后的煤矸石分别用网眼为５mm、10mm和15mm的振动筛筛选，，分别获得粒径为0～5mm的细骨料、粒径为5～10mm的中骨料和粒径为10～15mm的粗骨料,并将大于15mm的粗骨料放回破碎机进行重新破碎；
取18kg标号为425的普通硅酸盐水泥与上述制得的24kg废弃玻璃混合骨料、51.6kg煤矸石混合料（15.48kg煤矸石细骨料、18.06kg煤矸石中骨料、18.06kg煤矸石粗骨料）和粉煤灰12kg搅拌后加入14.4kg水，均匀混合，即得到浓度为88%的煤矿膏体充填材料。下表为得到浓度为88%的煤矿膏体充填材料的试验数值：