一种环保型地下水污染通道阻断材料及其制备方法和应用与流程

本申请涉及矿井水害与水污染防治，尤其涉及一种环保型地下水污染通道阻断材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前，国内外各工程中使用的封堵材料多为水泥基封堵材料和水泥-水玻璃基封堵材料等。普通硅酸盐水泥作为注浆工程较常见的一种胶凝材料，虽然其使用技术和操作工艺均已被发展完善，但其配制的浆液稳定性不足，易析水离析，凝结时间过长。结石体易受水灰比影响，在地下水污染通道的封堵工程治理中，特别是在动水冲刷环境下，结石率较低，体积稳定性差，注浆完成后极易导致加固区域岩体发生裂隙二次渗漏水和开裂现象。然而，水泥的生产过程会消耗大量的资源同时排放大量的co2对环境造成很大的影响。随着环保、资源、能源约束日益趋紧，能耗双控不断加强，开发研发一种绿色、环保型阻断材料迫在眉睫。

2、传统的水泥基注浆封堵材料具有结石率低、水化热高，易产生裂缝的缺点，导致加固强度及注浆封堵性能大幅降低，严重影响地下水注浆封堵工程的治理效果。同时，水泥的产生将伴随大量的资源消耗和碳排放，且成本相对较高。据估算，每生产1吨水泥产生的co2排放量约为0.6吨-0.8吨，2022年我国水泥产量21.3亿吨，据此估算产生的碳排放约为13亿吨～18亿吨。

3、因此，寻求以固废基为原料的地下水污染阻断或注浆材料代替水泥基注浆材料具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、鉴于此，本申请的一个目的在于提供一种环保型地下水污染通道阻断材料，无论是早期还是后期强度都能满足矿井高承压水害与水污染治理的要求，且具有抗渗性能好、浆液凝结时间可控、动水冲刷下浆液结石率高以及低碳环保等特点，实现了对煤矸石、碱性矿渣和粉煤灰等固废基材料的高附加值利用，降低了碳排放，缓解了固废基材料造成的环境污染问题，在成本、材料性能、加工制备及绿色节能环保上都具有较好的优势。

2、本申请的另一个目的在于提供一种环保型地下水污染通道阻断材料的制备方法。

3、本申请的又一个目的在于提供环保型地下水污染通道阻断材料的应用。

4、为达到上述目的，本申请提出了一种环保型地下水污染通道阻断材料，包括以下重量份的各组分：固废基材料60-140份，脱硫石膏2-9份，碱激发剂8-18份，聚羧酸减水剂0.5-1份；

5、所述固废基材料包括煤矸石粉、碱性矿渣和粉煤灰。

6、进一步的，所述煤矸石粉、碱性矿渣和粉煤灰的质量比为(3-7)：(2-6)：1。

7、进一步的，所述碱激发剂包括碱和水玻璃，所述碱与所述水玻璃的质量比为(4-6)：(4-12)。

8、进一步的，所述碱包括氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种。

9、进一步的，所述水玻璃为硅酸钠溶液，其中sio2含量为27.3wt％，na2o含量为8.54wt％，模数为1.2-2.0m，波美度为38.58°bé。

10、进一步的，所述脱硫石膏的纯度在93wt％以上。

11、进一步的，所述聚羧酸减水剂的粉体含量在95wt％以上，减水率为22％。

12、进一步的，所述环保型地下水污染通道阻断材料的液固比为0.6-1。

13、本申请还提出了一种环保型地下水污染通道阻断材料的制备方法，包括：

14、将所述煤矸石粉、碱性矿渣和粉煤灰混匀，得到干混注浆材料；

15、将所述碱激发剂、脱硫石膏和聚羧酸减水剂加入所述干混注浆材料，随后依次经第一搅拌和第二搅拌，得到所述环保型地下水污染通道阻断材料。

16、进一步的，所述方法，还包括制备碱激发剂的步骤；所述碱激发剂的制备方法，包括：将所述碱加入所述水玻璃，待碱完全溶解后，冷却至室温。

17、进一步的，所述第一搅拌的速度小于所述第二搅拌的速度。

18、进一步的，所述方法，还包括设在所述第一搅拌和所述第二搅拌之间的静置步骤。

19、本申请还涉及如本申请的环保型地下水污染通道阻断材料或本申请的环保型地下水污染通道阻断材料的制备方法制备的环保型地下水污染通道阻断材料在地下水污染治理、矿井水害注浆封堵领域的应用。

20、本申请的环保型地下水污染通道阻断材料，至少可以带来以下有益效果：

21、1、与传统水泥类材料、水泥-水玻璃类速凝材料相比，煤矸石粉-碱性矿渣-粉煤灰环保型地下水污染通道阻断材料的注浆堵水和加固封堵的能力极好。无论是早期还是后期强度都能满足矿井高承压水害与水污染治理的要求，而抗渗性能与其他注浆材料相比具有较大优势。

22、2、通过碱激发的手段能够促进固废基材料的水解聚合反应使各凝胶相的衍射峰强度增大，同时使水玻璃中高聚合态的硅氧四面体变为低聚合态，促进其能更好的与浆液中活性物质反应，有利于改善注浆材料的初凝时间。

23、3、煤矸石粉和粉煤灰表面都附着网状凝胶，部分由碱性矿渣水解产生，部分由二者水解而成，而且网状凝胶与部分致密的产物能紧密的结合在一起，说明该材料的微观结构良好，能够提高结石体的粘接强度，减少坍落的经济损失，满足地下水污染通道环保型注浆加固治理的工程需求。

24、4、具有浆液凝结时间可控、动水冲刷下浆液结石率高以及低碳环保的特点，实现了对煤矸石、碱性矿渣和粉煤灰等固废基材料的高附加值利用，降低了碳排放，缓解了固废基材料造成的环境污染问题，在成本、材料性能、加工制备及绿色节能环保上都具有较好的优势。

25、本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.一种环保型地下水污染通道阻断材料，其特征在于，包括以下重量份的各组分：固废基材料60-140份，脱硫石膏2-9份，碱激发剂8-18份，聚羧酸减水剂0.5-1份；

2.根据权利要求1所述的环保型地下水污染通道阻断材料，其特征在于，所述煤矸石粉、碱性矿渣和粉煤灰的质量比为(3-7)：(2-6)：1。

3.根据权利要求1所述的环保型地下水污染通道阻断材料，其特征在于，所述碱激发剂包括碱和水玻璃，所述碱与所述水玻璃的质量比为(4-6)：(4-12)。

4.根据权利要求3所述的环保型地下水污染通道阻断材料，其特征在于，所述碱包括氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种；

5.根据权利要求1所述的环保型地下水污染通道阻断材料，其特征在于，所述脱硫石膏的纯度在93wt％以上；

6.一种制备如权利要求1至5任意一项所述的环保型地下水污染通道阻断材料的方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法，还包括制备碱激发剂的步骤；所述碱激发剂的制备方法，包括：将所述碱加入所述水玻璃，待碱完全溶解后，冷却至室温。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一搅拌的速度小于所述第二搅拌的速度。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法，还包括设在所述第一搅拌和所述第二搅拌之间的静置步骤。

10.如权利要求1至5任意一项所述环保型地下水污染通道阻断材料或如权利要求6至9任意一项所述的方法制备的环保型地下水污染通道阻断材料在地下水污染治理、矿井水害注浆封堵领域的应用。

技术总结
本申请公开了一种环保型地下水污染通道阻断材料及其制备方法和应用，其中环保型地下水污染通道阻断材料包括以下重量份的各组分：固废基材料60‑140份，脱硫石膏2‑9份，碱激发剂8‑18份，聚羧酸减水剂0.5‑1份；所述固废基材料包括煤矸石粉、碱性矿渣和粉煤灰。本申请的环保型地下水污染通道阻断材料，无论是早期还是后期强度都能满足矿井高承压水害与水污染治理的要求，且具有抗渗性能好、浆液凝结时间可控、动水冲刷下浆液结石率高以及低碳环保等特点，实现了对煤矸石、碱性矿渣和粉煤灰等固废基材料的高附加值利用，降低了碳排放，缓解了固废基材料造成的环境污染问题，在成本、材料性能等方面都具有较好的优势。

技术研发人员：杜明泽,李文,张豪哲,王东昊,涂琦
受保护的技术使用者：煤炭科学技术研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17