一种煤矸石基充填膏体促凝保水外加剂的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于建筑材料科学技术领域，特别涉及一种煤矸石基充填膏体促凝保水外 加剂的制备方法。
【背景技术】
[0002] 我国是一个富煤少气贫油的国家。我国是世界产煤大国和消费大国，据估计，到 "十二五"末，我国原煤产量将达到3. 7Gt，2020年将达到4. 4Gt。煤炭生产总量居世界第一 位。煤炭作为人类发展必不可少的能源，为人类带来福利的同时，也将危害带给人类，使人 类遭受因煤炭的开发和利用而造成的种种困扰。
[0003] 第一，煤炭的开采活动对地面生态环境的破坏：煤炭地下开采过程中容易造成上 覆岩层的向下移动而使地表出现裂缝、下沉或塌陷，破坏原有地形地貌，地表植被也随之受 到严重破坏。目前，全国已有45万hm2以上土地因开采而发生沉陷。同时，在煤炭开采过 程中，地下水系统因遭到人为强制性破坏，使地下水位出现大幅下降，加速矿区水资源的枯 竭，使地表植被因缺水而干枯，以至于引起水土流失、土壤出现沙漠化。
[0004] 第二，煤炭开采废弃物土地资源的破坏：开采废弃物煤矸石只是采用露天堆积方 式进行处理，致大量土地资源被占用。目前，矸石堆放量达4Gt以上，占地面积约2. 6万hm2。 露天堆存的矸石不仅占据大量土地资源，而且还因长时间的自燃而产生大量有害气体，污 染矿区空气，危及人类健康。
[0005] 第三，煤炭发电废弃物对环境的破坏：我国因发电产生的粉煤灰堆积量已达10亿 吨，预计到2020年，每年产生粉煤灰将达到5亿吨。由于地域差别，产煤区的粉煤灰主要以 堆积处理，会破坏环境，占用土地资源，并且有可能引发扬尘。
[0006] 目前比较流行的就是将废弃物做成充填膏体材料，泵送到采空区，这样既能有效 利用地上的废弃物，同时又能将地下采空区填满，防止地上塌陷。煤矸石基膏体充填料是使 用二级破碎的煤矸石、三级灰或原灰、32. 5水泥、水和外加剂混合而成，具有成本低、可泵送 和凝结时间可控等优点。
[0007] 对于煤矸石基充填膏体外加剂，目前，为防止堵管，还是采用井下二次搅拌掺加， 这无疑增加劳动成本。因此制备一种井上一次性掺加，具有润滑作用和凝结时间可控双重 作用的外加剂是制约矸石基充填膏体进一步发展的关键。
【发明内容】
[0008] 发明目的：本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明公开了一种 煤矸石基充填膏体促凝保水外加剂的制备方法。一种煤矸石基充填膏体促凝保水外加剂由 促凝组分、保水组分、减水组分、稳定组分和激发组分五种组分组成，其中促凝组分能使煤 矸石充填膏体凝结时间可控；保水组分使煤矸石充填膏体具有可泵性，同时能润滑泵送管 道；减水组分一方面能减少水用量，同时能增加煤矸石充填膏体粘性，提高工作性能；稳定 组分能增加无机速凝组分溶解度，使其久置不分层；激发组分能激发粉煤灰的火山灰效应， 使其增加强度。该方法合成工艺简单可控，无毒无污染，易工业化生产等。制备出的煤矸石 基充填膏体促凝保水外加剂，它具有优良的保水及促凝效果，可井上一次性添加，使充填膏 体可泵送，凝结时间可控，填补了煤矸石基充填膏体促凝保水外加剂的空白。
[0009] 技术方案：一种煤矸石基充填膏体促凝保水外加剂的制备方法，包括以下步骤：
[0010] (1)、在65~75°C、搅拌速度为400~600r/min的条件下，将50份促凝组分A搅 拌溶解于装有50~70份去离子水的反应器中，反应器设有冷凝回流装置；
[0011] (2)、在65~75°C、搅拌速度为400~600r/min的条件下，将3~7份稳定组分D 加入到3~16. 3份去离子水中形成稳定组分D的水溶液，并在Ih内将稳定组分D的水溶 液分3~5次加至步骤（1)中的反应器中，再搅拌1~2h ;
[0012] (3)、在65~75°C、搅拌速度为400~600r/min的条件下，向步骤（2)中的反应 器中加入3. 3~6. 7份激发组分E，搅拌0. 5~Ih后，降至室温，加入5~10份保水组分B 和2. 5~5份减水组分C，搅拌0. 5~Ih后即得到煤矸石基充填膏体促凝保水外加剂。
[0013] 作为本发明中一种煤矸石基充填膏体促凝保水外加剂的制备方法的一种优选方 案：步骤（2)中稳定组分D的水溶液的质量浓度为30%~50%。
[0014] 作为本发明中一种煤矸石基充填膏体促凝保水外加剂的制备方法的一种优选方 案：所述促凝组分A由以下质量比的原料组成：
[0015] 碳酸盐10~50份；
[0016] 硅酸盐40~80份；
[0017] 硫酸盐5~10份。
[0018] 进一步地，所述碳酸盐为碳酸钠和/或碳酸钾，所述硅酸盐为模数为2. 7~3. 2的 硅酸钠，所述硫酸盐为硫酸钠、硫酸钾和硫酸铝中的一种或几种。
[0019] 作为本发明中一种煤矸石基充填膏体促凝保水外加剂的制备方法的一种优选方 案：所述保水组分B为羟丙基甲基纤维素或羟乙基纤维素。
[0020] 作为本发明中一种煤矸石基充填膏体促凝保水外加剂的制备方法的一种优选方 案：所述减水组分C为木质素磺酸钙或萘系减水剂。
[0021] 进一步地，萘系减水剂为萘磺酸甲醛缩合物。
[0022] 作为本发明中一种煤矸石基充填膏体促凝保水外加剂的制备方法的一种优选方 案：所述稳定组分D为三乙醇胺、乙二胺四乙酸二钠、三聚磷酸钠和酒石酸钠中的任意两 种。
[0023] 作为本发明中一种煤矸石基充填膏体促凝保水外加剂的制备方法的一种优选方 案：所述激发组分E为氢氧化钾和/或氢氧化钠。
[0024] 有益效果：本发明公开了一种煤矸石基充填膏体促凝保水外加剂的制备方法，具 有以下有益效果：
[0025] 1、使用本工艺制备的矸石膏体充填外加剂，可井上一次性添加，具有管道润滑作 用，能有效防止堵管现象的发生，并且可使充填完毕的矸石膏体凝结时间可控，以适应各个 充填站不同的作业要求，同时在保证和易性、抗压强度不变的情况下，能有效降低水泥用量 在20%~30%左右，进一步降低成本；
[0026] 2、采用本发明的制备方法可获得煤矸石基充填膏体促凝保水外加剂，产品稳定性 好，久置不会产生分层，制备工艺简单，使用原材料易得，成本低，同时本工艺无副产物、无 毒、无重金属离子、无氯离子，不会对地下水产生污染。
【具体实施方式】：
[0027] 下面对本发明的【具体实施方式】详细说明。
[0028] 具体实施例1
[0029] I. 1各组分质量为：
[0030] 促凝组分A:碳酸钠5g、硅酸钠（模数3.2) 40g、硫酸钠5g
[0031] 保水组分B :羟丙基甲基纤维素5g
[0032] 减水组分C :木质素磺酸钙2. 5g
[0033] 稳定组分D :三乙醇胺lg、乙二胺四乙酸二钠2g
[0034] 激发组分E :氢氧化钠3. 4g
[0035] 1.2制备过程
[0036] 首先按照质量配比称取原料，其次将稳定组分配成浓度为30%的水溶液：
[0037] 最后在65°C下，搅拌速度为400r/min，将促凝组分A搅拌溶解于装有50g去离子 水的反应器中，然后将稳定组分D的水溶液在Ih内分3次加至装有冷凝回流装置的反应器 中。待分次加入结束后，搅拌反应lh，加入激发组分E，搅拌0. 5h，降温至室温，加入保水组 分B和减水组分C，搅拌0. 5h，即为本发明煤矸石基充填膏体促凝保水外加剂，编号LY-I。
[0038] 具体实施例2
[0039] 2. 1各组分质量为：
[0040] 促凝组分A:碳酸钾12g、碳酸钠8g、硅酸钠（模数2.7) 25g、硫酸钾2g、硫酸铝 3g
[0041] 保水组分B :羟乙基纤维素5g
[0042] 减水组分C :萘系减水剂2. 5g
[0043] 稳定组分D :三乙醇胺4. 5g、三聚磷酸钠2. 5g
[0044] 激发组分E :氢氧化钾3. 4g
[0045] 2.2制备过程
[0046] 首先按照质量配比称取原料，其次将稳定组分配成浓度为50%的水溶液：
[0047] 最后在75°C下，搅拌速度为600r/min，将促凝组分A搅拌溶解于装有75g去离子 水的反应器中，然后将稳定组分D的水溶液在Ih内分5次加至装有冷凝回流装置的反应器 中。待分次加入结束后，搅拌反应2h，加入激发组分E，搅拌0. 5h，降温至室温，加入保水组 分B和减水组分C，搅拌0. 5h，即为本发明煤矸石基充填膏体促凝保水外加剂，编号LY-2。
[0048] 具体实施例3
[0049] 3. 1各组分质量为：
[0050] 促凝组分A :碳酸钾5g、碳酸钠5g、硅酸钠（模数3. 0) 37. 5g、硫酸铝2. 5g
[0051] 保水组分B :羟丙基甲基纤维素IOg
[0052] 减水组分C :木质素磺酸钙5g
[0053] 稳定组分D :三乙醇胺2. 5g、酒石酸钠3g
[0054] 激发组分E :氢氧化钠3g、氢氧化钾3. 7g
[0055] 3.2制备过程
[0056] 首先按照质量配比称取原料，其次将稳定组分配成浓度为40%的水溶液：
[0057] 最后在70°C下，搅拌速度为500r/min，将促凝组分A搅拌溶解于装有70g去离子 水的反应器中，然后将稳定组分D的水溶液在Ih内分4次加至装有冷凝回流装置的反应器 中。待分次加入结束后，搅拌反应I. 5h，加入激发组分E，搅拌0. 5h，降温至室温，加入保水 组分B和减水组分C，搅拌0. 5h，即为本发明煤矸石基充填膏体促凝保水外加剂，编号LY-3。
[0058] 具体实施例4
[0059] 4. 1各组分质量为：
[0060] 促凝组分A:碳酸钾20g、碳酸钠5g、硅酸钠（模数3. I) 20g、硫酸钠1.5g、硫酸 钾2g、硫酸铝1.5g
[0061] 保水组分B :羟乙基纤维素IOg
[0062] 减水组分C :萘系减水剂5g
[0063] 稳定组分D :乙二胺四乙酸二钠4g、三聚磷酸钠3g
[0064] 激发组分E :氢氧化钠1.4g、氢氧化钾2g
[0065] 4.2制备过程
[0066] 首先按照质量配比称取原料，其次将稳定组分配成浓度为40%的水溶液：
[0067] 最后在65°C下，搅拌速度为450r/min，将促凝组分A搅拌溶解于装有50g去离子 水的反应器中，然后将稳定组分D的水溶液在Ih内分5次加至装有冷凝回流装置的反应器 中。待分次加入结束后，搅拌反应2h，加入激发组分E，搅拌0. 5h，降温至室温，加入保水组 分B和减水组分C，搅拌0. 5h，即为本发明煤矸石基充填膏体促凝保水外加剂，编号LY-4。
[0068] 具体实施例5
[0069] 5. 1各组分质量为：
[0070] 促凝组分A:碳酸钾15g、硅酸钠（模数2.8) 31g、硫酸钠3g、硫酸钾Ig
[0071] 保水组分B :羟乙基纤维素6g
[0072] 减水组分C :木质素磺酸钙3. 5g
[0073] 稳定组分D :乙二胺四乙酸二钠2g、酒石酸钠4g
[0074] 激发组分E :氢氧化钾6. 7g
[0075] 5.2制备过程
[0076] 首先按照质量配比称取原料，其次将稳定组分配成浓度为30%的水溶液：
[0077] 最后在70°C下，搅拌速度为500r/min，将促凝组分A搅拌溶解于装有75g去离子 水的反应器中，然后将稳定组分D的水溶液在Ih内分4次加至装有冷凝回流装置的反应器 中。待分次加入结束后，搅拌反应lh，加入激发组分E，搅拌0. 5h，降温至