一种矿坑充填胶结材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及建筑材料领域，具体为一种矿坑充填胶结材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]我国地大物博，矿产资源丰富。随着经济的发展，矿山资源遭到长时间过度、不节制的开采，造成废弃矿山数量迅速增加。所出现的环境灾害及地质灾害，如地面塌陷、开裂，地下水污染等正在发生或处于潜在的发生之中。采用水泥和采矿废渣作为充填材料灌注矿井或矿坑，难以保证填充的饱满及各接触面的结合，顶部与原岩石结构存在空隙，还会造成地表沉陷的灾害。煤炭资源是我国的主要资源，利用充填采矿法是提高煤炭回采率、充分有限的利用资源、有效控制地压、减少地表沉降、防止塌陷的有效措施。
[0003]利用当地资源，选择合适的充填材料，及时矿井、矿坑进行充填，是利国利民的大事。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种矿坑充填胶结材料及其制备方法，以建筑石膏粉、粉煤灰、煤矸石等为主要原料，将粉煤灰、煤矸石固体废弃物综合利用，填充矿井或矿坑，修复地表结构，增强可利用土地面积，制备简单，成本低。
[0005]本发明的技术方案是这样实现的:
一种矿坑充填胶结材料，各原料及重量份如下:
建筑石膏粉:45-65份，粉煤灰:15-32份，碱性激发剂:6_14份，煤矸石:8_20份、外加剂:1-4.5 份；水料比 0.48-0.65。
[0006]所述的外加剂为缓凝剂、减水剂、聚乙烯醇、引气剂、保水剂的组合；；外加剂中缓凝剂、减水剂、聚乙烯醇、引气剂、保水剂组分比例为:15-24:25-43: 16-27:8-15:18-29。
[0007]所述的碱性激发剂为水泥、生石灰、钢渣粉的组合;碱性激发剂中水泥、生石灰、钢渣粉各组分的比例为:24-36:35-47:25-32 ；所述生石灰细度大于100目，CaO含量大于50%。
[0008]所述的煤矸石，经破碎、筛分，颗粒粒度范围5?70目。
[0009]—种矿坑充填胶结材料的其制备方法为:
将所述矿坑充填胶结材料各组分按比例称量备好，按原料由水、煤矸石、外加剂、碱性激发剂、粉煤灰、建筑石膏粉的排列顺序依次间隔2min加入到搅拌桶或搅拌釜中，原料加入时搅拌桶或搅拌釜转速>100r/min，即制得矿坑充填胶结材料，后保持搅拌桶或搅拌釜转速>20r/min，可栗送、灌、饶注施工使用。
[0010]本发明有如下显著进步之处:
第一、就地取材，废物利用。建筑石膏粉选用脱硫石膏、磷石膏、柠檬酸石膏粉。脱硫石膏、粉煤灰是电厂的主要固体废弃物，煤矸石是采煤的主要固体废弃物，一般三者较矿井、矿坑的位置近，充分以三种固体废弃物为主要原料制备矿坑填充材料，就地取材，就地解决，减少对地表生态环境的破坏，成本低。
[0011]第二、本发明的矿坑充填胶结材料根据实际输送距离、输送方式不同，调节浆体的凝结时间及流动性，保证胶结材料浆体具有良好的流动性，满足栗送及灌注的需求，同时具有微膨胀特性，膨胀率为0.2?2%，使填充饱满充分，充填料与地表岩层的紧密结合，重组完整的稳定的地质结构。
[0012]第三、充填胶结材料水化反应形成以二水石膏晶体为结构骨架，水化硅酸钙、钙矾石包裹晶体的结构，提高硬化后材料的耐水性和后期强度;煤矸石破碎筛分后作为轻质骨料，保证了足够的强度的同时降低充填胶结材料的密度;采空区矿井水中通常含有腐蚀性作用的C1—、S042—、Mg2+，对硬化体不产生腐蚀影响;硬化体具有一定的多微孔结构，有一定的透水作用，有利于地上水的渗透排放，这种结构还有保住水分、散发水分的功效，在一定程度上调节充填区的自然条件，模拟纯自然生态环境，有利于人动植物、细菌等生物的生长。
【具体实施方式】
[0013]
实施案例I
一种矿坑充填胶结材料，各原料及重量份如下:
建筑石膏粉:49份，粉煤灰:25份，碱性激发剂:11.3份，煤矸石:12份、外加剂:2.7份;水料比0.55。
[0014]所述的外加剂为缓凝剂、减水剂、聚乙烯醇、引气剂、保水剂的组合;外加剂中缓凝剂、减水剂、聚乙烯醇、引气剂、保水剂组分比例为:17:29:21:12:21，缓凝剂选用SC石膏缓凝剂，减水剂选用聚羧酸减水剂，保水剂选用羟丙基甲基纤维素，粘度lOOOOOpa.S0
[0015]所述的碱性激发剂为水泥、生石灰、钢渣粉的组合;碱性激发剂中水泥、生石灰、钢渣粉各组分的比例为:32:38:30,水泥选用42.5普通硅酸盐水泥，生石灰粉细度为大于120目，CaO含量为65%，钢渣粉细度大于200目。
[0016]所述的煤矸石，经破碎、筛分，颗粒粒度范围5?70目。
[0017]—种矿坑充填胶结材料的其制备方法为:
将所述矿坑充填胶结材料各组分按比例称量备好，按原料由水、煤矸石、外加剂、碱性激发剂、粉煤灰、建筑石膏粉的排列顺序依次间隔2min加入到搅拌桶或搅拌釜中，原料加入时搅拌桶或搅拌釜转速>100r/min，即制得矿坑充填胶结材料，后保持搅拌桶或搅拌釜转速>20r/min，可栗送、灌、饶注施工使用。
[0018]经检测，制备的矿坑充填胶结材料浆料，初始流动度145mm/m，30分钟流动度损失< ± 3mm，初凝时间为62min，终凝时间82min，28天膨胀率1.2%，28天抗压强度9.7MPa。
[0019]实施案例2
一种矿坑充填胶结材料，各原料及重量份如下:
建筑石膏粉:60份，粉煤灰:16份，碱性激发剂:8份，煤矸石:13份、外加剂:3份;水料比0.59ο
[0020]所述的外加剂为缓凝剂、减水剂、聚乙烯醇、引气剂、保水剂的组合;外加剂中缓凝剂、减水剂、聚乙烯醇、引气剂、保水剂组分比例为:20:26:23:12:19;缓凝剂选用柠檬酸，减水剂选用聚羧酸减水剂，保水剂选用羟丙基甲基纤维素，粘度200000pa.S0
[0021]所述的碱性激发剂为水泥、生石灰、钢渣粉的组合;碱性激发剂中水泥、生石灰、钢渣粉各组分的比例为:30:42:28；选用水泥为矿渣水泥，标号为42.5，生石灰粉细度>100目，CaO含量>50%，选用钢渣比表面积为3200 m2/g。
[0022]所述的煤矸石，经破碎、筛分，颗粒粒度范围5?70目。
[0023]—种矿坑充填胶结材料的其制备方法为:
将所述矿坑充填胶结材料各组分按比例称量备好，按原料由水、煤矸石、外加剂、碱性激发剂、粉煤灰、建筑石膏粉的排列顺序依次间隔2min加入到搅拌桶或搅拌釜中，原料加入时搅拌桶或搅拌釜转速>100r/min，即制得矿坑充填胶结材料，后保持搅拌桶或搅拌釜转速>20r/min，可栗送、灌、饶注施工使用。
[0024]经检测，制备的矿坑充填胶结材料浆料，初始流动度142mm/m，30分钟流动度损失< ± 3mm，初凝时间为42min，终凝时间67min，28天膨胀率1.8%，28天抗压强度8.9MPa。
[0025]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【主权项】
1.一种矿坑充填胶结材料，其特征是:各原料及重量份如下: 建筑石膏粉:45-65份，粉煤灰:15-32份，碱性激发剂:6-14份，煤矸石:8-20份、外加剂:1-4.5 份；水料比 0.48-0.65 ； 所述的外加剂为缓凝剂、减水剂、聚乙烯醇、引气剂、保水剂的组合； 所述的碱性激发剂为水泥、生石灰、钢渣粉的组合； 所述的煤矸石，经破碎、筛分，颗粒粒度范围5?70目。2.根据权利要求1所述的一种矿坑充填胶结材料，其特征是所述的外加剂为缓凝剂、减水剂、聚乙烯醇、引气剂、保水剂的组合比例为:15-24: 25-43:16?27:8?15:18?29。3.根据权利要求1所述的一种矿坑充填胶结材料，其特征是碱性激发剂中水泥、生石灰、钢渣粉各组分的比例为:24-36:35-47:25-32。4.一种矿坑充填胶结材料的其制备方法，其特征是:将所述矿坑充填胶结材料各组分按比例称量备好，按原料由水、煤矸石、外加剂、碱性激发剂、粉煤灰、建筑石膏粉的排列顺序依次间隔2min加入到搅拌桶或搅拌釜中，原料加入时搅拌桶或搅拌釜转速>100r/min，gp制得矿坑充填胶结材料，后保持搅拌桶或搅拌釜转速>20r/min，可栗送、灌、浇注施工使用。
【专利摘要】本发明提供一种矿坑充填胶结材料，各原料及重量份如下：建筑石膏粉：45-65份，粉煤灰：15-32份，碱性激发剂：6-14份，煤矸石：8-20份、外加剂：1-4.5份；水料比0.48~0.65。本发明资源综合利用，就地取材，制备方法简单，充分利用工业废渣制备矿井充填材料，其流动性、稳定性好，耐腐蚀、强度高，具有微膨胀性，填充饱满充分，充填料与地表岩层的紧密结合，重组完整的稳定的地质结构。
【IPC分类】C04B28/14, E21F15/00
【公开号】CN105523747
【申请号】CN201610054159
【发明人】张国辉, 温海滨, 王慧
【申请人】济南大学
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2016年1月27日