一种卸载荷管道及其使用的高水材料的组分、制备方法

本发明涉及井下采空区充填，具体涉及一种卸载荷管道及其使用的高水材料的组分、制备方法。

背景技术：

1、煤炭作为我国主要的能源供给，其中“三下”(建筑物下、铁路下、水体下)煤炭资源约占总体煤炭储量的0.8％。近年来国家基建设施逐渐完善，高速公路和铁路下压煤越来越多，随着我国基础建设的发展“三下”压煤越来越多，充填开采可以提高煤炭回采率充分利用资源，煤矿矸石堆放严重影响地表环境，可将矸石充填至采空区解决煤炭企业矸石堆放减小对地表环境的破坏。

2、采动影响与开采沉陷是煤层开采时伴随的普遍问题。井工矿开采过程会扰动原岩应力，必然会使上覆岩层产生运动。随着工作面的推进，岩层移动发展到地表，则会引起地表移动和破坏，地表移动不剧烈时地表变形是连续渐变的。若工作面高强度开采，地表可能会出现非连续型破坏，包括地裂缝、塌陷坑等突变破坏。地表的移动和变形会使地面的建(构)筑物置于威胁状态，会使土地资源及地表生态环境破坏，对人们的生产生活产生较大的影响。

3、根据充填材料的不同充填技术有干式充填、水沙充填和胶结充填。胶结充填中主要有：赤泥胶结充填材料、矿渣胶结充填材料、高水固化胶结充填材料。赤泥胶结材料主要来源于工业废渣，因此其运输成本高、物料短缺，不适用于煤矿的大规模充填。

4、高水材料还应用在多个工程领域，高水材料的流动性较好可以在较宽的裂缝中流动所以可以使用高水材料注入裂缝中，可以起到堵水、加固围岩、巷旁充填的作用，还可以起到煤层中灭火等作用，在工程领域可以用来加固软土地基、加固松散围岩以及港口工程等得到广泛的应用。在矿上充填领域，高水充填材料由于其材料的流动性好，浆料的浓度低不易沉淀可以使用管道泵送，在泵送过程中料浆不易沉淀减少了充填过程中造成的堵管问题。

5、但高水充填材料在深井充填系统中充填料浆输送速度和压力均较大，对输送管道内壁产生法向及斜向冲击力，弯管段及垂直管段管壁磨损较为严重。

6、此外，目前使用的高水材料中甲、乙两种粉体材料在运送和储存的时候必须要严格保持干燥，不可以遇水受潮，在地面上存放不得超过两个月，矿井下存放不得超过半个月，并且在运送和储存过程中不得掺入其他杂物。由于高水材料固结体是含结晶水很高的钙矾石晶体，在干燥的环境中易失水粉化，使得材料后期稳定性差，故使用环境要保证是潮湿，温度不能过低，不宜在干燥、开放式的环境中使用。

7、本发明旨在提供一种便于调控的高水材料，该材料能够有效提高浆料的流动性，易于泵送。材料的长期失水性较稳定，材料固结体含水量高，与矸石、岩石等多数固体物有良好的胶结性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种卸载荷管道及其使用的高水材料的组分、制备方法，以解决现有技术中存在的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种卸载荷管道，包括：管体，所述管体的内部设置有卸载荷台；所述管体设置有第一管段和第二管段；所述第二管段内设置有导向槽，所述导向槽内转动设置有卸载荷台，所述卸载荷台受高水材料浆体冲击后压缩弹簧朝所述第一管段的管壁方向运动。

3、另一方面，本发明实施例还提供了一种如上所述的卸载荷管道使用的高水材料的配方，包括：主要由甲料和乙料组成，以重量百分比计，

4、所述甲料包括：40％～100％的硫铝酸盐水泥，2％～5％的悬浮剂，2％～4％的缓凝剂，20％～60％的高吸水树脂材料；

5、所述乙料包括：32％～74％的石膏，8％～24％的消石灰，2％～4％的悬浮剂，3％～6％的促凝剂，20％～60％的高吸水树脂材料；

6、所述甲料、乙料中的所述高吸水树脂材料为聚丙烯酸盐系、聚乙烯醇系、树脂共混和三元共混高吸水性树脂中的一种。

7、可选实施例中，以重量百分比计，所述甲料中的所述硫铝酸盐水泥包括：28％～38％特级铝矾土或三级铝矾土、12％～16％石膏、45％～55％石灰石。

8、可选实施例中，所述甲料或乙料中的所述悬浮剂为硅酸钠；所述甲料中的所述缓凝剂为焦磷酸钠、硼砂的至少一种；所述乙料中的所述促凝剂为碳酸氢钠、碳酸钡、碳酸镁、碳酸钙、氢氧化镁和氢氧化铝中的至少一种。

9、可选实施例中，所述乙料中的石膏为无水石膏，所述乙料中的消石灰为一级消石灰粉；其中，所述无水石膏与一级消石灰粉以重量百分比混合，包括：75％：25％、70％：30％、80％：20％、85％：15％、65％：35％，水灰比为2:1。

10、另一方面，本发明实施例还提供了一种如上所述的高水材料的制备方法，包括：

11、s1：2900g-3500g特级铝矾土或3200g-3900g三级铝矾土，1200g-1600g无水石膏和4900-5500g一级消石灰粉混合，缓慢煅烧至1350℃-1450℃，保持2小时，得到硫铝酸盐水泥熟料；

12、s2：硫铝酸盐水泥熟料中添加38g-48g硅酸钠，38g-48g焦磷酸钠，300g-450g三元共混高吸水性树脂充分搅拌混合得到甲料；

13、s3：5500g-6800g无水硬石膏，1500g-2300g一级消石灰粉，28g-35g硅酸钠，42g-48g碳酸氢钠或38-42g碳酸钙，350g-450g三元共混高吸水性树脂充分搅拌混合得到乙料；

14、s4：甲、乙料中分别按水固比2:1添加水，得到甲浆料和乙浆料，二者充分搅拌得到高水材料。

15、可选实施例中，s1中：特级铝矾土为3500g，无水石膏为1400g，一级消石灰粉为5100g，燃烧至1350℃；

16、s2中：硅酸钠为38g，焦磷酸钠为48g，三元共混高吸水性树脂为300g；

17、s3中：无水硬石膏为6200g，一级消石灰粉为1600g，硅酸钠为28g，碳酸钙38g，三元共混高吸水性树脂为350g。

18、可选实施例中，s1中：三级铝矾土为3900g，无水石膏为1200g，一级消石灰粉为4900g，燃烧至1450℃；

19、s2中：硅酸钠为45g，焦磷酸钠为42g，三元共混高吸水性树脂为400g；

20、s3中：无水硬石膏为5500g，一级消石灰粉为2300g，硅酸钠为30g，碳酸氢钠为48g，三元共混高吸水性树脂为400g。

21、可选实施例中，s1中：特级铝矾土为2900g，无水石膏为1600g，一级消石灰粉为5500g，燃烧至1350℃；

22、s2中：硅酸钠为48g，焦磷酸钠为38g，三元共混高吸水性树脂为350g；

23、s3中：无水硬石膏为6400g，一级消石灰粉为1500g，焦磷酸钠为35g，碳酸氢钠为42g，三元共混高吸水性树脂为450g。

24、可选实施例中，s1中：三级铝矾土为3200g，无水石膏为1400g，一级消石灰粉为5400g，燃烧至1450℃；

25、s2中：硅酸钠为46g，焦磷酸钠为40g，三元共混高吸水性树脂为450g；

26、s3中：无水硬石膏为6800g，一级消石灰粉为1200g，硅酸钠为33g，碳酸钙为42g，三元共混高吸水性树脂为400g。

27、本发明的有益效果在于：

28、(1)混合高水材料通过高压及重力到达管道中卸载荷台，卸载荷台中的卸载荷板与浆料接触，卸载荷板作用至多个弹簧，多个弹簧被压缩带动卸载荷板运动，通过多个弹簧的压缩对冲减小浆料高压携带的动能，进而减小浆料对管道的磨损。

29、(2)本发明中通过在甲料和乙料中均添加高吸水树脂材料，能够有效提高浆料的流动性，易于泵送。浇注完成后材料的抗压强度较高、长期失水性较稳定，材料粘结性较好，且终凝时间较短。此外配料中的悬浮剂、缓凝剂、促凝剂可以分别选自一种或几种原料，能够有效保证高水材料的力学性能。