CN103011742A - 主动施压高膨胀型膏体充填材料 - Google Patents

主动施压高膨胀型膏体充填材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种主动施压高膨胀型膏体充填材料，它是由半水石膏、粉煤灰、水泥、石灰、水、膨胀剂和缓凝剂混合均匀而成，用泵送充填即可。本发明充填材料在凝固成型过程中产生气体而膨胀，经本充填材料充填的墙体能够主动施压接顶充填采空区，会对上覆岩层进行有效的支撑，从而达到控制地面沉降的目的。充填材料为膏状，固液比为（2.2～3.3）:1，用水量少，特别适宜于缺水矿区。

Description

主动施压高膨胀型膏体充填材料
技术领域
本发明涉及一种膏体充填材料，尤其是用于矿井的膨胀型膏体充填材料，属于建筑物、水体、铁路下（简称“三下”）采矿技术领域。
背景技术
我国有丰富的矿产资源，储量居世界前列。在矿藏上方有数量众多的建筑物、水体和铁路、高级公路，各矿区都不同程度地存在“三下”压矿产资源的问题。长期以来，我国矿山“三下”采矿方法主要采用村庄(城镇)搬迁、条带、房柱开采和充填开采这几种方法。
对于充填开采来说，根据选用材料的不同主要分为两种方式：非膨胀性充填开采和膨胀性充填开采。非膨胀性充填一般所用充填材料主要为煤矸石、尾矿、河砂、劣质土、建筑垃圾、粉煤灰、高炉炉渣、赤泥等固体废弃物，所用充填方式主要有干式充填、水力充填和胶结充填三种，其主要不足之处表现为充填料接顶困难，难以达到控制地表沉陷的目的。与本发明有关的技术是膨胀性充填材料。
目前膨胀性充填材料主要由高水材料、赤泥和尾砂组成，如：
中国专利申请号201010300671.1公开了一种“高水膨胀充填材料”，它是由粉煤灰、膨胀剂、延缓剂、速凝剂、固化剂和水组成的料浆；其固液比为1∶1.2～1.5，比重为1.35，膨胀率为10～30％。其不足是：充填方式是自流充填，不适合于泵送，需要大量的水，充填强度低，充填材料易风化，高温性能差，不适于在开放、高温、干燥的环境下使用。
中国专利申请号201010615171.7公开了一种“尾矿基流体膨胀充填材料”，该材料由A、B两种组分构成，A组分由尾矿、粉煤灰、固化剂和水组成，B组分为膨胀剂，充填时，将A组分与B组分混合。本充填材料膨胀率可达10％～30％，能够主动施压接顶充填采空区，从而有效控制地表，使地表无扰动。其不足是：充填方式是自流充填，不适合于泵送，充填材料制备需要大量的水，增加排水成本，充填强度低。
中国专利申请号201010615079.0，公开了一种赤泥基流体膨胀充填材料，该材料由A、B两种组分构成，A组分由下列赤泥、煤灰、固化剂和水组成，B组分为膨胀剂，充填时，将A组分与B组分混合。本充填材料膨胀率可达10％～30％，能够主动施压接顶充填采空区。其不足是：充填方式是自流充填，不适合于泵送充填，充填材料制备需要大量的水，增加排水成本，充填强度低。
发明内容
为了克服现有膨胀型充填材料充填时需水量大、需要专设排水巷道、充填强度低，不适合泵送充填的技术缺陷，本发明提供一种膨胀充填效果好、能够解决采空区充填主动接顶问题、需水量少、适合泵送充填的膨胀型膏体充填材料。
为达到上述目的，本发明的膏体充填材料原料配比如下：
Figure BDA00002531616700021
所述的半水石膏优选α型半水石膏、β型半水石膏的一种或一种以上。
所述的缓凝剂优选硼砂、柠檬酸、多聚磷酸钠的一种或一种以上。
所述的膨胀剂优选铝粉。添加膨胀剂时，可根据所需膨胀率大小的需求调节其添加量，得到膨胀型膏体充填材料的膨胀率在4％～50％。
所述的水泥优选硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥的一种或一种以上。
使用时，先将半水石膏、粉煤灰、硅酸盐水泥、石灰、水按照配比混合均匀，然后加入膨胀剂和缓凝剂混合均匀，用泵送充填即可。
本发明的高膨胀型膏体充填材料优点是，
一是由于添加铝粉，使充填材料在凝固成型过程中产生气体而膨胀，经本充填材料充填的墙体能够主动施压接顶充填采空区，会对上覆岩层进行有效的支撑，从而达到控制地面沉降的目的。
二是本发明的充填材料为膏状，固液比为（2.2～3.3）:1，用水量少，特别适宜于缺水矿区；
三是经检验：本发明膨胀率可达4％～50％，初凝时间为17min～6h22min，终凝时间为30min～8h，膨胀开始时间为20min～1h35min，终止膨胀时间为1h20min～2h30min，1d的抗压强度为0.5MPa～4MPa，28d强度为2MPa～6.5Mpa。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
实施例一
1、原料：α型半水石膏300kg、粉煤灰100kg、硅酸盐水泥45kg、石灰45kg、水180kg、膨胀剂铝粉0.24kg、缓凝剂柠檬酸0.24Kg。
2、制法：将α型半水石膏、粉煤灰、硅酸盐水泥、石灰、水按照配比混合均匀，将铝粉和柠檬酸均匀加入即可。
按照上述组分制得的一种膨胀型膏体充填材料的膨胀率为4.5％，充填材料在2h47min初凝，3h37min终凝，膨胀开始时间为1h10min，终止膨胀时间为2h05min，1d的抗压强度为1.5MPa，28d强度为5.89MPa，能够主动施压接顶充填采空区，对上覆岩层进行有效的支撑，从而达到控制地面沉降的目的，特别适合缺水矿区的充填开采。
实施例二
原料：α型半水石膏240kg、粉煤灰100kg、硅酸盐水泥105kg、石灰45kg、水200kg、膨胀剂铝粉0.48kg、缓凝剂柠檬酸0.24Kg。制备方法同实施例一。
按照上述组分制得的一种膨胀型膏体充填材料的膨胀率为8.3％，充填材料在2h47min初凝，3h37min终凝，膨胀开始时间为1h05min，终止膨胀时间为2h05min，1d的抗压强度为1.02MPa，28d强度为3.68MPa，能够主动施压接顶充填采空区，对上覆岩层进行有效的支撑，从而达到控制地面沉降的目的，特别适合缺水矿区的充填开采。
实施例三
原料：α型半水石膏300kg、粉煤灰45kg、硅酸盐水泥90kg、石灰45kg、水180kg、膨胀剂铝粉0.96kg、缓凝剂硼砂1.2Kg。制备方法同实施例一。
按照上述组分制得的一种膨胀型膏体充填材料的膨胀率为17.5％，充填材料在54min初凝，2h32min终凝，膨胀开始时间为35min，终止膨胀时间为1h15min，1d的抗压强度为2.79MPa，28d强度为3.03MPa，能够主动施压接顶充填采空区，对上覆岩层进行有效的支撑，从而达到控制地面沉降的目的，特别适合缺水矿区的充填开采。
实施例四
原料：α型半水石膏260kg、粉煤灰100kg、硅酸盐水泥85kg、石灰45kg、水180kg、膨胀剂铝粉0.24kg、缓凝剂硼砂1.2Kg。制备方法同实施例一。
按照上述组分制得的一种膨胀型膏体充填材料的膨胀率为4％，充填材料在54min初凝，2h32min终凝，膨胀开始时间为35min，终止膨胀时间为1h15min，1d的抗压强度为5.7MPa，28d强度为6.5MPa，能够主动施压接顶充填采空区，对上覆岩层进行有效的支撑，从而达到控制地面沉降的目的，特别适合缺水矿区的充填开采。
实施例五
原料：β型半水石膏300kg、粉煤灰100kg、硅酸盐水泥45kg、石灰45kg、水180kg、膨胀剂铝粉0.98kg、缓凝剂硼砂0.36kg。制备方法同实施例一。
按照上述组分制得的一种膨胀型膏体充填材料的膨胀率为23.30％，充填材料在2h31min初凝，2h21min终凝，膨胀开始时间为1h 35min，终止膨胀时间为2h，1d的抗压强度为1.1MPa，28d强度为2.38MPa，能够主动施压接顶充填采空区，对上覆岩层进行有效的支撑，从而达到控制地面沉降的目的，特别适合缺水矿区的充填开采。
实施例6
原料：β型半水石膏300kg、粉煤灰100kg、硅酸盐水泥90kg、水180kg、膨胀剂铝粉0.6kg、缓凝剂多聚磷酸钠0.24kg。制备方法同实施例一。
按照上述组分制得的一种膨胀型膏体充填材料的膨胀率为30％，充填材料在3h 27min初凝，4h21min终凝，膨胀开始时间为1h 25min，终止膨胀时间为2h12min，1d的抗压强度为0.53MPa，最终强度为2.03MPa，能够主动施压接顶充填采空区，对上覆岩层进行有效的支撑，从而达到控制地面沉降的目的，特别适合缺水矿区的充填开采。
实施例7
原料：α型半水石膏300kg、粉煤灰100kg、硅酸盐水泥90kg、水180kg、膨胀剂铝粉1.2kg、缓凝剂多聚磷酸钠0.24kg。制备方法同实施例一。
按照上述组分制得的一种膨胀型膏体充填材料的膨胀率为50％，充填材料在3h 12min初凝，4h09min终凝，膨胀开始时间为1h 35min，终止膨胀时间为2h22min，1d的抗压强度为0.63MPa，最终强度为2.33MPa，能够主动施压接顶充填采空区，对上覆岩层进行有效的支撑，从而达到控制地面沉降的目的，特别适合缺水矿区的充填开采。
实施例8
原料：α型半水石膏300kg、粉煤灰90kg、硅酸盐水泥150kg、水250kg、膨胀剂铝粉0.85kg、缓凝剂多聚磷酸钠1.5kg。制备方法同实施例一。
按照上述组分制得的一种膨胀型膏体充填材料的膨胀率为45％，充填材料在6h 22min初凝，8h终凝，膨胀开始时间为1h 30min，终止膨胀时间为2h30min，1d的抗压强度为0.5MPa，最终强度为2.12MPa，能够主动施压接顶充填采空区，对上覆岩层进行有效的支撑，从而达到控制地面沉降的目的，特别适合缺水矿区的充填开采。

Claims (6)

1.一种主动施压高膨胀型膏体充填材料，其特征在于，配比如下：
Figure FDA00002531616600011
2.如权利要求1所述的主动施压高膨胀型膏体充填材料，其特征在于，所述的半水石膏为α型半水石膏和/或β型半水石膏。
3.如权利要求1所述的主动施压高膨胀型膏体充填材料，其特征在于，所述的缓凝剂为硼砂、柠檬酸、多聚磷酸钠中的一种或一种以上。
4.如权利要求1所述的主动施压高膨胀型膏体充填材料，其特征在于，所述的膨胀剂为铝粉。
5.如权利要求1所述的主动施压高膨胀型膏体充填材料，其特征在于，所述的水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥中的一种或一种以上。
6.如权利要求1-5任一所述的主动施压高膨胀型膏体充填材料的使用方法，其特征在于，使用时，先将半水石膏、粉煤灰、硅酸盐水泥、石灰和水按照配比混合均匀，然后加入膨胀剂和缓凝剂混合均匀，用泵送充填即可。
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