CN103626452A - 一种超高水充填材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高水充填材料，该充填材料是由甲乙两种组分组成，其中，甲组分为硫铝酸钙、铝酸钙、碳酸钙、碳酸钠、聚丙烯酰胺和羟甲基纤维素钠；乙组分为硫酸钙、氧化钙、偏铝酸盐和氯化钙，乙组分中偏铝酸盐为偏铝酸钠或偏铝酸钙。该充填材料的重量百分比组成为：甲组分：硫铝酸钙45-75%、铝酸钙15-45%、碳酸钙2-8%、碳酸钠2-8%、聚丙烯酰胺0.5-2%、羟甲基纤维素钠0.5-2%；乙组分为硫酸钙70-90%、氧化钙8-25%、偏铝酸盐1-5%、氯化钙1-3%。甲组分与乙组分的重量比为0.5-2：1。本发明的超高水充填材料具有初凝时间短、凝结后强度高、并且强度稳定的优点。本发明的超高水充填材料无毒、无味、无污染、安全环保。

Description

一种超高水充填材料

 技术领域

本发明涉及矿山充填技术领域，尤其涉及一种超高水充填材料。

 背景技术

高水材料是冶金行业金矿、铁矿等的单位充填和尾砂充填、废料充填的胶结材料。可广泛应用于煤炭行业巷旁充填支护,采空区堵漏灭火、阻燃、井巷壁厚充填支护等。

高水材料用于采空区充填有着工艺简单、凝结速度快、性能稳定等优点。为减小开采引起的地表建、构筑物的变形，采矿工程的采空区一般需要支护或充填，传统的充填材料主要有两类：一是以硅酸盐水泥掺加水玻璃等的充填材料，但该类材料的使用寿命短(通常仅可用2-3a)，且存在作业固化时间长，材料浪费等缺点；二是以高分子为主的充填材料，近年来，科研人员已研制出高水速凝固材料(简称高水材料)，它是一种价格低廉，使用方便，并具有一定力学性能的可泵性支护材料，高水材料可替代木材、钢材使用，充填工艺简单，凝结速度快，可减少固化剂的用量。

但是现有的高水材料大都存在着初凝时间长，强度低等缺点，难以满足充填的需要。

 发明内容

为了解决现有的高水材料大都存在着初凝时间长，强度低等缺点本发明提出了一种超高水充填材料。

本发明采用如下技术方案：

本发明的超高水充填材料是由甲乙两种组分组成，其中，甲组分为硫铝酸钙、铝酸钙、碳酸钙、碳酸钠、聚丙烯酰胺和羟甲基纤维素钠；乙组分为硫酸钙、氧化钙、偏铝酸盐和氯化钙，乙组分中偏铝酸盐为偏铝酸钠或偏铝酸钙。

该材料的重量百分比组成为：甲组分：硫铝酸钙45-75%、铝酸钙15-45%、碳酸钙2-8%、碳酸钠2-8%、聚丙烯酰胺0.5-2%、羟甲基纤维素钠0.5-2%；乙组分为硫酸钙70-90%、氧化钙8-25%、偏铝酸盐1-5%、氯化钙1-3%。

优选：甲组分：硫铝酸钙50-70%、铝酸钙20-40%、碳酸钙3-7%、碳酸钠3-7%、聚丙烯酰胺0.5-2%、羟甲基纤维素钠0.5-2%；乙组分为硫酸钙75-85%、氧化钙12-22%、偏铝酸盐2-4%、氯化钙1-3%。

更优选：甲组分：硫铝酸钙58%、铝酸钙30%、碳酸钙5%、碳酸钠5%、聚丙烯酰胺1%、羟甲基纤维素钠1%；乙组分为硫酸钙78%、氧化钙17%、偏铝酸钙3%、氯化钙2%。

甲组分与乙组分的重量比为0.5-2：1。

优选：甲组分与乙组分的重量比为1：1。

本发明的超高水充填材料在使用时与水分的重量配比如下：甲：乙：水=1:1:10-20，优选：甲：乙：水=1:1:16。

本发明的取得的技术进步如下：

1、充填成本低。

在解放有限煤炭资源延长矿井寿命的同时，也为煤矿带来了巨大的经济效益。

充填系统设备投资较低，主要充填原材料——矿井水充足。

充填体含水量更高，充填成本更低。

充填材料具有可灌注性、胶结性，在超高水充填材料中进一步引入矸石、煤灰等工业废料，提高充填体强度并进一步降低充填吨煤成本。

充填材料可消除承压水威胁，实现安全带压开采，保证矿井安全，大幅降低防治水费用。

充填工艺有利于地面环境保护，减少地表塌陷的治理费用，降低生产成本。

2、性能稳定

超高水充填材料无毒、无味、无污染、安全环保；通过选用不同骨料和骨胶比，可优化设计填料浆的浓度及充填体的强度，其制备成的充填料浆流动性好，易于输送，输送距离不受限制、凝结时间易调的特点，凝结时间可根据需要在90分钟内调整。固结体具有体积应变较小，显现出在三向受力状态下良好的不可压缩性，利于现场充填应用。

超高水充填材料水体积可达97%，最终强度可达0.66MPa，材料高持水，凝固速度快，早期强度高，具有良好的承载性能等特性。

超高水充填材料具有早强。快硬的特点，7天抗压强度能够达到最终强度的60%-90%。

超高水材料采空区充填密实，对大空间与细小裂隙都进行了密实充填，且充填体固结凝固状态好，在三向受力状态下对围岩起到了极好的支撑与稳定作用。

3、工艺简单、先进

充填工艺简单，充填效果好。超高水充填开采对工作面生产能力影响较小，矿井稳产时间长，充填与回采工艺互不影响，是高产高效工作面采空区实施充填开采的有效方法，是其它采空区充填方法所无法比拟的采空区充填工艺方法。

超高水充填材料采空区充填技术对社会与环境效益显著。充填工作面对应的地表未受到大的影响，且该技术可消耗大量井下污水，减少排水对地面的污染，大大降低排水费用；同时充填开采减小了上覆岩层的下沉与破坏，特别是对上覆岩层含水层的破坏，使其得到了有效保护或减少了渗漏，即有效保护了开采区域的水资源。

超高水充填开采不仅有效控制了上覆岩层的下沉，而且减小了对底板的破坏程度，特别是开放式充填，超高水材料固结体可渗入到破坏底板的裂隙中，对底板起到了加固和再胶结作用。因此，超高水充填材料及充填开采工艺技术为"三下一上"煤炭充填开采提供了新材料与方法。

具体实施方式

下面的实施例是对本发明的进一步详细描述。

实施例1

甲组分：硫铝酸钙45Kg、铝酸钙44Kg、碳酸钙2Kg、碳酸钠8Kg、聚丙烯酰胺0.5 Kg、羟甲基纤维素钠0.5 Kg。

乙组分：硫酸钙70Kg、氧化钙:24Kg、偏铝酸钙5Kg、氯化钙1Kg。

实施例2

甲组分：硫铝酸钙75Kg、铝酸钙15Kg、碳酸钙4Kg、碳酸钠2Kg、聚丙烯酰胺2Kg、羟甲基纤维素钠2Kg。

乙组分：硫酸钙88Kg、氧化钙8Kg、偏铝酸钠1Kg、氯化钙3Kg。

实施例3

甲组分：硫铝酸钙48Kg、铝酸钙40Kg、碳酸钙3Kg、碳酸钠7Kg、聚丙烯酰胺1Kg、羟甲基纤维素钠1Kg。

乙组分：硫酸钙73Kg、氧化钙22Kg、偏铝酸钠3Kg、氯化钙2Kg。

实施例4

甲组分：硫铝酸钙68Kg、铝酸钙20Kg、碳酸钙7Kg、碳酸钠3Kg、聚丙烯酰胺1Kg、羟甲基纤维素钠1Kg。

乙组分：硫酸钙83Kg、氧化钙12Kg、偏铝酸钙3Kg、氯化钙2Kg。

实施例5

甲组分：硫铝酸钙58Kg、铝酸钙30Kg、碳酸钙5Kg、碳酸钠5Kg、聚丙烯酰胺1Kg、羟甲基纤维素钠1Kg。

乙组分：硫酸钙78Kg、氧化钙17Kg、偏铝酸钙3Kg、氯化钙2Kg。

实施例6

将本发明实施例1-5的超高水材料进行性能测定，在施工时,甲组分、乙组分和水的重量比为1:1:16，结果如表1所示。

表1实施例1-5的超高水材料的性能

    由表1可以看出本发明的超高水材料具有很短的初凝时间和良好的强度，完全满足施工的需要。

尽管已经给出和描述了本发明的实施例，但是对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求。

Claims (6)

1.一种超高水充填材料，其特征在于：该材料是由甲乙两种组分组成，其中，甲组分为硫铝酸钙、铝酸钙、碳酸钙、碳酸钠、聚丙烯酰胺和羟甲基纤维素钠；乙组分为硫酸钙、氧化钙、偏铝酸盐和氯化钙，乙组分中偏铝酸盐为偏铝酸钠或偏铝酸钙。

2.如权利要求1所述的超高水充填材料，其特征在于：该材料的重量百分比组成为：甲组分：硫铝酸钙45-75%、铝酸钙15-45%、碳酸钙2-8%、碳酸钠2-8%、聚丙烯酰胺0.5-2%、羟甲基纤维素钠0.5-2%；乙组分为硫酸钙70-90%、氧化钙8-25%、偏铝酸盐1-5%、氯化钙1-3%。

3.如权利要求1所述的超高水充填材料，其特征在于：该材料的重量百分比组成为：甲组分：硫铝酸钙50-70%、铝酸钙20-40%、碳酸钙3-7%、碳酸钠3-7%、聚丙烯酰胺0.5-2%、羟甲基纤维素钠0.5-2%；乙组分为硫酸钙75-85%、氧化钙12-22%、偏铝酸盐2-4%、氯化钙1-3%。

4.如权利要求1所述的超高水充填材料，其特征在于：该材料的重量百分比组成为：甲组分：硫铝酸钙58%、铝酸钙30%、碳酸钙5%、碳酸钠5%、聚丙烯酰胺1%、羟甲基纤维素钠1%；乙组分为硫酸钙78%、氧化钙17%、偏铝酸钙3%、氯化钙2%。

5.如权利要求1所述的超高水充填材料，其特征在于：甲组分与乙组分的重量比为0.5-2：1。

6.如权利要求1所述的超高水充填材料，其特征在于：甲组分与乙组分的重量比为1：1。