CN104446252B - 一种煤矿胶结充填材料和充填方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以黄土为主要原料的煤矿胶结充填材料和充填方法，涉及煤矿胶结充填技术领域。所述煤矿胶结充填材料由水和固料组成，所述固料的质量浓度为50‑65％，包括30‑40重量份的黄土、10‑20重量份的粉煤灰和5‑10重量份的胶结料。将粉煤灰送入废弃物均化台进行均化；将黄土输送至筛分机，经振动筛对黄土进行筛分；通过螺旋给料机将胶结料、粉煤灰、黄土输送至一级搅拌桶加水进行搅拌后，将浆体卸入二级强化搅拌桶内，充分搅拌；将搅拌后浆体输送至井下。本发明的胶结填充材料成本低、输送性能优越，充填介质来源广泛，易于取材。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿胶结充填技术领域，特别涉及一种以黄土为主要原料的煤矿胶结充填材料和充填方法。
背景技术
目前煤矿胶结充填主要有膏体充填开采、似膏体充填开采，其制浆、输送系统都比较复杂，成本较高，初期强度和输送能力有很大的制约。尤其是浓度较高时，其添加促凝剂十分困难，造成工作循环时间长，不利于充填开采的高效实施。
黄土直接充填前提投资过大，并且需要有专门的输送系统，且直接充填后充填体压缩率大，充填效果不能保证，因此针对山西、陕西等地，进行黄土胶结充填工艺研究。
发明内容
针对目前存在的技术问题，本发明提供一种以黄土为主要原料的胶结煤矿充填材料和充填方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
本发明提供一种煤矿充填材料，由水和固料组成，所述固料的质量浓度为50-65％，包括30-40重量份的黄土、10-20重量份的粉煤灰和5-10重量份的胶结料。
其中，所述胶结料包括以下组分：20-25wt％硅酸盐水泥熟料、50-60wt％水淬渣、10-15wt％石膏、5-15wt％生石灰。
本发明中，所述黄土和所述粉煤灰的粒径小于1mm。
本发明煤矿充填材料由制浆系统制成。所述制浆系统包括：
废弃物均化台，将所述粉煤灰进行均化；
筛分机，将所述黄土输送至筛分机，经振动筛对黄土进行筛分；
储料仓，用于盛放筛分后的黄土；
螺旋给料机，采用螺旋给料机对称量斗将所述黄土、所述粉煤灰和所述胶结料进行给料；
上料皮带，通过上料皮带将所述粉煤灰或所述黄土输送至目标装置；
一级搅拌桶，用于将黄土、粉煤灰、胶结料与水进行混合搅拌；
二级强化搅拌桶，将一级搅拌后的物料进行强化搅拌，激发胶固料活性。
本发明还提供了一种煤矿充填材料的充填方法，包括以下步骤：
(1)挖取黄土，通过上料皮带将黄土输送至震动筛分机，将筛分后的黄土输送至储料仓内；作为优选，对已筛分土进行取样，测算土的含水量，以便调节在充填材料中加入的水量。黄土输送至振动筛内，筛除颗粒大于1mm的黄土颗粒。
(2)将所述粉煤灰通过上料皮带输送至废弃物均化台进行均化，使粉煤灰粒径在1mm以下；
(3)将所述黄土、所述粉煤灰和所述胶结料通过上料皮带输送至螺旋给料机的对称量斗进行给料，称量后，放入所述一级搅拌桶内加所述水进行搅拌，将固料与水混合，以40-60转/分搅拌3-5min；
(4)将一级搅拌桶内的浆体卸入所述二级强化搅拌桶内以250-350转/分搅拌4-6min；
(5)将二级搅拌后的成品浆体输送至井下充填区域。作为优选，所述浆体通过泵压或自流输送至井下。
本发明中黄土材料充填是一种胶结充填技术，是将黄土、粉煤灰、辅料等与水混合，搅拌加工成为具有良好稳定性、流动性和可塑性的料浆，在泵压作用下以柱塞流的形态或自流方式输送到采空区完成充填作业，待凝固后起到支撑作用的过程。采用该方式填充，充填体压缩率低，具有自立性和一定的承载能力。充填材料为凝结性材料，凝固后形成一定强度的充填体，是一种过饱和的密实体结构，充填体压缩率远小于松散体充填材料的压缩率。
本发明固水率高，充分利用粉煤灰固体废弃物的化学特点，进行有效激发，促进钙矾石的生成，能够使得固水率达到质量浓度的30％以上。本发明采用二级强化搅拌，最大限度的激发浆体的活性。成本低，主要充填介质为黄土及工业废弃物，胶结材料使用量少。充填介质来源广泛，西部黄土资源丰富，易于取材。填充材料输送性能优越，质量浓度50％左右易于输送，充填料浆管道输送效率高。充填材料采用管道输送，输送管道占据空间小，可以方便地适应拐弯、下坡和上坡，其中的水构成充填体的有机组成部分，在充填工作面不需要泌出，管道输送物基本全部得以利用。
具体实施方式
下面将结合本发明中的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
(1)采用通过挖掘机挖取山西吕梁地区黄土梁的黄土，通过上料皮带将黄土输送至震动筛分机，筛除颗粒大于1mm的黄土颗粒及杂质，将筛分后的黄土输送至储料仓内。
(2)将所述粉煤灰通过上料皮带输送至废弃物均化台进行均化，使粉煤灰粒径在1mm以下；
(3)将黄土、粉煤灰和胶结料通过上料皮带输送至螺旋给料机的对称量斗进行称量给料，将300kg黄土、100kg粉煤灰、10kg硅酸盐水泥熟料、25kg水淬渣、7.5kg石膏、7.5kg生石灰放入一级搅拌桶内，加225L水以40转/分搅拌3min混合；
(4)将一级搅拌桶内的混合浆体卸入二级强化搅拌桶内以320转/分搅拌5min，激发胶固料活性；
(5)将二级搅拌后的成品浆体通过泵压或自流输送至井下充填区域。
研制的胶固料由硅酸盐水泥熟料、水淬渣、石膏、生石灰构成，其中硅酸盐水泥熟料含量为20％，水淬渣含量为50％，石膏含量为15％，生石灰含量为15％。制成浆体的含水量为35％。
初凝时间为3h，其中8h强度为0.85MPa，1D强度为1.5MPa，3D强度为2.8MPa，7D强度为3.8MPa，28天强度为4.2MPa。
实施例2
(1)采用通过挖掘机挖取山西吕梁地区黄土梁的黄土，通过上料皮带将黄土输送至震动筛分机，筛除颗粒大于1mm的黄土颗粒及杂质，将筛分后的黄土输送至储料仓内。
(2)将所述粉煤灰通过上料皮带输送至废弃物均化台进行均化，使粉煤灰粒径在1mm以下；
(3)将黄土、粉煤灰和胶结料通过上料皮带输送至螺旋给料机的对称量斗进行称量给料，将400kg黄土、200kg粉煤灰、25kg硅酸盐水泥熟料、55kg水淬渣、10kg石膏、10kg生石灰放入一级搅拌桶内，加245L水以60转/分搅拌5min混合；
(4)将一级搅拌桶内的混合浆体卸入二级强化搅拌桶内以350转/分搅拌6min，激发胶固料活性；
(5)将二级搅拌后的成品浆体通过泵压或自流输送至井下充填区域。
研制的胶固料由硅酸盐水泥熟料、水淬渣、石膏、生石灰构成，其中硅酸盐水泥熟料含量为25％，水淬渣含量为55％，石膏含量为10％，生石灰含量为10％。制成浆体的含水量为50％。
初凝时间为3.2h，其中8h强度为0.8MPa，1D强度为1.7MPa，3D强度为3.0MPa，7D强度为4.5MPa，28天强度为4.8MPa。
实施例3
(1)采用通过挖掘机挖取山西吕梁地区黄土梁的黄土，通过上料皮带将黄土输送至震动筛分机，筛除颗粒大于1mm的黄土颗粒及杂质，将筛分后的黄土输送至储料仓内。
(2)将所述粉煤灰通过上料皮带输送至废弃物均化台进行均化，使粉煤灰粒径在1mm以下；
(3)将黄土、粉煤灰和胶结料通过上料皮带输送至螺旋给料机的对称量斗进行称量给料，将350kg黄土、150kg粉煤灰、16kg硅酸盐水泥熟料、48kg水淬渣、12kg石膏、4kg生石灰放入一级搅拌桶内，加232L水以50转/分搅拌4min混合；
(4)将一级搅拌桶内的混合浆体卸入二级强化搅拌桶内以280转/分搅拌4min，激发胶固料活性；
(5)将二级搅拌后的成品浆体通过泵压或自流输送至井下充填区域。
研制的胶固料由硅酸盐水泥熟料、水淬渣、石膏、生石灰构成，其中硅酸盐水泥熟料含量为20％，水淬渣含量为60％，石膏含量为15％，生石灰含量为5％。制成浆体的含水量为40％。
初凝时间为2.9h，其中8h强度为0.9MPa，1D强度为1.7MPa，3D强度为3.1MPa，7D强度为4.0MPa，28天强度为4.5MPa。
实施例4
(1)采用通过挖掘机挖取山西吕梁地区黄土梁的黄土，通过上料皮带将黄土输送至震动筛分机，筛除颗粒大于1mm的黄土颗粒及杂质，将筛分后的黄土输送至储料仓内。
(2)将所述粉煤灰通过上料皮带输送至废弃物均化台进行均化，使粉煤灰粒径在1mm以下；
(3)将黄土、粉煤灰和胶结料通过上料皮带输送至螺旋给料机的对称量斗进行称量给料，将300kg黄土、200kg粉煤灰、23kg硅酸盐水泥熟料、55kg水淬渣、12kg石膏、10kg生石灰放入一级搅拌桶内，加270L水以55转/分搅拌5min混合；
(4)将一级搅拌桶内的混合浆体卸入二级强化搅拌桶内以250转/分搅拌4min，激发胶固料活性；
(5)将二级搅拌后的成品浆体通过泵压或自流输送至井下充填区域。
研制的胶固料由硅酸盐水泥熟料、水淬渣、石膏、生石灰构成，其中硅酸盐水泥熟料含量为23％，水淬渣含量为55％，石膏含量为12％，生石灰含量为10％。制成浆体的含水量为45％。
初凝时间为2.8h，其中8h强度为0.83MPa，1D强度为1.7MPa，3D强度为3.1MPa，7D强度为3.9MPa，28天强度为4.7MPa。
本发明制备的填充材料浆体浓度为50％～65％，利于管路输送，无需采用专用充填柱塞泵，应用普通泥浆泵或自流即可达到输送效果，工艺简单成本较低。
上述实施方式旨在举例说明本发明可为本领域专业技术人员实现或使用，对上述实施方式进行修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，故本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种煤矿胶结充填材料，其特征在于，充填材料由水和固料组成，所述固料的质量浓度为50-65％，包括30-40重量份的黄土、10-20重量份的粉煤灰和5-10重量份的胶结料；所述胶结料包括以下组分：20～25wt％硅酸盐水泥熟料、50～60wt％水淬渣、10～15wt％石膏、5～15wt％生石灰；所述黄土和所述粉煤灰的粒径小于1mm。
2.根据权利要求1所述的煤矿胶结充填材料，所述煤矿充填材料由制浆系统制成，所述制浆系统包括：
废弃物均化台，将所述粉煤灰进行均化；
筛分机，将所述黄土输送至筛分机，经振动筛对黄土进行筛分；
储料仓，用于盛放筛分后的黄土；
螺旋给料机，采用螺旋给料机对称量斗将所述黄土、所述粉煤灰和所述胶结料进行给料；
上料皮带，通过上料皮带将所述粉煤灰或所述黄土输送至目标装置；
一级搅拌桶，用于将黄土、粉煤灰、胶结料与水进行混合搅拌；
二级强化搅拌桶，将一级搅拌后的物料进行强化搅拌，激发胶固料活性。
3.一种用权利要求1或2所述煤矿胶结充填材料进行充填的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)挖取黄土，通过上料皮带将黄土输送至震动筛分机，将筛分后的黄土输送至储料仓内；
(2)将所述粉煤灰通过上料皮带输送至废弃物均化台进行均化；
(3)将所述黄土、所述粉煤灰和所述胶结料通过上料皮带输送至螺旋给料机的对称量斗进行给料，称量后，放入一级搅拌桶内加所述水进行搅拌，将固料与水混合，以40-60转/分搅拌3～5min；
(4)将一级搅拌桶内的浆体卸入二级强化搅拌桶内以250-350转/分搅拌4-6min；
(5)将二级搅拌后的成品浆体输送至井下充填区域。
4.根据权利要求3所述的煤矿胶结充填材料的充填方法，其特征在于，对已筛分土进行取样，测算土的含水量。
5.根据权利要求3所述的煤矿胶结充填材料的充填方法，其特征在于，黄土输送至振动筛内，筛除颗粒大于1mm的黄土颗粒。
6.根据权利要求3所述的煤矿胶结充填材料的充填方法，其特征在于，所述浆体通过泵压或自流输送至井下充填区域。
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