CN104556885B - 一种可泵送的煤矿采空区回填料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种可泵送的煤矿采空区回填料及其制备方法，所述可泵送的煤矿采空区回填料包括以下质量配比的原料：水泥10％～15％、粉煤灰10％～20％、煤矸石粉65％～80％、减水剂1％～1.5％、稳塑剂0.5％～1％和缓凝剂0.1％～0.5％(其中减水剂、稳塑剂、缓凝剂均是占水泥质量的百分比)，所述可泵送的煤矿采空区回填料的水固比为0.65～0.8。本发明还提供一种制备所述可泵送的煤矿采空区回填料的制备方法，所述方法工艺步骤为：将水泥、粉煤灰、煤矸石粉按配方比例称量混合均匀，再加入溶解了减水剂、稳塑剂、缓凝剂的定量水分，搅拌制成均匀料浆，即得一种可泵送的煤矿采空区回填料。

Description

一种可泵送的煤矿采空区回填料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种煤矿采空区回填材料，具体地涉及一种可泵送的煤矿采空区回填料及其制备方法。
技术背景
目前，煤炭仍是我国主要能源，每年我国要开采并消耗大量的煤。但煤矿开采造成的危害也与日俱增，主要包括煤矿采空区导致的地面塌陷、煤矸石的堆积及生态的破坏。若煤矿采空区没有经过合理的后续治理，其造成地面塌陷对环境的影响尤为严重。
国内外矿山采空区治理，最早的充填方法是干式充填。干式充填是将采集的块石、砂石、土壤、工业废渣等干式充填材料用人力、重力或机械设备运送到待充填区域，形成可压缩的松散充填体。这样的充填劳动力需求大、作业成本高、采场充填时间长、影响生产等缺点，而且充填效果不理想。由于干式充填存在着许多问题，逐渐发展了水力充填。到目前为止，水力充填在煤矿应用最广，减沉效果也最好。但是由于水力充填的充填材料缺乏内聚特性，不能形成稳固自立的充填体，同时还存在排水的问题。在20世纪60年代，各国的金属矿山开始试验胶结充填技术。胶结充填技术也经历了由低浓度向高浓度发展的过程，普遍采用硅酸盐水泥或其它胶凝材料添加到低浓度水砂充填料中，质量浓度60％～68％，既提高了充填体强度，又易于实现水力输送。
本发明提供一种以煤矸石为主要原料，通过将煤矸石粉碎，加入水泥、粉煤灰作为胶凝材料，利用外加剂调节其流动性，实现回填料可泵性。利用这种回填料充填到地下采空区，可以充分利用废弃煤矸石，以最大限度地提高利用率，减少地表堆存量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种可泵送的煤矿采空区回填料及其制备方法，所制备的回填料具有简单、节能、易操作、工作效率高的优点。本发明通过调节回填料各组分用量的比例以及外加剂的用量，实现了以煤矸石为主要原料的可泵送的回填料，实现了可泵送、易运输、便于施工的优点。
本发明提供一种可泵送的煤矿采空区回填料，其特征在于：由水泥、粉煤灰、煤矸石粉及改性剂组成，按其重量百分比计，水泥为9.55～15％、粉煤灰为10～20％、煤矸石粉为65～80％，改性剂为0.16～0.45％，所述改性剂由减水剂、稳塑剂及缓凝剂组成，按其占水泥重量百分比计，所述减水剂为1～1.5％、稳塑剂为0.5-1.0％、缓凝剂为0.1-0.5％。
优选的，所述煤矸石粉由SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O及TiO2组成，按其重量百分比计，SiO2 53％～88％，Al2O3 0.4％～20％，Fe2O3 0.4％～4％，MgO 0.2％～1.2％，CaO 0.3％～1％，Na2O 0.1％～1％，K2O 0.1％～5％，TiO2 0.1％～0.6％；按其粒径分布百分比计，粒径为4.75mm～1.18mm占70％～80％，粒径为1.18mm～0.0075mm占15％～30％，粒径小于0.075mm占0％～5％。
优选的，所述的水泥为市售的标号为325或以上的硅酸盐水泥，所述的粉煤灰为市售的2级粉煤灰。
优选的，所述减水剂为木质素磺酸盐、聚羧酸系减水剂中的任意一种或两种以任意比例混合而成的混合物。
优选的，所述减水剂为木质素磺酸钙。
优选的，所述的稳塑剂为聚丙烯酰胺、羟丙基甲基纤维素中的任意一种或两种以任意比例而成的混合物。
优选的，所述的缓凝剂为葡糖糖酸钠、柠檬酸钠中的任意一种或两种以任意比例而成的混合物。
优选的，所述回填料的制备步骤：
a、将水泥、粉煤灰、煤矸石粉按比例称量混合均匀；
b、按既定配比称量减水剂、稳塑剂、缓凝剂和水，并将其混合均匀；
c、将步骤b制得的混合液加入步骤a中搅拌制成均匀料浆，并加水搅拌均匀，水固比控制在0.65～0.8范围内，利用搅拌机混合均匀后，即得可泵送的煤矿采空区回填料。
优选的，所述可泵送的煤矿采空区回填料的可泵性保持时间不小于4小时，其4小时内其坍落度180mm～220mm，压力泌水率Bp≤40％。
优选的，所述的可泵送煤矿采空区回填料加水搅拌后8小时内达到终凝，可拆模。
优选的，所述的可泵送煤矿采空区回填料7天抗压强度大于1MPa，28天抗压强度大于4MPa。
本发明有益效果：
本发明以煤矸石粉为主要原料制备了一种可泵送的煤矿采空区回填料，具备以下优点：第一，可以利用煤矿废弃物煤矸石，解决其露天堆积对环境的污染问题。
第二，可以方便的充填煤矿采空区，避免路面塌陷问题。
第三，由于本发明掺入了减水剂、稳塑剂，实现了回填料的可泵性，为采空区的充填施工提供了极大的便利，降低了工作成本。
第四，由于本发明掺入了缓凝剂，可将回填料的可泵性保持4小时，方便施工。
第五，本发明加水搅拌后8小时内终凝，可拆模，实现了采空区的充填施工的连续作业，提高了工作效率。
具体实施方式
实例中所用的水泥为市售的标号为325或以上的硅酸盐水泥,粉煤灰为市售的2级粉煤灰。
实施例1
可泵送的煤矿采空区回填料，包括水泥、粉煤灰、煤矸石粉、改性剂，所述改性剂由减水剂、稳塑剂及缓凝剂组成，水泥为10％、粉煤灰为9.7％、煤矸石粉为80％，改性剂为0.3％，所述改性剂由减水剂、稳塑剂及缓凝剂组成，按其占水泥重量百分比计，所述木质素磺酸钙为1.5％、聚丙烯酰胺为1.0％、葡萄糖酸钠为0.5％。
水固比为0.8。
根据GB/T 50080-2002普通混凝土拌合物性能试验方法标准和GB/T50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准检测可泵送的煤矿采空区回填料的各项性能指标。
其性能指标如下表所示：
实施例2
可泵送的煤矿采空区回填料，包括水泥、粉煤灰、煤矸石粉、改性剂，所述改性剂由减水剂、稳塑剂及缓凝剂组成，水泥为15％、粉煤灰为9.83％、煤矸石粉为75％，改性剂为0.17％，所述改性剂由减水剂木质素磺酸钙、稳塑剂羟丙基甲基纤维素及缓凝剂柠檬酸钠组成，按其占水泥重量百分比计，所述木质素磺酸钙为0.5％、羟丙基甲基纤维素为0.5％、柠檬酸钠为0.1％。
水固比为0.75。
根据GB/T 50080-2002普通混凝土拌合物性能试验方法标准和GB/T50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准检测可泵送的煤矿采空区回填料的各项性能指标。
其性能指标如下表所示：
实施例3
可泵送的煤矿采空区回填料，包括水泥、粉煤灰、煤矸石粉、改性剂，所述改性剂由减水剂、稳塑剂及缓凝剂组成，水泥为10％、粉煤灰为19.8％、煤矸石粉为70％，改性剂为0.2％，所述改性剂由减水剂木质素磺酸钙、稳塑剂聚丙烯酰胺及缓凝剂柠檬酸钠与葡萄糖酸钠按质量比1:1混合而得的混合物组成，按其占水泥重量百分比计，所述木质素磺酸钙为1％、聚丙烯酰胺为0.8％、柠檬酸钠与葡萄糖酸钠为0.2％。
水固比为0.7。
根据GB/T 50080-2002普通混凝土拌合物性能试验方法标准和GB/T50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准检测可泵送的煤矿采空区回填料的各项性能指标。
其性能指标如下表所示：
实施例4
可泵送的煤矿采空区回填料，包括水泥、粉煤灰、煤矸石粉、改性剂，所述改性剂由减水剂、稳塑剂及缓凝剂组成，水泥为10％、粉煤灰为14.85％、煤矸石粉为75％，改性剂为0.15％，所述改性剂由减水剂木质素磺酸钙、稳塑剂聚丙烯酰胺及缓凝剂柠檬酸钠与葡萄糖酸钠按质量比1:2混合而得的混合物组成，按其占水泥重量百分比计，所述木质素磺酸钙为0.9％、聚丙烯酰胺为0.8％、柠檬酸钠与葡萄糖酸钠为0.3％。
水固比为0.65。
根据GB/T 50080-2002普通混凝土拌合物性能试验方法标准和GB/T50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准检测可泵送的煤矿采空区回填料的各项性能指标。
其性能指标如下表所示：
实施例5
可泵送的煤矿采空区回填料，包括水泥、粉煤灰、煤矸石粉、改性剂，所述改性剂由减水剂、稳塑剂及缓凝剂组成，水泥为10％、粉煤灰为14.85％、煤矸石粉为75％，改性剂为0.15％，所述改性剂由减水剂木质素磺酸钙、稳塑剂聚丙烯酰胺及缓凝剂柠檬酸钠与葡萄糖酸钠按质量比2:1混合而得的混合物组成，按其占水泥重量百分比计，所述木质素磺酸钙为0.7％、聚丙烯酰胺为0.6％、柠檬酸钠与葡萄糖酸钠按为0.2％。
水固比为0.7。
根据GB/T 50080-2002普通混凝土拌合物性能试验方法标准和GB/T50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准检测可泵送的煤矿采空区回填料的各项性能指标。
其性能指标如下表所示：
上述实例符合可泵性指标即其坍落度保持在180mm～220mm范围内，压力泌水率Bp≤40％，同时7天强度满足煤矿充填体的强度在0.3MPa到5Mpa之间的要求。
应当理解的是，这里所讨论的实施方案及实例只是为了说明，对本领域技术人员来说，可以加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种可泵送的煤矿采空区回填料，其特征在于：由水泥、粉煤灰、煤矸石粉、水及改性剂组成，按其重量百分比计，水泥为10～15％、粉煤灰为9.55～20％、煤矸石粉为65～80％，改性剂为0.16～0.45％，所述改性剂由减水剂、稳塑剂及缓凝剂组成，按其占水泥重量百分比计，所述减水剂为1～1.5％、稳塑剂为0.5～1.0％、缓凝剂为0.1～0.5％，水固比为0.65～0.8；所述煤矸石粉由SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O及TiO2组成，按其重量百分比计，SiO2 53％～88％，Al2O30.4％～20％，Fe2O3 0.4％～4％，MgO 0.2％～1.2％，CaO 0.3％～1％，Na2O0.1％～1％，K2O 0.1％～5％，TiO2 0.1％～0.6％。
2.如权利要求1中所述的可泵送的煤矿采空区回填料，其特征在于：所述减水剂为木质素磺酸钙。
3.如权利要求1中所述的可泵送的煤矿采空区回填料的制备方法，其特征在于，该方法的制备步骤：
a、将水泥、粉煤灰、煤矸石粉按比例称量混合均匀；
b、按既定配比称量减水剂、稳塑剂、缓凝剂和水，并将其混合均匀；
c、将步骤b制得的混合液加入步骤a中搅拌制成均匀料浆，即得一种可泵送的煤矿采空区回填料。
4.如权利要求3所述的可泵送的煤矿采空区回填料的制备方法，其特征在于：所述可泵送的煤矿采空区回填料的可泵性保持时间不小于4小时，其4小时内其坍落度180mm～220mm，压力泌水率Bp≤40％。
5.如权利要求3所述的可泵送的煤矿采空区回填料的制备方法，其特征在于：所述的可泵送煤矿采空区回填料加水搅拌后8小时内达到终凝，可拆模。
6.如权利要求3所述的可泵送的煤矿采空区回填料的制备方法，其特征在于：所述的可泵送煤矿采空区回填料7天抗压强度大于1MPa，28天抗压强度大于4MPa。
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