CN105948669B - 一种隔热充填体及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种充填体及其制备方法和应用，特别是涉及一种隔热充填体及其制备方法和应用。本发明所设计的充填体，其原料中包括1号浆料和Al粉；所述Al粉的质量为1号浆料质量的0.01％‑0.075％；所述1号浆料由1号原料、减水剂和水组成；所述1号原料以质量百分比计包括：水泥10‑15％、尾砂60‑65％、粉煤灰10‑15％、石灰10‑15％、石膏3‑5％；所述减水剂的质量为水泥与粉煤灰总质量的0.2‑0.4％。其制备方法是先制备1号浆料，然后往1号浆料中加入配取的铝粉搅拌反应得到成品。本发明可以制备出多孔、隔热系数较高、具有一定强度的充填体，采用这种充填体不仅有利于井下地压控制，还有利于深井开采中地热控制，具有十分重要的工程意义。

Description

一种隔热充填体及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种充填体及其制备方法和应用，特别是涉及一种隔热充填体及其制备方法和应用。

背景技术

由于浅地表矿产资源消耗殆尽以及社会发展对矿产资源的需求日益增长，深井开采将是我国未来矿山的发展方向，而深井开采面临着高地应力、高井深和高井温的“三高”问题。高井温使劳动条件严重恶化，威胁工人健康，劳动效率大大降低，不符合安全高效生产的要求，如何改善井下高温作业条件是采矿科技工作者面临的难题。目前，在深井开采中，解决高地温的主要方法是通过通风和洒水等传统方法降温。充填采矿法是未来深井开采中的首选采矿方法，采用充填法不仅能能有效的控制地压，减少岩爆等灾害的发生，而且充填体能够有效的降低岩温，改善作业环境。充填体可使采场原岩暴露面积大大减小，从而降低了原岩的散热面积，因此可以降低原岩的热量散发；同时充填体能有效的阻止风流渗漏，在一定程度上避免废风串联，从而提高风流的利用率，有效的降低坑内温度。

研究隔热充填体对于降低井温具有重大的工程意义。隔热充填体不仅能通过隔断岩温的扩散来降低井温，同时还可以依靠自身较高隔热系数进一步减少热量的传播，改善井下作业环境。目前，尚未有相关的专利或者学术论文阐述隔热充填体方面的研究。但是国内外对隔热混凝土的研究成果十分丰富。如杨博葳《一种具有隔热能力的混凝土》(中国发明专利CN201310434690.7)在混凝土中加入了聚苯板颗粒、挤塑板颗粒、岩棉板颗粒，三种材料的共同作用使得混凝土具有很好的隔热性能；李金伟《轻质隔热混凝土及其制备方法》(中国发明专利CN201310422974.4)利用水泥、微硅粉、粉煤灰等制备出具有较好隔热性能的轻质混凝土。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隔热充填体及其制备方法和应用；本发明所设计的隔热充填体能有效阻断深井中原岩热量的传播，对于改善井下作业环境，具有重大的工程意义。

本发明一种隔热充填体；其原料中包括1号浆料和Al粉；所述Al粉的质量为1号浆料质量的0.02-0.075％，优选为0.15-0.075％，进一步优选为0.01％-0.075％；所述1号浆料由1号原料、减水剂和水组成；所述1号原料以质量百分比计包括：

水泥5-15％，优选为8-15％，进一步优选为10-15％；

尾砂60-70％，优选为60-68％，进一步优选为60-65％；

粉煤灰10-25％，优选为10-20％，进一步优选为10-15％；

石灰5-15％，优选为8-15％，进一步优选为10-15％；

石膏％，优选为％，进一步优选为3-5％；

所述减水剂的质量为水泥与粉煤灰总质量的0.2-0.8％，优选为0.2-0.6％，进一步优选为0.2-0.4％。

本发明一种隔热充填体；所述1号浆料中水的质量百分含量为35-45％，优选为30-45％，进一步优选为30-40％。

本发明一种隔热充填体；所述减水剂为聚羧酸型高性能减水剂，其型号为HSC。

本发明一种隔热充填体；所述水泥为普通硅酸盐水泥；优选强度等级为32.5的普通硅酸盐水泥。

本发明一种隔热充填体；所述粉煤灰为电厂粉煤灰，其粒度为5-50um。

本发明一种隔热充填体；石灰为生石灰，其有效氧化钙含量不小于70％。

尾砂为高硅尾砂，尾砂中SiO₂的质量百分含量不小于70％。

石膏选自生石膏、硬石膏或熟石膏中的至少一种。

本发明一种隔热充填体，其导热系数为0.08-0.16W/(m·K)、优选为0.08-0.15W/(m·K)、进一步优选为0.08-0.12W/(m·K)。

本发明一种隔热充填体，其21d强度为0.5-1.2MPa。

本发明一种隔热充填体的制备方法，包括下述步骤：

步骤一

按设计的1号浆料的组分，配取1号原料、减水剂和水搅拌均匀得到1号浆料；

步骤二

将按隔热充填体组分配取的Al粉加入1号浆料中，搅拌反应后，得到隔热充填体。

本发明一种隔热充填体的应用，包括用作深井开采中的隔热充填体。

本发明一种隔热充填体的应用，当用作深井开采中的隔热充填体时，其具体操作为：

步骤A

按设计的1号浆料的组分，配取1号原料、减水剂和水搅拌均匀得到1号浆料；

步骤B

将步骤A所得1号浆料输送至井下后，将按隔热充填体组分配取的Al粉加入1号浆料中，搅拌反应后，输送至待填充区，得到隔热充填体。

本发明一种隔热充填体的应用，步骤B中搅拌时间一般为2-3min。

本发明所设计的隔热充填体以及其施工工艺，特别适用于采用充填采矿法的深井矿床开采，或者采用充填采矿法的具有地热危害的矿床开采中。

有益效果

本发明所设计的隔热充填体，其主要成分为尾矿、粉煤灰等大宗固体废弃物具有环保意义。同时本发明所设计的隔热充填体有一定的强度，能有效控制井下地压，并且其导热系数较低，能有效减少深井矿岩热量的传播，改善井下作业环境，具有十分重大的工程意义。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明内容。

实施例1

设计一种隔热充填体的组成；其原料中包括1号浆料和Al粉；所述Al粉的质量为1号浆料质量的0.075％；所述1号浆料由1号原料、减水剂和水组成；所述1号原料以质量百分比计由下述组分组成：

水泥15％、尾砂60％、粉煤灰10％；石灰12％、石膏3％；

所述水泥的强度等级为32.5；

所述尾砂的成分为SiO₂79.9wt％，Al₂O₃1.95wt％，其它18.15wt％；

所述减水剂的质量为水泥与粉煤灰总质量的0.4％；所述减水剂为聚羧酸型高性能减水剂；其型号为HSC。

所述1号浆料中水的质量百分含量为32％；

将按上述设计的1号原料、减水剂和水搅拌5min后，通过充填泵输送到井下二次搅拌桶内；然后采用均匀给料机和精密的计量仪器，向二次搅拌桶中均匀加入配取的铝粉，继续搅拌2min。

采用泵送方式将搅拌后的充填体快速输送到采空区进行充填作业。

经测试，充填体21d强度为1.1MPa，导热系数为0.12W/(m·K)，强度达到安全生产的要求，临近充填体采场内温度显著降低。

实施例2

设计一种隔热充填体的组成；其原料中包括1号浆料和Al粉；所述Al粉的质量为1号浆料质量的0.01％；所述1号浆料由1号原料、减水剂和水组成；所述1号原料以质量百分比计由下述组分组成：

水泥10％、尾砂65％、粉煤灰10％；石灰10％、石膏5％；

所述水泥的强度等级为32.5；

所述尾砂的成分为SiO₂78.1wt％，Al₂O₃2.34wt％，其它19.56wt％；

所述减水剂的质量为水泥与粉煤灰总质量的0.2％；所述减水剂为聚羧酸型高性能减水剂；其型号为HSC；

所述1号浆料中水的质量百分含量为35％；

将按上述设计的1号原料、减水剂和水搅拌5min后，通过充填泵输送到井下二次搅拌桶内；然后采用均匀给料机和精密的计量仪器，向二次搅拌桶中均匀加入配取的铝粉，继续搅拌2min。

采用泵送方式将搅拌后的充填体快速输送到采空区进行充填作业。

经测试，充填体21d强度为0.9MPa，导热系数为0.15W/(m·K)，强度符合采空区充填的要求，临近充填体采场内温度显著降低。

对比例1

其它条件均匀实施例1完全一致，只是不添加铝粉；直接将1号浆料采用泵送方式将搅拌后的充填体快速输送到采空区进行充填作业。

经测试，充填体21d强度为1.1MPa，导热系数为0.22W/(m·K)。

对比例2

设计一种隔热充填体的组成；水泥350kg、微硅粉12kg、粉煤灰32kg、砂172kg、陶砂220kg、陶粒274kg、外加剂5kg、水135kg，将其倒入搅拌机中，搅拌2-4分钟。得到成品，检测成品的强度等级为4C，导热系数为0.4W/(m·K)。

从对比例1和实施例1中可以看出在添加铝粉的情况下充填体的隔热系数明显低于不添加铝粉的充填体。

从对比例2和实施例2中可以看出：本发明所设计的隔热充填体的导热系数明显低于现有普通轻质隔热混凝土。

Claims (8)

1.一种隔热充填体；其特征在于：其原料中包括1号浆料和Al粉；所述Al粉的质量为1号浆料质量的0.01％-0.075％；所述1号浆料由1号原料、减水剂和水组成；所述1号原料以质量百分比计包括：

水泥 10-15％；

尾砂 60-65％；

粉煤灰 10-15％；

石灰 10-15％；

石膏 3-5％；

所述减水剂的质量为水泥与粉煤灰总质量的0.2-0.4％；

所述隔热充填体的导热系数为0.08-0.16W/(m·K)；

所述隔热充填体，其21d强度为0.5-1.2MPa；

所述隔热充填体由下述步骤制备：

步骤一

按设计的1号浆料的组分，配取1号原料、减水剂和水搅拌均匀得到1号浆料；

步骤二

将按隔热充填体组分配取的Al粉加入1号浆料中，搅拌反应后，得到隔热充填体。

2.根据权利要求1所述的一种隔热充填体；其特征在于：所述1号浆料中水的质量百分含量为30-40％。

3.根据权利要求1所述的一种隔热充填体；其特征在于：所述减水剂为聚羧酸型高性能减水剂。

4.根据权利要求1所述的一种隔热充填体；其特征在于：所述水泥为普通硅酸盐水泥。

5.根据权利要求1所述的一种隔热充填体；其特征在于：

所述粉煤灰为电厂粉煤灰，其粒度为5-50um；

所述石灰为生石灰，其有效氧化钙含量不小于70％；

所述尾砂为高硅尾砂，尾砂中SiO₂的质量百分含量不小于70％；

所述石膏选自生石膏、硬石膏或熟石膏中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种隔热充填体；其特征在于：

所述隔热充填体的导热系数为0.08-0.12W/(m·K)。

7.一种如权利要求6所述的隔热充填体的应用，包括用作深井开采中的隔热充填体。

8.根据权利要求7所述的一种隔热充填体的应用，其特征在于，当用作深井开采中的隔热充填体时，其具体操作为：

步骤A

按设计的1号浆料的组分，配取1号原料、减水剂和水搅拌均匀得到1号浆料；

步骤B

将步骤A所得1号浆料输送至井下后，将按隔热充填体组分配取的Al粉加入1号浆料中，搅拌反应后，输送至待填充区，得到隔热充填体。