CN107352907B - 一种煤矿用充填料浆的制备方法 - Google Patents

一种煤矿用充填料浆的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种煤矿用充填料浆的制备方法。该制备方法包括以下步骤：1)将煤矸石破碎后，分别筛分成为细煤矸石和粗煤矸石；2)将废弃建筑的混凝土柱破碎，分别筛分成为废弃混凝土细骨料和废弃混凝土粗骨料；3)将水泥、粉煤灰、细煤矸石、粗煤矸石、废弃混凝土细骨料、废弃混凝土粗骨料混合后，再加入水混合制成充填料浆。本发明利用废弃混凝土破碎后的细、粗骨料来替代部分煤矸石进行煤矿的采空区充填，制备得到的充填料浆强度比原有的充填料浆系统高，且本发明料浆的流动性能完全满足煤矿类矿山充填的要求。

Description

一种煤矿用充填料浆的制备方法
技术领域
本发明涉及一种煤矿用充填料浆的制备方法。
背景技术
膏体充填技术是1979年德国在格伦德铅锌矿首先发展起来的，由于膏体充填具有料浆浓度高、充填效率高、成本较低，这项技术试验成功以后在金属矿山得到较快的发展，在包括我国在内的许多国家得到应用。
固体废物膏体充填不迁村采煤，就是把煤矿附近的煤矸石、粉煤灰等在地面加工制作成不需要脱水处理的牙膏状浆体，采用充填泵或重力加压，通过管道输送到井下，适时充填采空区或离层区，形成以膏体充填体为主的上覆岩层支撑体系，有效控制地表沉陷在建筑物允许值范围内，实现村庄不搬迁，安全开采建筑物下压煤，保护矿区生态环境和地下水资源。
但矸石、粉煤灰等固体废弃物在再生利用上已取得了新进展，导致充填开采原材料在数量上难以满足需求，制约了充填开采技术的全面实施。所以，亟需寻找新的替代原料。另一方面，随着我国经济建设的快速发展，每年会产生数亿吨的建筑垃圾，其中废弃混凝土约占41％，大多堆放于城市周边，既占用土地资源又污染周围环境。因此，若能将废弃混凝土用于制备充填材料，既可解决充填原材料不足的问题，又可减少废弃混凝土对环境的污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤矿用充填料浆的制备方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种煤矿用充填料浆的制备方法，包括以下步骤：
1)将煤矸石破碎后，分别筛分成为粒径<5mm的细煤矸石和粒径为5mm～15mm的粗煤矸石；
2)将废弃建筑的混凝土柱破碎，分别筛分成为粒径<5mm的废弃混凝土细骨料和粒径为5mm～15mm的废弃混凝土粗骨料；
3)将80～120份的水泥、180～220份的粉煤灰、70～110份的细煤矸石、150～190份的粗煤矸石、40～80份的废弃混凝土细骨料、160～200份的废弃混凝土粗骨料混合后，再加入180～220份的水混合制成充填料浆。
步骤2)中，废弃建筑的混凝土其强度为C40。
步骤3)中，水泥为32.5、32.5R、42.5、42.5R型水泥的至少一种。
步骤3)中，粉煤灰为Ι级或Ⅱ级F类粉煤灰中的至少一种。
本发明的有益效果是：
本发明利用废弃混凝土破碎后的细、粗骨料来替代部分煤矸石进行煤矿的采空区充填，制备得到的充填料浆强度比原有的充填料浆系统高，且本发明料浆的流动性能完全满足煤矿类矿山充填的要求。
具体实施方式
一种煤矿用充填料浆的制备方法，包括以下步骤：
1)将煤矸石破碎后，分别筛分成为粒径<5mm的细煤矸石和粒径为5mm～15mm的粗煤矸石；
2)将废弃建筑的混凝土柱破碎，分别筛分成为粒径<5mm的废弃混凝土细骨料和粒径为5mm～15mm的废弃混凝土粗骨料；
3)将80～120份的水泥、180～220份的粉煤灰、70～110份的细煤矸石、150～190份的粗煤矸石、40～80份的废弃混凝土细骨料、160～200份的废弃混凝土粗骨料混合后，再加入180～220份的水混合制成充填料浆。
优选的，步骤2)中，废弃建筑的混凝土其强度为C40。
优选的，步骤3)为将90～110份的水泥、190～210份的粉煤灰、80～100份的细煤矸石、160～180份的粗煤矸石、50～70份的废弃混凝土细骨料、170～190份的废弃混凝土粗骨料混合后，再加入190～210份的水混合制成充填料浆。
优选的，步骤3)中，水泥为32.5、32.5R、42.5、42.5R型水泥的至少一种；进一步优选的，水泥为42.5型水泥。该水泥为普通硅酸盐水泥。
优选的，步骤3)中，粉煤灰为Ι级或Ⅱ级F类粉煤灰中的至少一种；进一步优选的，粉煤灰为Ⅱ级F类粉煤灰。
以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。
实施例1：
实施例1的充填料浆的制备方法如下：
1)将煤矸石破碎后，分别筛分成为粒径<5mm的细煤矸石和粒径为5mm～15mm的粗煤矸石；该煤矸石中各化学组分的质量百分比为：SiO2为40～50％；Al2O3为30～45％；Fe2O3为5～10％；CaO为0.1～3％；MgO为0.1～3％；TiO2为0.1～3％；K2O和Na2O为1～5％；
2)将强度为C40的废弃建筑混凝土柱破碎，分别筛分成为粒径<5mm的废弃混凝土细骨料和粒径为5mm～15mm的废弃混凝土粗骨料；
3)按表1所示的组成称取原料，先将水泥、粉煤灰、细煤矸石、粗煤矸石、废弃混凝土细骨料、废弃混凝土粗骨料混合后，再加入水混合制成充填料浆。
表1实施例1的充填料浆
原料 质量份
42.5型水泥 100
Ⅱ级F类粉煤灰 200
细煤矸石 80
粗煤矸石 180
废弃混凝土细骨料 70
废弃混凝土粗骨料 170
水 200
实施例2：
实施例2的制备方法与实施例1的相同，充填料浆各组份及比例如表2所示。
表2实施例2的充填料浆
原料 质量份
42.5型水泥 100
Ⅱ级F类粉煤灰 200
细煤矸石 85
粗煤矸石 160
废弃混凝土细骨料 65
废弃混凝土粗骨料 190
水 200
实施例3：
实施例3的制备方法与实施例1的相同，充填料浆各组份及比例如表3所示。
表3实施例3的充填料浆
Figure BDA0001363015510000031
Figure BDA0001363015510000041
实施例4：
实施例4的制备方法与实施例1的相同，充填料浆各组份及比例如表4所示。
表4实施例4的充填料浆
原料 质量份
42.5型水泥 100
Ⅱ级F类粉煤灰 200
细煤矸石 95
粗煤矸石 180
废弃混凝土细骨料 55
废弃混凝土粗骨料 170
水 200
实施例5：
实施例5的制备方法与实施例1的相同，充填料浆各组份及比例如表5所示。
表5实施例5的充填料浆
原料 质量份
42.5型水泥 100
Ⅱ级F类粉煤灰 200
细煤矸石 100
粗煤矸石 165
废弃混凝土细骨料 50
废弃混凝土粗骨料 185
水 200
对比例：
现有充填料浆(对比例)的制备方法如下：
1)将煤矸石破碎后，分别筛分成为粒径<5mm的细煤矸石和粒径为5mm～15mm的粗煤矸石；该煤矸石的组成与实施例1～5的相同。
2)按表6所示的组成称取原料，先将水泥、粉煤灰、细煤矸石、粗煤矸石混合后，再加入水混合制成充填料浆。
表6对比例的充填料浆
原料 质量份
42.5型水泥 100
Ⅱ级F类粉煤灰 200
细煤矸石 150
粗煤矸石 350
水 200
实验方案为：
1、按实施例1～5与对比例按上述的制备方法制成砂浆，料浆中无块状固体。
2、将锅壁四周浆体刮入锅内后，再搅拌1分钟，料浆中无固体及块状物；如有固体物凝结现象则继续搅拌，直至料浆各组分充分混合。
3、按《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T 50080-2016)的方法测试充填材料的坍落度及扩展度。
4、按《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2016)的方法测试100mm*100mm*100mm试件的3天、7天、14天及28天单轴抗压强度。
实施例1～5、对比例的强度性能如表7所示，坍落度及扩展度性能如表8所示。
表7实施例和对比例的强度性能对比
Figure BDA0001363015510000051
表8实施例和对比例的坍落度及扩展度性能对比
坍落度(cm) 扩展度(cm)
实施例1 24.2 42.8
实施例2 24.2 43.4
实施例3 24.3 44.5
实施例4 24.3 45.1
实施例5 24.2 44.7
对比例 24.1 37.0
从表7和表8的测试结果可以看出，本发明制得的充填浆料，充填体坍落度基本保持不变，扩展度明显提高，说明本发明料浆的流动性比原料浆更好，更有利于进行矿山采空区的充填。本发明料浆的强度除3天强度略微偏小外，7天、14天和28天强度都有增大。从整体看，充填体的强度没有下降，且略有提升。从煤矿充填的实际要求出发，本发明制备得到的料浆完全可以进行矿山充填。
本发明针对煤矿类采空区开发出一种利用废弃混凝土粗、细骨料替代煤矸石的充填料浆，此料浆能完全满足煤矿类矿山充填的流动性及强度要求，同时由于大量的使用城市废弃混凝土的粗、细骨料，为城市混凝土建筑垃圾的处理提供了一种好的解决方案，有利于对环境的保护，同时由于本发明的料浆强度比使用煤矸石有一定强度的提高，使矿山的安全性得到进一步加强。

Claims (5)

1.一种煤矿用充填料浆的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将煤矸石破碎后，分别筛分成为粒径<5mm的细煤矸石和粒径为5mm～15mm的粗煤矸石；该煤矸石中各化学组分的质量百分比为：SiO2为40～50％；Al2O3为30～45％；Fe2O3为5～10％；CaO为0.1～3％；MgO为0.1～3％；TiO2为0.1～3％；K2O和Na2O为1～5％；
2)将强度为C40的废弃建筑混凝土柱破碎，分别筛分成为粒径<5mm的废弃混凝土细骨料和粒径为5mm～15mm的废弃混凝土粗骨料；
3)将100质量份的42.5型普通硅酸盐水泥、200质量份的Ⅱ级F类粉煤灰、80质量份的细煤矸石、180质量份的粗煤矸石、70质量份的废弃混凝土细骨料、170质量份的废弃混凝土粗骨料混合后，再加入200质量份的水混合制成充填料浆；
所述煤矿用充填料浆3天强度为1.85MPa，7天强度为3.87MPa，14天强度为5.73MPa，28天强度为7.62MPa，坍落度为24.2cm，扩展度为42.8cm。
2.一种煤矿用充填料浆的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将煤矸石破碎后，分别筛分成为粒径<5mm的细煤矸石和粒径为5mm～15mm的粗煤矸石；该煤矸石中各化学组分的质量百分比为：SiO2为40～50％；Al2O3为30～45％；Fe2O3为5～10％；CaO为0.1～3％；MgO为0.1～3％；TiO2为0.1～3％；K2O和Na2O为1～5％；
2)将强度为C40的废弃建筑混凝土柱破碎，分别筛分成为粒径<5mm的废弃混凝土细骨料和粒径为5mm～15mm的废弃混凝土粗骨料；
3)将100质量份的42.5型普通硅酸盐水泥、200质量份的Ⅱ级F类粉煤灰、85质量份的细煤矸石、160质量份的粗煤矸石、65质量份的废弃混凝土细骨料、190质量份的废弃混凝土粗骨料混合后，再加入200质量份的水混合制成充填料浆；
所述煤矿用充填料浆3天强度为1.84MPa，7天强度为3.98MPa，14天强度为5.84MPa，28天强度为7.76MPa，坍落度为24.2cm，扩展度为43.4cm。
3.一种煤矿用充填料浆的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将煤矸石破碎后，分别筛分成为粒径<5mm的细煤矸石和粒径为5mm～15mm的粗煤矸石；该煤矸石中各化学组分的质量百分比为：SiO2为40～50％；Al2O3为30～45％；Fe2O3为5～10％；CaO为0.1～3％；MgO为0.1～3％；TiO2为0.1～3％；K2O和Na2O为1～5％；
2)将强度为C40的废弃建筑混凝土柱破碎，分别筛分成为粒径<5mm的废弃混凝土细骨料和粒径为5mm～15mm的废弃混凝土粗骨料；
3)将100质量份的42.5型普通硅酸盐水泥、200质量份的Ⅱ级F类粉煤灰、90质量份的细煤矸石、175质量份的粗煤矸石、60质量份的废弃混凝土细骨料、175质量份的废弃混凝土粗骨料混合后，再加入200质量份的水混合制成充填料浆；
所述煤矿用充填料浆3天强度为1.85MPa，7天强度为4.03MPa，14天强度为5.94MPa，28天强度为7.83MPa，坍落度为24.3cm，扩展度为44.5cm。
4.一种煤矿用充填料浆的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将煤矸石破碎后，分别筛分成为粒径<5mm的细煤矸石和粒径为5mm～15mm的粗煤矸石；该煤矸石中各化学组分的质量百分比为：SiO2为40～50％；Al2O3为30～45％；Fe2O3为5～10％；CaO为0.1～3％；MgO为0.1～3％；TiO2为0.1～3％；K2O和Na2O为1～5％；
2)将强度为C40的废弃建筑混凝土柱破碎，分别筛分成为粒径<5mm的废弃混凝土细骨料和粒径为5mm～15mm的废弃混凝土粗骨料；
3)将100质量份的42.5型普通硅酸盐水泥、200质量份的Ⅱ级F类粉煤灰、95质量份的细煤矸石、180质量份的粗煤矸石、55质量份的废弃混凝土细骨料、170质量份的废弃混凝土粗骨料混合后，再加入200质量份的水混合制成充填料浆；
所述煤矿用充填料浆3天强度为1.87MPa，7天强度为4.00MPa，14天强度为5.75MPa，28天强度为7.80MPa，坍落度为24.3cm，扩展度为45.1cm。
5.一种煤矿用充填料浆的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将煤矸石破碎后，分别筛分成为粒径<5mm的细煤矸石和粒径为5mm～15mm的粗煤矸石；该煤矸石中各化学组分的质量百分比为：SiO2为40～50％；Al2O3为30～45％；Fe2O3为5～10％；CaO为0.1～3％；MgO为0.1～3％；TiO2为0.1～3％；K2O和Na2O为1～5％；
2)将强度为C40的废弃建筑混凝土柱破碎，分别筛分成为粒径<5mm的废弃混凝土细骨料和粒径为5mm～15mm的废弃混凝土粗骨料；
3)将100质量份的42.5型普通硅酸盐水泥、200质量份的Ⅱ级F类粉煤灰、100质量份的细煤矸石、165质量份的粗煤矸石、50质量份的废弃混凝土细骨料、185质量份的废弃混凝土粗骨料混合后，再加入200质量份的水混合制成充填料浆；
所述煤矿用充填料浆3天强度为1.90MPa，7天强度为3.91MPa，14天强度为5.87MPa，28天强度为7.74MPa，坍落度为24.2cm，扩展度为44.7cm。
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