CN109320176A - 一种新型矿用充填开采用煤泥胶凝材料 - Google Patents

一种新型矿用充填开采用煤泥胶凝材料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种新型矿用充填开采用煤泥胶凝材料，包括：以细煤粉、煤泥、硅酸盐水泥以及专用添加剂为原料制成填充材料；所述专用添加剂由流变剂、增强密实剂、膨胀剂、抗渗剂组成。该发明充填原材料选用煤粉、煤泥为主要原材料，在一定程度上降低了充填开采的资金投入，变废为宝，对国家绿色矿山的建设意义重大，在本技术领域具有较高的推广价值。

Description

一种新型矿用充填开采用煤泥胶凝材料
技术领域
本发明属于矿用充填材料领域，具体涉及一种新型矿用充填开采用煤泥胶凝材料。
背景技术
煤泥是煤炭生产过程中煤粉含水形成的半固体物，煤泥具有以下特点：
1、粒度细、微粒含量多，尤其是小于200目的微粒约占70％～90％。
2、持水性强，水分含量高。经圆盘真空过滤机脱水的煤泥含水一般在30％以上；折带式过滤机脱水的煤泥含水在26％～29％；压滤机脱水的煤泥含水在20％～24％。
3、黏性较大。由于煤泥中一般含有较多的黏土类矿物，加之水分含量较高，粒度组成细，所以大多数煤泥黏性大，有的还具有一定的流动性。
20世纪80年代初开始，国外发展了膏体回填技术，国内外部分煤矿采用煤泥制备膏体料浆回填采空区，但由于煤泥自身的性质决定此类制成的膏体具有水泥用量大、和易性差、泌水率大、强度上升较慢以及最终强度低等缺点。
例如：专利CN108414311A公开了一种考虑过渡带的煤系产层组压裂物模试样的制备方法，包括以下步骤：将水泥、石英砂按照一定比例混合均匀，加入水搅拌形成水泥浆，将该水泥浆浇筑在试样模具的底层，即形成煤系产层组的岩石层；将水泥、石英砂、煤粉按照一定比例混合均匀，加入水搅拌形成含煤泥浆，配制至少十份含有不同比例煤粉的含煤泥浆，按照煤粉比例从小到大的顺序逐层浇筑在试样模具的中间层，即形成煤系产层组的过渡带；将水泥、石英砂、煤粉按照一定比例混合均匀，加入水搅拌形成含煤泥浆，将该含煤泥浆浇筑在试样模具的顶层，并插入若干个相互垂直的石蜡薄片，即形成煤系产层组的煤岩层。采用该方法制备的物模试样与真实的煤系产层组在力学性质上无限接近。
发明内容
为了克服上述不足，本发明一种新型充填开采用煤泥胶凝材料。本发明充填原材料选用煤粉、煤泥为主要原材料，充分利用来源较广的普通硅酸盐水泥的基础上专用添加剂各种材料组分协同配合，大大降低了水泥的使用量，变废为宝，对国家绿色矿山的建设意义重大。
为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
一种新型矿用充填开采用煤泥胶凝材料，包括：
以细煤粉、煤泥、硅酸盐水泥以及专用添加剂为原料制成充填材料，对充填区域进行充填开采。
现有研究表明：水泥颗粒分布、比表面积等都会影响专用添加剂的使用效果。同一种专用添加剂在相同的掺量下，因水泥不同而使用效果明显不同。因此，为了保证水泥胶结煤泥(细煤粉)胶结效果，本申请对专用添加剂配方进行了研究，所述专用添加剂由流变剂、增强密实剂、膨胀剂、抗渗剂组成，其中流变剂由三乙醇胺、聚羧酸减水剂、萘系高效减水剂组成；增强密实剂由硅灰、碳酸钙粉、氯化钙组成；膨胀剂由铝酸盐水泥熟料、矿渣微粉、铝氧熟料、脱硫石膏粉组成；抗渗剂由甲基硅酸钠、聚乙烯醇、氧化镁组成，采用上述配方有效提升水泥胶结煤泥(细煤粉)胶结效果，制备的膏体材料和易性好、微膨胀、强度高、稳定性好、泌水率小，且具有适宜的塌落度，泵送性能较好。
煤泥胶凝材料的研发，首先用水泥对煤泥进行了胶结试验，发现单纯用水泥作为胶凝材料时，存在以下无法解决的问题：①水泥用量巨大，造成充填成本较高；②充填体抗压强度尤其是早期强度较低；③制成能的膏体粘度较大，流动性差，长距离泵送难度较大；④单纯用水泥形成的膏体泌水率大，需要增加排水设施，提高充填投入。
因此，本申请研发了一种水泥胶结煤泥(细煤粉)胶结充填专用添加剂，该添加剂加入后可大大降低水泥用量，制成的膏体和易性较好，膏体各项指标满足充填要求。
骨料的级配情况直接会影响胶凝材料的强度、耐久性和凝结速率。因此，针对煤泥粒度细、微粒含量多、持水性强、黏性较大的特点。本申请采用细煤粉(粒径在10mm以下)与泥煤复配，增加了骨料的堆积密度和胶结面积，骨料表面的水泥浆层厚度均匀，胶凝材料强度和质量稳定性得到了有效提升。
在一些实施例中，细煤粉、煤泥、硅酸盐水泥、专用添加剂以及水的质量比为200～240：750～800：180～260：30～50：320～380。
在一些实施例中，所述流变剂、增强密实剂、膨胀剂、抗渗剂的质量比为30～60：10～20：10～25：5～15。
在一些实施例中，所述三乙醇胺、聚羧酸减水剂、萘系高效减水剂的质量比为1～3:2～5:1。
在一些实施例中，所述硅灰、碳酸钙粉、氯化钙的质量比为2～5：1～2：4～6。
膨胀剂的主要起提高密实度，微膨胀，补偿收缩的作用。因此，本申请中采用铝酸盐水泥熟料、矿渣微粉、铝氧熟料、脱硫石膏粉复配作为膨胀剂，但由于煤泥胶结后的强度较低，单纯的膨胀剂难以达到预期的增强效果。为此，本申请还加入了由硅灰、碳酸钙粉、氯化钙组成的增强密实剂，以提升充填体结构的整体强度和耐久性。
本申请研究发现：单一组成的增强密实剂难以满足本申请煤泥胶凝材料的密实要求，为此，本申请优选的采用硅灰、碳酸钙粉、氯化钙组成的复合增强密实剂。
在一些实施例中，所述铝酸盐水泥熟料、矿渣微粉、铝氧熟料、脱硫石膏粉的质量比为3：5～8：12～15：1。
在一些实施例中，所述甲基硅酸钠、聚乙烯醇、氧化镁的质量比为1：2～4：3～5。
在一些实施例中，所述专用添加剂的配制方法为：
1)将各固体原料加入干混机混合均匀，制成混合粉末；
2)将各液体原料混合均匀，制成混合液；
3)将混合粉末加入混合液中，混合均匀，即得。
在一些实施例中，所述细煤粉的粒径在5～10mm。
本申请还提供了任一上述的方法制备的矿用充填开采用煤泥胶凝材料。
本发明的有益效果在于：
本发明充填原材料选用煤粉、煤泥为主要原材料，充分利用矿方现有原材料。本发明最大的创新点就是对煤泥胶结材料进行了深入研究，充分利用来源较广的普通硅酸盐水泥的基础上专用添加剂各种材料组分协同配合，大大降低了水泥的使用量，充填材料主要选用煤泥和细煤粉，在一定程度上降低了充填开采的资金投入，变废为宝，对国家绿色矿山的建设意义重大，在本技术领域具有较高的推广价值。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，针对矿井煤泥的难以综合利用的问题，本发明提出一种新型矿用充填开采用煤泥胶凝材料。以细煤粉(粒径5～10mm)、煤泥、硅酸盐水泥以及专用添加剂加水搅拌制成流动性较好的似膏体，作为充填材料。
下面结合附表及具体实施方式对本发明做进一步的说明。
以下实施例中，采用的聚羧酸减水剂为GQ-101聚羧酸高效减水剂，购自山东高强建材有限公司。萘系高效减水剂为RM-MA萘系高效减水剂，购自山东新型建材科技有限公司。
实施例1
一种新型矿用充填开采用煤泥胶凝材料：
以细煤粉(粒径10mm以下)、煤泥、硅酸盐水泥以及专用添加剂加水搅拌制成流动性较好的似膏体，以似膏体作为充填材料。
其中，专用添加剂由以下重量份的原料组成：流变剂45份、增强密实剂15份、膨胀剂20份、抗渗剂10份。
所述流变剂由以下重量份的原料组成：三乙醇胺2份、聚羧酸减水剂4份、萘系高效减水剂1份。
所述增强密实剂由以下重量份的原料组成：硅灰4份、碳酸钙粉1.5份、氯化钙5份。
所述膨胀剂由以下重量份的原料组成：铝酸盐水泥熟料3份、矿渣微粉6份、铝氧熟料14份、脱硫石膏粉1份。
所述抗渗剂由以下重量份的原料组成：甲基硅酸钠1份、聚乙烯醇3份、氧化镁4份。
表1对比试验
表2对比试验抗压强度对比
实施例2
与实施例1相同，不同之处在于：专用添加剂由以下重量份的原料组成：流变剂30份、增强密实剂10份、膨胀剂10份、抗渗剂5份。
所述流变剂由以下重量份的原料组成：三乙醇胺1份、聚羧酸减水剂2份、萘系高效减水剂1份。
所述增强密实剂由以下重量份的原料组成：硅灰2份、碳酸钙粉1份、氯化钙4份。
所述膨胀剂由以下重量份的原料组成：铝酸盐水泥熟料3份、矿渣微粉5份、铝氧熟料12份、脱硫石膏粉1份。
所述抗渗剂由以下重量份的原料组成：甲基硅酸钠1份、聚乙烯醇2份、氧化镁3份。
实施例3
与实施例1相同，不同之处在于：专用添加剂由以下重量份的原料组成：流变剂60份、增强密实剂20份、膨胀剂25份、抗渗剂15份。
所述流变剂由以下重量份的原料组成：三乙醇胺3份、聚羧酸减水剂5份、萘系高效减水剂1份。
所述增强密实剂由以下重量份的原料组成：硅灰5份、碳酸钙粉2份、氯化钙6份。
所述膨胀剂由以下重量份的原料组成：铝酸盐水泥熟料3份、矿渣微粉8份、铝氧熟料15份、脱硫石膏粉1份。
所述抗渗剂由以下重量份的原料组成：甲基硅酸钠1份、聚乙烯醇4份、氧化镁5份。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然结合对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种新型矿用充填开采用煤泥胶凝材料，其特征在于，包括：
以细煤粉、煤泥、硅酸盐水泥以及专用添加剂为原料制成充填材料进行充填开采，所述专用添加剂由流变剂、增强密实剂、膨胀剂、抗渗剂组成，其中流变剂由三乙醇胺、聚羧酸减水剂、萘系高效减水剂组成；增强密实剂由硅灰、碳酸钙粉、氯化钙组成；膨胀剂由铝酸盐水泥熟料、矿渣微粉、铝氧熟料、脱硫石膏粉组成；抗渗剂由甲基硅酸钠、聚乙烯醇、氧化镁组成。
2.如权利要求1所述的煤泥胶凝材料，其特征在于，细煤粉、煤泥、硅酸盐水泥、专用添加剂以及水的质量比为200～240：750～800：180～260：30～50：320～380。
3.如权利要求1所述的煤泥胶凝材料，其特征在于，所述流变剂、增强密实剂、膨胀剂、抗渗剂的质量比为30～60：10～20：10～25：5～15。
4.如权利要求1所述的煤泥胶凝材料，其特征在于，所述三乙醇胺、聚羧酸减水剂、萘系高效减水剂的质量比为1～3:2～5:1。
5.如权利要求1所述的煤泥胶凝材料，其特征在于，所述硅灰、碳酸钙粉、氯化钙的质量比为2～5：1～2：4～6。
6.如权利要求1所述的煤泥胶凝材料，其特征在于，所述铝酸盐水泥熟料、矿渣微粉、铝氧熟料、脱硫石膏粉的质量比为3：5～8：12～15：1。
7.如权利要求1所述的煤泥胶凝材料，其特征在于，所述甲基硅酸钠、聚乙烯醇、氧化镁的质量比为1：2～4：3～5。
8.如权利要求1所述的煤泥胶凝材料，其特征在于，所述专用添加剂的配制方法为：
1)将各固体原料加入干混机混合均匀，制成混合粉末；
2)将各液体原料混合均匀，制成混合液；
3)将混合粉末加入混合液中，混合均匀，即得。
9.如权利要求1所述的煤泥胶凝材料，其特征在于，所述细煤粉的粒径在5～10mm。
10.权利要求1-9任一项所述的煤泥胶凝材料在矿用充填开采中的应用。
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