CN109809788A - 一种粉煤灰基采空区灌浆材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粉煤灰基采空区灌浆材料及其制备方法，按照重量份数，由以下组分组成：粉煤灰0.6～0.8份、水泥熟料0.2～0.4份、坡缕石粉0.03～0.05份、羟丙基甲基纤维素0.008～0.012份、石膏0.03～0.05份、水玻璃0.06～0.1份，水0.8～1.2份。本发明的粉煤灰基采空区灌浆材料实现了煤矿固体废弃物资源化原位利用的同时具有制备工艺简单，流动性好，凝固时间适中，保水能力好的有点，适合在煤矿中通过灌浆管路对采空区进行灌浆防灭火处理。

Description

一种粉煤灰基采空区灌浆材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种粉煤灰基采空区灌浆材料及其制备方法，属于矿井防灭火材料及煤矿固体废弃物资源化利用技术领域。

背景技术

我国作为世界上最大的煤炭开采国，也是煤矿灾害事故最严重的国家之一。在煤矿开采过程中，会遇到各种各样的安全问题，严重影响煤矿的正常工作和安全开采。特别是煤矿采空区中的残煤低温氧化产生的CO超限问题以及高温氧化引起的自然问题不仅造成了煤炭资源的大量损失，同时也对煤矿工作人员人身安全造成了严重的威胁。由于化学灌浆材料反应温度高、有污染和有毒性、成本高；普通水泥类灌浆材料可灌性和稳定性差；煤矿常用的黄泥灌浆材料中所使用的黄泥本是一种较好的资源，黄泥的开采使用受到环境保护等方面条款制约。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种粉煤灰基采空区灌浆材料及其制备方法，以煤矿电厂所产生的大量固体废弃物粉煤灰作为灌浆材料基料，得到一种能够充分满足煤矿采空区灌浆防灭火需要，并且原材料来源丰富，成本低廉，产品对人体无毒副作用，不污染井下环境的粉煤灰基灌浆材料。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种粉煤灰基采空区灌浆材料，按照重量份数，由以下组分组成：

粉煤灰0.6～0.8份、水泥熟料0.2～0.4份、坡缕石粉0.03～0.05份、羟丙基甲基纤维素(HPMC)0.008～0.012份、石膏0.03～0.05份、水玻璃0.06～0.1份，水0.8～1.2份。

优选的，所述粉煤灰为Ⅲ级低钙粉煤灰，其CaO质量含量低于10％，细度低于45.0％，需水量比低于115％，烧失量低于10％。

优选的，所述水泥熟料为低碱水泥熟料，其碱含量按照NaO+0.658K₂O计，质量分数不大于0.6％，3d抗压强度不低于26MPa，28d抗压强度不低于52.5MPa。

优选的，所述坡缕石粉纯度不低于98％，细度为325目，含水率小于15％。

优选的，所述羟丙基甲基纤维素(HPMC)的细度为100目，表观密度为0.25～0.7g/cm³，表面张力为2％，粘度为200Pa·s。

优选的，所述石膏为半水石膏，细度为325目。

优选的，所述水玻璃的模数为2.8～3.2。

一种粉煤灰基采空区灌浆材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，根据各组分的重量配比，分别称取粉煤灰、水泥熟料、坡缕石粉、纤维素、石膏、水玻璃和水备用；

步骤二，将粉煤灰、水泥熟料、石膏混合，充分搅拌得到骨料混合物；

步骤三，将坡缕石粉、纤维素混合，充分搅拌制得干料添加剂混合物；

步骤四，将步骤二得到的骨料混合物与水混合，充分搅拌；

步骤五，将步骤三得到的干料添加剂混合物加入步骤四所制得的混合浆体中，并充分搅拌；

步骤六，将水玻璃加入步骤五所得的混合浆体中，并充分搅拌，制得所述粉煤灰基采空区灌浆材料。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明以粉煤灰作为骨料、水泥熟料作为初始胶凝材料、坡缕石粉作为悬浮剂、HPMC作为保水增粘剂、石膏作为缓凝剂、水玻璃作为活化剂，原料与现有技术不同，并经过大量的实验研究，得到了适合的原料配比；

(2)本发明实现了煤矿电厂固体废弃物原位资源化利用，有效解决了煤矿电厂所带来的固废环境问题；

(3)本发明为煤矿采空区CO超限问题以及残煤自然问题提供了有效解决途径；

(4)本发明的材料制备方法简单，成本低廉，工业性应用优势大。

具体实施方式

本发明的一种粉煤灰基采空区灌浆材料，按照重量份数，由以下组分组成：

粉煤灰0.6～0.8份、水泥熟料0.2～0.4份、坡缕石粉0.03～0.05份、羟丙基甲基纤维素(HPMC)0.008～0.012份、石膏0.03～0.05份、水玻璃0.06～0.1份，水0.8～1.2份。

其中，粉煤灰为Ⅲ级低钙粉煤灰，其CaO质量含量低于10％，细度低于45.0％，需水量比低于115％，烧失量低于10％；细度是指45μm方孔筛余量低于45％。

水泥熟料为低碱水泥熟料，其碱含量按照NaO+0.658K₂O计，质量分数不大于0.6％，3d抗压强度不低于26MPa，28d抗压强度不低于52.5MPa。

坡缕石粉纯度不低于98％，细度为325目，含水率小于15％。

羟丙基甲基纤维素(HPMC)的细度为100目，表观密度为0.25～0.7g/cm³，表面张力为2％，粘度为200Pa·s。

石膏为半水石膏，细度为325目。

水玻璃的模数为2.8～3.2。

本发明的粉煤灰基采空区灌浆材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，根据各组分的重量配比，分别称取粉煤灰、水泥熟料、坡缕石粉、纤维素、石膏、水玻璃和水备用；

步骤二，将粉煤灰、水泥熟料、石膏混合，充分搅拌得到骨料混合物；

步骤三，将坡缕石粉、纤维素混合，充分搅拌制得干料添加剂混合物；

步骤四，将步骤二得到的骨料混合物与水混合，充分搅拌；

步骤五，将步骤三得到的干料添加剂混合物加入步骤四所制得的混合浆体中，并充分搅拌；

步骤六，将水玻璃加入步骤五所得的混合浆体中，并充分搅拌，制得所述粉煤灰基采空区灌浆材料。

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

下述实施例中，粉煤灰基采空区灌浆材料的性能测试，依据《建筑砂浆基本性能试验方法(JGJ 70-2009)》采用标准砂浆稠度测定仪测试浆体稠度、密度、分层度，依据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程(JTG E30-2005)》采用水泥胶砂流动度测定仪测试浆体流动度。

实施例1

本实施例的粉煤灰基采空区灌浆材料，按照重量份数，由以下组分组成：

粉煤灰：0.6份、水泥熟料：0.4份、坡缕石粉：0.04份、HPMC：0.01份、石膏：0.05份、水玻璃：0.08份，水：1份。

本实施例的粉煤灰基采空区灌浆材料的制备方法为：

步骤一，根据上述的各组分的重量配比，用精度0.01的电子秤分别称取所需配比重量的粉煤灰、水泥熟料、坡缕石粉、纤维素、石膏、水玻璃和水备用；

步骤二，将粉煤灰、水泥熟料、石膏混合，充分搅拌得到骨料混合物；

步骤三，将坡缕石粉、纤维素混合，充分搅拌制得干料添加剂混合物；

步骤四，将步骤二得到的骨料混合物与水混合，充分搅拌2min；

步骤五，将步骤三得到的干料添加剂混合物加入步骤四所制得的混合浆体中，并充分搅拌1min；

步骤六，将水玻璃加入步骤五所得的混合浆体中，并充分搅拌3min，制得粉煤灰基采空区灌浆材料。

本实施例所制得的粉煤灰基采空区灌浆材料性能测试结果见表1。

表1实施例1灌浆材料性能测试结果

实施例2

本实施例的粉煤灰基采空区灌浆材料，按照重量份数，由以下组分组成：粉煤灰：0.7份、水泥熟料：0.3份、坡缕石粉：0.032份、HPMC：0.008份、石膏：0.04份、水玻璃：0.1份，水：1份。

本实施例的粉煤灰基采空区灌浆材料的制备方法为：

步骤一，根据上述的各组分的重量配比，用精度0.01的电子秤分别称取所需配比重量的粉煤灰、水泥熟料、坡缕石粉、纤维素、石膏、水玻璃和水备用；

步骤二，将粉煤灰、水泥熟料、石膏混合，充分搅拌得到骨料混合物；

步骤三，将坡缕石粉、纤维素混合，充分搅拌制得干料添加剂混合物；

步骤四，将步骤二得到的骨料混合物与水混合，充分搅拌2min；

步骤五，将步骤三得到的干料添加剂混合物加入步骤四所制得的混合浆体中，并充分搅拌1min；

步骤六，将水玻璃加入步骤五所得的混合浆体中，并充分搅拌3min，制得粉煤灰基采空区灌浆材料。

本实施例所制得的粉煤灰基采空区灌浆材料性能测试结果见表2。

表2实施例2灌浆材料性能测试结果

实施例3

本实施例的粉煤灰基采空区灌浆材料，按照重量份数，由以下组分组成：

粉煤灰：0.7份、水泥熟料：0.3份、坡缕石粉：0.048份、HPMC：0.012份、石膏：0.03份、水玻璃：0.08份，水：0.8份。

本实施例的粉煤灰基采空区灌浆材料的制备方法为：

步骤一，根据上述的各组分的重量配比，用精度0.01的电子秤分别称取所需配比重量的粉煤灰、水泥熟料、坡缕石粉、纤维素、石膏、水玻璃和水备用；

步骤二，将粉煤灰、水泥熟料、石膏混合，充分搅拌得到骨料混合物；

步骤三，将坡缕石粉、纤维素混合，充分搅拌制得干料添加剂混合物；

步骤四，将步骤二得到的骨料混合物与水混合，充分搅拌2min；

步骤五，将步骤三得到的干料添加剂混合物加入步骤四所制得的混合浆体中，并充分搅拌1min；

步骤六，将水玻璃加入步骤五所得的混合浆体中，并充分搅拌3min，制得粉煤灰基采空区灌浆材料。

本实施例所制得的粉煤灰基采空区灌浆材料性能测试结果见表3。

表3实施例三灌浆材料性能测试结果

实施例4

本实施例的粉煤灰基采空区灌浆材料，按照重量份数，由以下组分组成：

粉煤灰：0.8份、水泥熟料：0.2份、坡缕石粉：0.048份、HPMC：0.012份、石膏：0.05份、水玻璃：0.06份，水：1.2份。

本实施例的粉煤灰基采空区灌浆材料的制备方法为：

步骤一，根据上述的各组分的重量配比，用精度0.01的电子秤分别称取所需配比重量的粉煤灰、水泥熟料、坡缕石粉、纤维素、石膏、水玻璃和水备用；

步骤二，将粉煤灰、水泥熟料、石膏混合，充分搅拌得到骨料混合物；

步骤三，将坡缕石粉、纤维素混合，充分搅拌制得干料添加剂混合物；

步骤四，将步骤二得到的骨料混合物与水混合，充分搅拌2min；

步骤五，将步骤三得到的干料添加剂混合物加入步骤四所制得的混合浆体中，并充分搅拌1min；

步骤六，将水玻璃加入步骤五所得的混合浆体中，并充分搅拌3min，制得粉煤灰基采空区灌浆材料。

本实施例所制得的粉煤灰基采空区灌浆材料性能测试结果见表4。

表4实施例四灌浆材料性能测试结果

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种粉煤灰基采空区灌浆材料，其特征在于：按照重量份数，由以下组分组成：

粉煤灰0.6～0.8份、水泥熟料0.2～0.4份、坡缕石粉0.03～0.05份、羟丙基甲基纤维素0.008～0.012份、石膏0.03～0.05份、水玻璃0.06～0.1份，水0.8～1.2份。

2.根据权利要求1所述的粉煤灰基采空区灌浆材料，其特征在于：所述粉煤灰为Ⅲ级低钙粉煤灰，其CaO质量含量低于10％，细度低于45.0％，需水量比低于115％，烧失量低于10％。

3.根据权利要求1所述的粉煤灰基采空区灌浆材料，其特征在于：所述水泥熟料为低碱水泥熟料，其碱含量按照NaO+0.658K₂O计，质量分数不大于0.6％，3d抗压强度不低于26MPa，28d抗压强度不低于52.5MPa。

4.根据权利要求1所述的粉煤灰基采空区灌浆材料，其特征在于：所述坡缕石粉纯度不低于98％，细度为325目，含水率小于15％。

5.根据权利要求1所述的粉煤灰基采空区灌浆材料，其特征在于：所述羟丙基甲基纤维素的细度为100目，表观密度为0.25～0.7g/cm³，表面张力为2％，粘度为200Pa·s。

6.根据权利要求1所述的粉煤灰基采空区灌浆材料，其特征在于：所述石膏为半水石膏，细度为325目。

7.根据权利要求1所述的粉煤灰基采空区灌浆材料，其特征在于：所述水玻璃的模数为2.8～3.2。

8.一种权利要求1所述的粉煤灰基采空区灌浆材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一，根据各组分的重量配比，分别称取粉煤灰、水泥熟料、坡缕石粉、纤维素、石膏、水玻璃和水备用；

步骤二，将粉煤灰、水泥熟料、石膏混合，充分搅拌得到骨料混合物；

步骤三，将坡缕石粉、纤维素混合，充分搅拌制得干料添加剂混合物；

步骤四，将步骤二得到的骨料混合物与水混合，充分搅拌；

步骤五，将步骤三得到的干料添加剂混合物加入步骤四所制得的混合浆体中，并充分搅拌；

步骤六，将水玻璃加入步骤五所得的混合浆体中，并充分搅拌，制得所述粉煤灰基采空区灌浆材料。