CN111517704B - 一种煤泥基巷道铺底材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种煤泥基巷道铺底材料及其制备方法，材料包括如下组份：煤泥15‑18份、矸石30‑35份、水泥45‑48份、减水剂0.5‑2份、早强剂1‑3份、纤维0.1‑0.3份、水13‑19份。制备方法具体包括如下步骤：分别称取煤泥、矸石、水泥输送至混合料仓中，同时称取减水剂、早强剂和纤维加入混合料仓中，最后将水加入至混合料仓内，得到混合物料，将混合物料在混料机内搅拌均匀后输出得到煤泥基巷道铺底材料。本发明的材料具有凝结速度快、早期强度高，使铺底材料在3d达到26MPa，大大缩短了养护时间，材料稳定性高，成本低。
Description
技术领域
本发明属于巷道快速铺底材料技术领域，具体涉及一种煤泥基巷道铺底材料及其制备方法。
背景技术
在煤矿回采巷道掘进过程中，巷道内散落矸石、碎煤和积水，导致巷道底板覆盖一层煤泥、矸石混合物，造成巷道行人、运输困难。同时为了行人、运输方便，巷道底板需要硬化，目前主要使用混凝土或其他铺底材料硬化巷道底板，在采用该类材料施工时，需要先清理巷道底板煤泥、矸石混合物，不仅浪费大量人力、物力、财力，还增加了巷道辅助运输量，造成矿井运输紧张。同时清理煤泥、矸石运输也浪费大量时间，延长了施工工期。另外，采用普通混凝土材料铺底，养护时间长，影响矿井运输，在一定程度上增加了巷道掘进成本。同时巷道底板硬化施工时，井下施工条件简陋，无法完全按照设计配比施工。
目前采用的巷道底板硬化施工，存在运输量大、养护时间长、各组分难定量、施工成本高等问题。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤泥基巷道铺底材料及其制备方法，主要解决巷道掘进过程中易造成运输、行人困难，同时目前采用的巷道底板硬化方法不仅养护时间长，恶劣的施工条件无法保证配比准确性的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种煤泥基巷道铺底材料，按照质量份数计，所述材料包括如下组份：
煤泥15-18份、矸石30-35份、水泥45-48份、减水剂0.5-2份、早强剂1-3份、纤维0.1-0.3份、水13-19份。在如上所述的煤泥基巷道铺底材料，优选，所述煤泥为泥浆与碎煤的混合物，所述煤泥中碎煤的质量百分比为55-65％。
在如上所述的煤泥基巷道铺底材料，优选，所述矸石的粒径小于40mm。
在如上所述的煤泥基巷道铺底材料，优选，所述早强剂为复合早强剂；
优选地，所述复合早强剂为甲酸钙、氢氧化铝和硫酸铝中的任意两种或三种复合而成。
在如上所述的煤泥基巷道铺底材料，优选，所述纤维为聚乙烯纤维；
优选地，所述纤维的长度为2-4cm。
在如上所述的煤泥基巷道铺底材料，优选，所述减水剂为萘系减水剂。
在如上所述的煤泥基巷道铺底材料，优选，所述材料中的水灰比为0.3-0.4。
一种煤泥基巷道铺底材料的制备方法，所述制备方法具体包括如下步骤：
分别称取煤泥、矸石、水泥输送至混合料仓中，同时称取减水剂、早强剂和纤维加入所述混合料仓中，最后将水加入至所述混合料仓内，得到混合物料，将所述混合物料在混料机内搅拌均匀后输出得到煤泥基巷道铺底材料。
在如上所述的煤泥基巷道铺底材料的制备方法，优选，所述矸石为细矸石，所述细矸石的粒径小于40mm；所述细矸石为在加入至所述混合料仓前经过破碎后得到。
在如上所述的煤泥基巷道铺底材料，优选，所述混料机为强制性双轴混料机，所述混料机内部物料行进速度为0.8-1.2m/min，搅拌时间为3-5min。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：
本发明的煤泥基巷道铺底材料及其制备方法，该材料中的两种主要原料来源于巷道，减少了人力、物力、财力和处理时间的投入。本发明中以来源于巷道中的材料为基础，设计适应的施工工艺。该巷道铺底材料及工艺的使用，减少巷道煤泥及矸石清理工序，缓解了矿井运输紧张局面，且在施工过程中能够大大减少养护时间，与混凝土相比具有凝结速度快、早期强度高，使铺底材料的抗压强度在3d达到26MPa，大大缩短了养护时间。
本发明中采用本发明中的材料和工艺对巷道底板硬化施工可大大减少巷道铺底时间，提高工作效率；使巷道内常见的材料变废为宝，大大降低了成本。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明提供的一种煤泥基巷道铺底材料，主要是解决巷道掘进过程中存在煤泥、矸石混合物，易造成运输、行人困难。对巷道底板硬化处理时，需要先清理巷道内煤泥、矸石，增加了矿井辅助运输，同时目前采用的巷道底板硬化方法不仅养护时间长，恶劣的施工条件无法保证配比的准确性。本发明的铺底材料以巷道中的煤泥和矸石为原材料，加上主料水泥，辅以少量添加剂制备成快速铺底材料，加上适应的施工工艺，可以减少巷道煤泥和矸石的清理工序，缓解了矿井运输紧张局面，且在施工过程中能够大大减少养护时间，使材料在3天即能达到设计强度。采用的原料成分简单，施工工艺能够实现各主料、添加剂和水的定量添加，准确控制各组分配比，确保材料达到最优性能。采用本发明的原材料和工艺对巷道底板硬化施工，大大减少巷道铺底时间，提高工作效率。
由于矿井施工的特殊性，在井下无法对使用的材料精准称量，因此材料配制比例也无法准确控制。当需要多种组分混合时，施工配制过程误差增大，造成铺底材料性能无法保障，另外井下施工一般为人工操作，人为因素也会对铺底材料的制备过程造成影响，导致铺底材料制备过程误差较大和性能波动。
本发明提供的一种煤泥基巷道铺底材料，按照重量份数计，材料包括如下组份：
煤泥15-18份(比如15.5份、16份、16.5份、17份、17.5份、18份)、矸石30-35份(比如31份、31.5份、32份、32.5份、33份、33.5份、34份、34.5份)、水泥45-48份(比如45.5份、46份、46.5份、47份、47.5份)、减水剂0.5-2份(比如0.6份、0.7份、0.8份、0.9份、1份、1.1份、1.2份、1.4份、1.6份、1.8份)、早强剂1-3份(比如1.2份、1.4份、1.6份、1.8份、2份、2.2份、2.4份、2.6份、2.8份)、纤维0.1-0.3份(比如0.12份、0.14份、0.16份、0.18份、0.2份、0.22份、0.24份、0.26份、0.28份)、水13-19份(比如14份、15份、16份、17份、18份)。
本发明的具体实施例中，煤泥为泥浆与碎煤的混合物，煤泥中碎煤的质量百分比为55-65％(比如56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％)。
本发明的具体实施例中，矸石的粒径小于40mm。
早强剂为复合早强剂；优选地，复合早强剂为甲酸钙、氢氧化铝和硫酸铝中的任意两种或三种复合而成。
纤维为聚乙烯纤维；优选地，纤维的长度为2-4cm。加入纤维的目的：一方面提高铺底材料抗压强度，另一方面在铺底材料承受载荷破坏时会有一定的残余强度，提高材料的整体性，使铺底材料承载能力更高。
优选地，减水剂为萘系减水剂。
本发明的具体实施例中，铺底材料中的水灰比为0.3-0.4(比如0.31、0.32、0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39)。其中，水灰比指的是材料中水与水泥的质量比。
为了进一步理解本发明中的煤泥基巷道快速铺底材料，本发明还提供了一种煤泥基巷道铺底材料的制备方法，制备方法具体包括如下步骤：
分别称取煤泥、矸石、水泥输送至混合料仓中，同时称取减水剂、早强剂和纤维加入混合料仓中，最后按照水灰比0.3-0.4将水加入至混合料仓内，得到混合物料，将混合物料在混料机内搅拌均匀后得到煤泥基巷道铺底材料。本发明中的添加剂的加入方式有两种：一是减水剂、早强剂和纤维可以分别依次称量后加入混合料仓中；二是可以采用先将减水剂、早强剂和纤维按照质量比混合形成混合料，然后混合料称量后输送至混合料仓中。
本发明的具体实施例中，矸石为粒径小于40mm的细矸石，细矸石为在加入至混合料仓前经过破碎后得到。
优选地，混料机为强制性双轴混料机，混料机内部物料行进速度为0.8-1.2m/min(比如0.85m/min、0.9m/min、0.95m/min、1m/min、1.1m/min、1.15m/min)，混料机长度为3～5m，物料的搅拌时间为3～5min。
本发明实施例中使用的煤泥，其中煤泥中碎煤的质量百分比含量为55-65％。
实施例1
本实施例提供的一种煤泥基巷道铺底材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将巷道底板的煤泥和矸石分别清理至指定区域；
步骤二，将底板清理出的矸石利用破碎机破碎至粒径小于40mm，将混合料投入振动筛分机构，得到小颗粒细矸石，待用；
步骤三，将原料煤泥、细矸石、水泥和添加剂分别加入至相应的料斗中，利用皮带秤分别称取煤泥160Kg、细矸石330Kg、水泥460Kg分别加入至混合料仓中；
然后利用皮带秤分别称取萘系减水剂20Kg、早强剂20Kg、2-4mm的聚乙烯纤维2Kg加入至混合料仓中，早强剂为复合早强剂(甲酸钙与氢氧化铝复合质量比可为1.5～2:1，其中本实施例中甲酸钙与氢氧化铝质量比为2：1)，从水箱加入水138Kg(水灰比0.3)至混合料仓中，形成混合料，然后将混合料输送至强制性双轴混料机中搅拌混合，强制性双轴混料机内部物料行进速度为0.8-1.2m/min，搅拌混合均匀后从混料机的出料口输送出煤泥基巷道铺底材料。最后将铺底材料铺设在清理好的巷道底板上，然后再人工将面铺平。
采用本发明实施例中的铺底材料在巷道底板上铺设厚度为20cm，1d抗压强度为15MPa，3d抗压强度为26MPa，7d抗压强度为38MPa，最终强度(28d以后)可达40MPa以上，性能优于C30混凝土。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于步骤三中称取煤泥170Kg、细矸石320Kg、水泥460Kg，萘系减水剂10Kg、早强剂30Kg、2-4mm的聚乙烯纤维2Kg，早强剂为复合早强剂(甲酸钙与硫酸铝复合，其中甲酸钙与硫酸铝质量比为1.5：1)，其他方法步骤与实施例1相同，在此不再赘述。
采用本发明实施例中的铺底材料在巷道底板上铺设厚度为25cm，1d抗压强度为14MPa，3d抗压强度为24MPa，7d抗压强度为37MPa。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于步骤三中称取煤泥150Kg、细矸石300Kg、水泥450Kg，萘系减水剂5Kg、早强剂10Kg、2-4mm的聚乙烯纤维1Kg，早强剂为复合早强剂(甲酸钙与氢氧化铝复合，其中甲酸钙与氢氧化铝质量比为1.5:1)，其他方法步骤与实施例1相同，在此不再赘述。
采用本发明实施例中的铺底材料在巷道底板上铺设厚度为30cm，1d抗压强度为12MPa，3d抗压强度为21MPa，7d抗压强度为32MPa。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于步骤三中称取煤泥180Kg、细矸石350Kg、水泥480Kg，萘系减水剂10Kg、早强剂30Kg、2-4mm的聚乙烯纤维3Kg，早强剂为复合早强剂(甲酸钙与氢氧化铝复合，其中甲酸钙与氢氧化铝质量比为1.5:1)，其他方法步骤与实施例1相同，在此不再赘述。
采用本发明实施例中的铺底材料在巷道底板上铺设厚度为25cm，1d抗压强度为12MPa，3d抗压强度为22MPa，7d抗压强度为33MPa。
实施例5
本实施例与实施例1的区别在于早强剂为复合早强剂(氢氧化铝与硫酸铝复合，其中氢氧化铝与硫酸铝质量比为1:1)，其他方法步骤与实施例1相同，在此不再赘述。
采用本发明实施例中的铺底材料在巷道底板上铺设厚度为25cm，1d抗压强度为15MPa，3d抗压强度为25MPa，7d抗压强度为36MPa。
实施例6
本实施例与实施例1的区别在于早强剂为复合早强剂(甲酸钙、氢氧化铝与硫酸铝复合，其中甲酸钙、氢氧化铝与硫酸铝质量比为3：2：2)，从水箱加入水184Kg(水灰比0.4)，其他方法步骤与实施例1相同，在此不再赘述。
采用本发明实施例中的铺底材料在巷道底板上铺设厚度为25cm，1d抗压强度为14MPa，3d抗压强度为24MPa，7d抗压强度为33MPa。
对照例1
本对照例与实施例1的区别在于步骤三中称取煤泥为200Kg，其他方法步骤与实施例1相同，在此不再赘述。
采用本发明对照例中的铺底材料在巷道底板上铺设厚度为25cm，1d抗压强度为10MPa，3d抗压强度为20MPa，7d抗压强度为30MPa。
对照例2
本对照例与实施例1的区别在于步骤三中称取矸石为280Kg，其他方法步骤与实施例1相同，在此不再赘述。
采用本发明对照例中的铺底材料在巷道底板上铺设厚度为25cm，1d抗压强度为9MPa，3d抗压强度为16MPa，7d抗压强度为28MPa。
对照例3
本对照例与实施例1的区别在于步骤三中称取水泥为400Kg，加入水120Kg(水灰比0.3)，其他方法步骤与实施例1相同，在此不再赘述。
采用本发明对照例中的铺底材料在巷道底板上铺设厚度为25cm，1d抗压强度为8MPa，3d抗压强度为18MPa，7d抗压强度为28MPa。
对照例4
本对照例与实施例1的区别在于步骤二中采用的矸石为粒径小于60mm的矸石，步骤三中使用的煤泥中碎煤的质量百分比为40％，其他方法步骤与实施例1相同，在此不再赘述。
采用本发明对照例中的铺底材料在巷道底板上铺设厚度为25cm，1d抗压强度为9MPa，3d抗压强度为15MPa，7d抗压强度为25MPa。
对照例5
本对照例与实施例1的区别在于步骤三中采用的聚乙烯纤维的长度为6cm，其他方法步骤与实施例1相同，在此不再赘述。
采用本发明对照例中的铺底材料在巷道底板上铺设厚度为25cm，1d抗压强度为13MPa，3d抗压强度为24MPa，7d抗压强度为34MPa。
实施例和对照例中巷道铺底材料的性能数据如下表1中所示。
表1实施例和对照例中铺底材料性能数据
本发明实施例1中的煤泥基巷道铺底材料，铺底材料在3d即能达到26MPa，通过选择合理组分的煤泥、矸石、水泥，辅以添加剂，使得巷道铺底材料的养护时间大大缩短，同时抗压强度较高，提高了工作效率，有效利用了巷道内材料，降低了施工成本。
综上所述：本发明的煤泥基巷道铺底材料，该材料中的两种主要原料来源于巷道，减少了人力、物力、财力和处理时间的投入。本发明中以来源于巷道中的材料为基础，设计适应的施工工艺。该巷道铺底材料及工艺的使用，减少巷道煤泥及矸石清理工序，缓解了矿井运输紧张局面，且在施工过程中能够大大减少养护时间，与混凝土相比具有凝结速度快、早期强度高，使铺底材料的抗压强度在3d达到26MPa，大大缩短了养护时间。
本发明中采用的施工工艺能够实现各主料、外加剂和水的定量添加，准确控制各组分配比，确保材料达到最优性能。采用本发明中的材料和工艺对巷道底板硬化施工可大大减少巷道铺底时间，提高工作效率；使巷道内常见的材料变废为宝，大大降低了成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。
Claims (6)
1.一种煤泥基巷道铺底材料，其特征在于，所述材料包括如下组份：
煤泥160Kg、矸石330Kg、水泥460Kg、减水剂20Kg、早强剂20Kg、纤维2Kg、水138Kg；
所述矸石的粒径小于40mm；
所述早强剂为复合早强剂，所述复合早强剂为甲酸钙、氢氧化铝和硫酸铝中的任意两种或三种复合而成；
所述纤维为聚乙烯纤维，所述聚乙烯纤维的长度为2-4mm。
2.如权利要求1所述的煤泥基巷道铺底材料，其特征在于，所述煤泥为泥浆与碎煤的混合物，所述煤泥中碎煤的质量百分比为55-65%。
3.如权利要求1所述的煤泥基巷道铺底材料，其特征在于，所述减水剂为萘系减水剂。
4.如权利要求1-3中任一项所述的煤泥基巷道铺底材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：
分别称取煤泥、矸石、水泥输送至混合料仓中，同时称取减水剂、早强剂和纤维加入所述混合料仓中，最后将水加入至所述混合料仓内，得到混合物料，将所述混合物料在混料机内搅拌均匀后输出得到煤泥基巷道铺底材料。
5.如权利要求4所述的煤泥基巷道铺底材料的制备方法，其特征在于，所述矸石为粒径小于40mm的细矸石，所述细矸石为在加入至所述混合料仓前经过破碎后得到。
6.如权利要求4所述的煤泥基巷道铺底材料的制备方法，其特征在于，所述混料机为强制性双轴混料机，所述混料机内部物料行进速度为0.8-1.2m/min，搅拌时间为3-5min。
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