CN113213835A - 一种含尾砂和废旧轮胎橡胶长丝的填充材料在硐室让压支护中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含尾砂和废旧轮胎橡胶长丝的填充材料在硐室让压支护中的应用。本发明还公开了一种填充材料，包括尾砂、废旧轮胎橡胶长丝和水泥。本发明还公开了一种料浆，包括100重量份的水泥、40重量份的废旧轮胎橡胶长丝、1000重量份的尾砂和380重量份的水，混合制备成固体含量为75％的料浆。本发明公开的填充材料解决了传统让压支护填充物贴合度差、结构松散、缓冲性差等问题，利用尾砂、废旧轮胎橡胶长丝和水泥协同作用获得了高流动性、高贴合度、高韧性、强度适宜的填充材料，且可以实现尾砂和废旧轮胎的充分再利用。

Description

一种含尾砂和废旧轮胎橡胶长丝的填充材料在硐室让压支护 中的应用

技术领域

本发明涉及硐室支护技术领域，具体涉及一种含尾砂和废旧轮胎橡胶长丝的填充材料在硐室让压支护中的应用。

背景技术

硐室是地下采矿过程中开挖的一种横断面较大而长度较短的水平坑道，其具有服务年限长、安全性要求高、质量要求高等特点，且结构复杂，受力状态难以准确分析。因此需要良好的支护作业以保持围岩稳定并防止硐室坍塌。传统的硐室支护作业采用混凝土、钢、石材等材料作为支护材料，砌筑成圆形或马蹄形结构支架，在地压特大时，还需要使用让压支护技术，即在支架和围岩之间放置填充物如粉煤灰、锯末或木板等以起到缓冲的作用，保护支架结构避免其被围岩巨大的压应力直接破坏。然而，这些传统填充物存在结构松散、缓冲性差、贴合性差等缺点。因此有必要开发一种结构稳定、强度适宜、贴合度好、韧性高的新型填充材料。

尾砂是一种选矿过程中产生的固体矿物废料，其产出量随着我国采矿事业的发展仍在不断升高。传统的尾砂处置方式是修建尾矿库，根据《全国尾矿库数据分析报告》的统计，我国目前已有上万个尾矿库。然而尾矿库结构不稳定，随时有溃坝的危险，需要大量人力物力进行高频率监测。因此尾砂的处理问题给生态环境和居民安全带来了巨大压力，如何将这些尾砂进行再利用正在成为科研人员的研究热点。

由于我国交通运输事业的蓬勃发展和汽车保有量的不断升高，大量的废旧轮胎面临处理难题。传统的处理方式是将轮胎露天堆放，然而，这会带来严重的火灾隐患和土地侵占问题。据估计，全球每年新增大约1亿条废旧轮胎，而近一半的废旧轮胎得不到妥善处理而被当作垃圾。因此，开发低成本、大用量的废旧轮胎回收再利用方法成为了亟待解决的技术问题。

为了解决上述问题，本专利公开了一种含尾砂和废旧轮胎橡胶长丝的填充材料，该材料由水泥、尾砂、废旧轮胎橡胶长丝等组成，能够实现对尾砂和废旧轮胎的充分利用。该材料兼具水泥胶结材料的强度和橡胶的韧性，因此具有缓冲、吸能、可抗大变形等作用，且具有结构稳定、强度适宜、贴合度好、韧性高等优点。该材料可以作为硐室让压支护的新型填充物，填充在支架和围岩之间，在硐室支护领域应用前景广泛。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对硐室让压支护中填充物结构松散、强度低、贴合性差，以及尾砂和废旧轮胎利用方式少、利用率低等问题，本发明提供了一种含尾砂和废旧轮胎橡胶长丝的填充材料在硐室支护中的应用；通过所述的填充材料，可以提高硐室让压支护填充物的稳定性、贴合性、韧性，保障了硐室结构的安全稳定，拓展了尾砂和废旧轮胎的利用方式。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种含尾砂和废旧轮胎橡胶长丝的填充材料在硐室支护中的应用，其特征在于，作为填充材料应用于硐室让压支护作业中，所述填充材料包含尾砂、废旧轮胎橡胶长丝和水泥。

在硐室支护的技术领域，本发明人创造性地使用尾砂、水泥和废旧轮胎橡胶长丝并加入水混合而成填充材料用于硐室让压支护中支架和围岩之间以进行缓冲，获得了适用于在硐室让压支护作业中作为填充物的填充材料；研究结果显示，所述填充材料具有更好的延性、贴合性、韧性，能够抵抗较大变形，分散并缓冲围岩压力，并妥善高效地实现了尾砂和废旧轮胎的再利用。

进一步地，所述填充材料中的尾砂为铁矿全尾砂，所述尾砂比重为2.76，粒度分布为D₁₀＝20.41，D₅₀＝79.62，D₉₀＝208.89，均匀系数为3.88，该粒径分布的尾砂成型质量好，更适合作为让压支护填充材料的骨料；所述填充材料中的水泥为标号42.5的普通硅酸盐水泥；所述填充材料中的废旧轮胎橡胶长丝为废旧汽车轮胎胎面橡胶切削成的橡胶长丝，所述填充材料中的废旧轮胎橡胶长丝比重为1.09，平均长度为16mm，平均直径为2mm，该尺寸分布的废旧轮胎橡胶长丝易于获得和运输，对填充材料的力学性能改善效果好。

进一步地，所述填充材料在应用时，需将100重量份的水泥、40重量份的废旧轮胎橡胶长丝、1000重量份的尾砂和380重量份的水混合制备成固体含量为75％的料浆；所述料浆的所述固体含量是指料浆中固体重量占料浆重量的百分比，即尾砂、水泥和废旧轮胎橡胶长丝的总干重量占料浆总重量的百分比。

进一步地，本发明提供一种所述填充材料的料浆制备方法，包括以下步骤：

步骤1，对废旧轮胎橡胶长丝和尾砂进行烘干处理；

步骤2，将40重量份的废旧轮胎橡胶长丝和100重量份的水泥均匀混合，使废旧轮胎橡胶长丝表面裹有一层水泥；

步骤3，将1000重量份的尾砂和380重量份的水依次加入步骤2中获得的混合料，充分搅拌10分钟，获得料浆。

进一步地，所述料浆通过管道泵送至硐室支架和围岩之间，等待固化后即形成硐室让压支护的填充物。

实施本发明一种含尾砂和废旧轮胎橡胶长丝的填充材料在硐室让压支护中的应用，其有益效果在于：

本发明以全尾砂作为骨料，水泥作为胶结剂，废旧轮胎橡胶长丝作为改性材料，加水均匀搅拌制备成具有高韧性和高贴合性的应用于硐室让压支护的填充材料；先将废旧轮胎橡胶长丝与水泥搅拌，使得废旧轮胎橡胶长丝表面裹有一层水泥，这有利于废旧轮胎橡胶长丝和尾砂骨料之间的结合；尾砂、水泥和水混合可以形成流动性和强度均较好的膏状填充材料，使得所述填充材料方便输送至硐室支架和围岩之间的空隙中，通过自身流动形成贴合硐室支架和围岩的形状，且在养护后具有一定的强度；所述填充材料内的废旧轮胎橡胶长丝在所述填充材料受压时，由于橡胶良好的可变形性，可以吸收并分散压力，从而避免围岩压力直接传导至硐室支架造成结构破坏；由于所述废旧轮胎橡胶长丝长条状的外形，可以桥接所述填充材料在受压过程中新产生的裂缝并在裂缝之间提供拉力，防止裂缝进一步扩大，从而增强所述填充材料抵抗大变形的能力；所述填充材料中对于尾砂和废旧轮胎橡胶长丝的使用拓展了尾砂和废旧轮胎的利用方式，有利于缓解尾砂和废旧轮胎的处置压力。

具体实施方式

本发明一种含尾砂和废旧轮胎橡胶长丝的填充材料在硐室让压支护中的应用是将尾砂、废旧轮胎橡胶长丝、水泥和水按照特定的重量配比均匀搅拌混合而成，并泵送至硐室支架和围岩之间作为填充材料。其制备方法是称取特定重量的废旧轮胎橡胶长丝和水泥加入搅拌机器中均匀混合，然后依次加入特定重量的尾砂和水充分搅拌10分钟，制备成本发明的填充材料料浆。将制备的填充材料料浆浇筑进上口直径100mm、下口直径200mm、高度为300mm的标准坍落度筒内进行坍落度测试，记录坍落度值。另一方面，将制备的填充材料料浆浇筑进直径50mm、高度100mm的圆柱形塑料模具中等待12小时形成填充材料试件，将填充试件放入标准养护箱在20摄氏度和95％相对湿度下养护28天，养护结束后立即对试件进行无侧限压缩试验，记录并绘制应力应变曲线，记录抗压强度、峰值应变。对填充材料试件的应力应变曲线进行积分运算，计算从应变为0的应变点到峰后应力降至峰值应力80％时对应的应变点范围内的应力应变曲线的积分面积，即为该填充材料试件在完全破坏前所吸收的能量，该值的大小可以反映韧性的大小。

以下试验在料浆制备、试件制备、试验分析方法等均按照上述方法执行。实施例1和对比例1中所用材料均可通过常规商业途径获得。对比例1中不添加废旧轮胎橡胶长丝，作为本发明的对照组。

对比例1、将尾砂进行烘干处理，称取100重量份的水泥、1000重量份的尾砂和366重量份的水，进行料浆制备、试件制备、试验分析。试验分析结果如表1所示。

表1对比例材料性能试验分析结果

实施例1、将尾砂和废旧轮胎橡胶长丝进行烘干处理，称取40重量份的废旧轮胎橡胶长丝、100重量份的水泥、1000重量份的尾砂和380重量份的水，进行料浆制备、试件制备、试验分析。试验分析结果如表2所示。

表2实施例材料性能试验分析结果

通过表2的实验结果可知，本发明一种含尾砂和废旧轮胎橡胶长丝的填充材料具有较高的坍落度值，因此流动性较好，在作为硐室让压支护的填充材料时可以泵送至围岩和支架之间并继续流动，在围岩和支架之间形成贴合度较好的填充材料层；所述填充材料在28天养护龄期下的抗压强度为1.18MPa，该抗压强度值小于传统的让压支护中使用的松木板的横纹抗压强度值，而大于传统的让压支护中使用的锯末、粉煤灰的抗压强度值，因此强度合适。

分析对比例1和实施例1的试验结果可知，加入40重量份数的废旧轮胎橡胶长丝后，该填充材料的抗压强度和坍落度略有降低，但由于让压支护中填充层的强度要求较低，因此仍可满足强度要求；坍落度值略有降低，但仍然属于高流动性料浆；峰值应变大幅增加，表明了延性的大幅增加，有利于抵抗更大变形；吸收能量值大幅增加，表明了韧性的大幅增加，有利于吸收更多能量。这代表着废旧轮胎橡胶长丝可以和尾砂骨料在水泥胶结作用下进行出色的协同配合，使得本发明一种含尾砂和废旧轮胎橡胶长丝的填充材料具有高流动性、高延性和高韧性的特点，适合应用在让压支护中作为支架和围岩之间的填充材料，起到保护支架、支撑围岩的作用。

以上所述仅为本发明的较佳施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神原则之内，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 (4)

1.一种含尾砂和废旧轮胎橡胶长丝的填充材料在硐室支护中的应用，其特征在于，作为填充材料应用于硐室让压支护作业中，所述填充材料中包含尾砂、废旧轮胎橡胶长丝、水泥。

2.如权利要求1所述的一种含尾砂和废旧轮胎橡胶长丝的填充材料在硐室支护中的应用，其特征在于，所述填充材料中的所述尾砂为铁矿全尾砂，其比重为2.76，粒度分布为D₁₀＝20.41，D₅₀＝79.62，D₉₀＝208.89，均匀系数为3.88；所述填充材料中的所述废旧轮胎橡胶长丝为废旧汽车轮胎胎面橡胶切削成的橡胶长丝，其比重为1.09，平均长度16mm，平均直径2mm；所述填充材料中的所述水泥为标号42.5的普通硅酸盐水泥。

3.如权利要求1所述的一种含尾砂和废旧轮胎橡胶长丝的填充材料在硐室支护中的应用，其特征在于，所述填充材料在应用时，需将100重量份的水泥、40重量份的废旧轮胎橡胶长丝、1000重量份的尾砂和380重量份的水均匀混合制备成固体含量为75％的料浆；再将所述料浆通过管道泵送至硐室支架和围岩之间，等待固化后即形成硐室让压支护的填充物。

4.如权利要求3所述的料浆，其特征在于，所述料浆固体含量为75％，所述料浆的制备方法包括以下步骤：

步骤1，对废旧轮胎橡胶长丝和尾砂进行烘干处理；

步骤2，将40重量份的废旧轮胎橡胶长丝和100重量份的水泥均匀混合，使废旧轮胎橡胶长丝表面裹有一层水泥；

步骤3，将1000重量份的尾砂和380重量份的水依次加入步骤2中获得的混合料，充分搅拌10分钟，获得料浆。