CN113321459A - 一种用于矿山充填的矸石自胶结充填材料及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于矿山充填的矸石自胶结充填材料及其应用。所述矸石自胶结充填材料，由矸石和水组成；矸石的质量百分含量为75～80％；本发明采用的矸石含有如下矿物成分：伊利石、蒙脱石和高岭石中至少一种，即可为伊利石、蒙脱石和高岭石中的一种、两种或三种；矿物成分的质量百分含量不低于20％，所述矸石需进行粉碎，矸石的最大粒径不超过20mm，其中，矸石的粒径小于0.3mm的比重为不低于20％。本发明矸石自胶结充填材料由于无需掺加胶结料，大幅降低了充填材料成本，为矸石井下充填提供了低成本途径，将大大促进矸石充填技术的推广和应用，助力我国煤矿矸石固废的规模化处理和资源化利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于矿山充填的矸石自胶结充填材料及其应用，属于矿山充填和煤矿矸石固体废弃物处理领域。
背景技术
煤炭开采排放的大量矸石造成的地面占地及污染一直是煤炭行业面临的突出难题，是我国绿色矿山建设和绿色化开采要重点解决的问题。井下充填作为采空区处理措施，一直以来承担处理矸石废弃物和控制采煤沉陷的双重功能。矸石作为充填材料主要有固体和膏体两种方式，后者固废利用率高、充填体整体性强、接顶率高、岩层移动控制效果显著，是主要的充填方式和未来发展方向。矸石膏体充填材料以矸石为骨料，添加粉煤灰、水泥等，配制成膏体充填料浆，通过管道输送至井下充填工作面，待充填料浆凝固、具备强度后起到支撑覆岩的作用。
粉煤灰、水泥等胶结料在矸石膏体充填材料中占到20％～30％，使凝固后的充填体具备了强度，但胶结料成本占到充填材料成本80％以上，使每方充填材料成本达到130～180元，折合吨煤100～140元，明显降低了煤矿盈利空间，影响了矸石井下充填技术的推广应用。因此，降低矸石充填材料成本是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于矿山充填开采的矸石自胶结充填材料，其中，含有伊利石、蒙脱石、高岭石等成分的矸石与水混合发生物理化学反应，自行胶结固化，产生强度，因此，本发明矸石自胶结充填材料无需添加粉煤灰、水泥等胶结料，即可形成具有强度的充填材料，应用于对强度要求较低的场景，可降低充填材料成本。
本发明提供的用于矿山充填的矸石自胶结充填材料，由矸石和水组成；
所述矸石的质量百分含量为75～80％。
本发明采用的矸石含有如下矿物成分：
伊利石、蒙脱石和高岭石中至少一种，即可为伊利石、蒙脱石和高岭石中的一种、两种或三种。
所述矸石中，所述矿物成分的质量百分含量不低于20％。
所述矸石需进行粉碎，所述矸石的最大粒径不超过20mm，其中，所述矸石的粒径小于0.3mm的比重为不低于20％。
本发明矸石自胶结充填材料的强度随固水比的提高、伊利石、蒙脱石、高岭石等矿物成分含量的提高而提高，而且随矸石中所含伊利石、蒙脱石、高岭石等矿物成分种类的不同而不同。
本发明矸石自胶结充填材料凝固后28d单轴抗压强度为0.2～0.5MPa。
本发明矸石自胶结充填材料可应用于对强度要求较低的场景。
将本发明矸石自胶结充填材料用于矿山充填时，可按照下述步骤进行：
井下采掘工作面产生的矸石或洗选矸石经破碎机破碎后，储存至矸石仓待用；矸石仓内的矸石经皮带输送到搅拌系统，经搅拌系统加水搅拌后形成充填料浆，经充填泵加压后通过充填管路输送到井下采空区。
本发明提供的用于矿山充填的矸石自胶结充填材料，通过采用含有伊利石、蒙脱石、高岭石等矿物成分的矸石与水混合，制成75％～80％浓度的料浆，实现自胶结固化，28d强度可达0.2～0.5MPa，满足井下充填要求。由于无需掺加胶结料，大幅降低了充填材料成本，为矸石井下充填提供了低成本途径，将大大促进矸石充填技术的推广和应用，助力我国煤矿矸石固废的规模化处理和资源化利用。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的不同龄期的矸石自胶结充填材料的单轴抗压强度变化图。
图2为本发明实施例2提供的不同龄期的矸石自胶结充填材料的单轴抗压强度变化图。
图3为本发明实施例3提供的不同龄期的矸石自胶结充填材料的单轴抗压强度变化图。
图4为本发明实施例4提供的不同龄期的矸石自胶结充填材料的单轴抗压强度变化图。
图5为本发明实施例5提供的不同龄期的矸石自胶结充填材料的单轴抗压强度变化图。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1、
新能矿业集团王家塔煤矿充填采用砂质泥岩矸石，含伊利石21.04wt％。将矸石破碎成20mm以下，其中0.3mm以下占22％。按照78％质量浓度将矸石与水进行混合，测得3d、7d、14d、28d单轴抗压强度分别为0.08MPa、0.20MPa、0.24MPa和0.27MPa，如图1所示。
实施例2、
晋煤集团长平煤矿充填采用砂质泥岩矸石，含伊利石8.32wt％，含蒙脱石14.22wt％，伊利石、蒙脱石混合比达到22.54wt％。将矸石破碎成20mm以下，其中0.3mm以下占22％。按照78％质量浓度将矸石与水进行混合，测得3d、7d、14d、28d单轴抗压强度分别为0.09MPa、0.22MPa、0.27MPa和0.30MPa，如图2所示。
实施例3、
山西神州煤业有限公司采用砂质泥岩矸石，含伊利石11.19wt％，含高岭石16.37wt％，伊利石、高岭石混合比达到27.56wt％。将矸石破碎成20mm以下，其中0.3mm以下占27％。按照79wt％质量浓度将矸石与水进行混合，测得3d、7d、14d、28d单轴抗压强度分别为0.1MPa、0.24MPa、0.32MPa和0.38Mpa，如图3所示。
实施例4、
中天合创葫芦素煤矿采用砂质泥岩矸石，含高岭石9.32wt％，含蒙脱石20.81wt％，高岭石、蒙脱石混合比达到30.13wt％。将矸石破碎成20mm以下，其中0.3mm以下占27％。按照80wt％质量浓度将矸石与水进行混合，测得3d、7d、14d、28d单轴抗压强度分别为0.1MPa、0.28MPa、0.4MPa和0.45Mpa，如图4所示。
实施例5、
太原东山煤矿采用砂质泥岩矸石，含伊利石10.02wt％，含高岭石9.68wt％，含蒙脱石11.56wt％，伊利石、高岭石、蒙脱石混合比达到31.26wt％。将矸石破碎成20mm以下，其中0.3mm以下占27％。按照80wt％质量浓度将矸石与水进行混合，测得3d、7d、14d、28d单轴抗压强度分别为0.12MPa、0.29MPa、0.45MPa和0.49MPa，如图5所示。
对比例1、
与实施例4的配方相同，不同之处在于，按照70wt％的质量浓度将矸石与水进行混合，得到的浆料的胶结性较差，凝结体强度较低，不能满足使用要求。
对比例2、
与实施例4的配方相同，不同之处在于，按照82wt％的质量浓度将矸石与水进行混合，得到的浆料胶结性较好，强度较高，但是浓度过高，不易进行管道输送。
对比例3、
与实施例3的配方相同，不同之处在于，将矸石破碎成25mm以下，其中0.3mm以下占15％。按照79wt％质量浓度将矸石与水进行混合，测得3d、7d、14d、28d单轴抗压强度分别为0、0.1MPa、0.13MPa和0.15MPa。可以看出，虽然此时能够实现自胶结固化，但效果较差。
对比例4、
与实施例2的配方相同，不同之处在于，矸石中伊利石、蒙脱石的含量为18wt％。测定得到3d、7d、14d、28d单轴抗压强度分别为0、0.07MPa、0.15MPa和0.18MPa。可以看出，相关矿物成分含量不足时胶结性较差，强度较低，不能满足井下填充的要求。
以上实施例说明，矸石自胶结充填材料强度随固水比的提高、伊利石、蒙脱石、高岭石等矿物成分含量的提高而提高，随矸石中所含伊利石、蒙脱石、高岭石等矿物成分种类的不同而不同。
Claims (8)
1.一种用于矿山充填的矸石自胶结充填材料，由矸石和水组成。
2.根据权利要求1所述的矸石自胶结充填材料，其特征在于：所述矸石的质量百分含量为75～80％。
3.根据权利要求1或2所述的矸石自胶结充填材料，其特征在于：所述矸石含有如下矿物成分：
伊利石、蒙脱石和高岭石中至少一种。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的矸石自胶结充填材料，其特征在于：所述矸石中，所述矿物成分的质量百分含量不低于20％。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的矸石自胶结充填材料，其特征在于：所述矸石的最大粒径不超过20mm，其中，所述矸石的粒径小于0.3mm的比重为不低于20％。
6.权利要求1-5中任一项所述矸石自胶结充填材料在矿山充填中的应用。
7.利用权利要求1-5中任一项所述矸石自胶结充填材料进行矿山充填方法，包括如下步骤：
将所述矸石与所述水混合形成充填浆料，将所述充填浆料输送井下采空区。
8.根据权利要求7所述的矿山充填方法，其特征在于：在搅拌系统中混合所述矸石和所述水。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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