CN113526935B

CN113526935B - 一种深井填充方法

Info

Publication number: CN113526935B
Application number: CN202010580388.2A
Authority: CN
Inventors: 王群英; 俞能; 宋明光; 陈仕国
Original assignee: Huadian Electric Power Research Institute Co Ltd
Current assignee: Huadian Electric Power Research Institute Co Ltd
Priority date: 2020-06-23
Filing date: 2020-06-23
Publication date: 2024-04-26
Anticipated expiration: 2040-06-23
Also published as: CN113526935A

Abstract

本发明涉及环境修复技术领域，尤其涉及一种深井填充方法。本发明提供了一种深井填充方法，包括：A)将粉煤灰研磨、粉碎后，得到粒径小于20μm的粉煤灰超细粉和粒径为20～50μm的粉煤灰细粉，粉煤灰细粉制成膨胀型粉煤灰母球；B)将膨胀型粉煤灰母球、中砂、硅藻土和碎石混合，得到集料；将所述集料、粉煤灰超细粉和水搅拌制浆，得到充填浆体；C)将所述充填浆体与含有化学助剂的浆液在70～85℃下搅拌混合，注入工作面进行填充。所述深井填充方法中，集料、承载流体和化学助剂互相作用，在加热的条件下搅拌混合，形成类似土壤结构，保障保水性和透水系数均较优，最终得到的填充体抗压强度较高，接顶效果较优。

Description

一种深井填充方法

技术领域

本发明涉及环境修复技术领域，尤其涉及一种深井填充方法。

背景技术

采用充填采矿法可以从根本上解决地表沉陷与生态环境破坏严重的问题，有效防止或者减少开采煤炭对环境及其他资源的不利影响。

目前，在国内运用最广泛的是胶结填充技术，以尾砂、废石、粉煤灰、砂石等作为充填骨料，通过胶结剂拌和形成浆体或者膏体，以管道泵送或者重力自流的方式输送到充填区。但是传统胶结材料主要以水泥和黄泥为主。黄泥是一种生态友好型材料，其形成的填充体对地下采空区的生态影响较小，但是黄泥自身的抗压性能较差。而水泥虽然能够保障足够的机械强度但是由于浆体含水量较高，其早期强度不足。同时水泥砌块过于密实，严重破坏采空区周围地下生态系统而且成本较高。

CN106007569B 公开了一种利用生物质材料制备煤矿充填膏体的方法，该方法包括：（1）制备生物质粉体；（2）处理煤矸石；（3）将煤矸石粉体与生物质粉体、粉煤灰混合，得到混合粉体颗粒；（4）将 Na₂SO₄、生石灰及石膏固体与混合粉体颗粒混合球磨，得到充填膏体的掺和料；（5）取上述掺和料与水泥、煤矸石的粗、细骨料搅拌均匀后加入水和调节剂，即得煤矿充填膏体。

上述专利得到的充填膏体仅提升了材料的机械性能，并不能改善填充体的密实状态。因此，该膏体材料凝结后形成的充填体仍然对地下生态环境有一定的破坏作用，无法具有透水、透气、保水的作用。除此之外，此专利得到的填充体的接顶效果较差。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种深井填充方法，采用本发明的深井填充方法得到的填充体抗压强度较高，接顶效果较优，保水性和透水系数均较优。

本发明提供了一种深井填充方法，包括以下步骤：

A）将粉煤灰研磨、粉碎后，得到粒径小于20 μm的粉煤灰超细粉和粒径为20~50 μm的粉煤灰细粉，粉煤灰细粉制成膨胀型粉煤灰母球；

B）将膨胀型粉煤灰母球、中砂、硅藻土和碎石混合，得到集料；将所述集料、粉煤灰超细粉和水搅拌制浆，得到充填浆体；

C）将所述充填浆体与含有化学助剂的浆液在70~85℃下搅拌混合，注入工作面进行填充。

优选的，所述膨胀型粉煤灰母球的粒径不大于5 cm；

所述粉煤灰细粉制成膨胀型粉煤灰母球的制备方法包括：

a1）将烘干后的物料进行研磨，得到研磨粉；所述物料包括粉煤灰细粉、水泥、沸石岩、黏土和木屑；所述研磨粉的粒径≤100 μm；

b1）将所述研磨粉在喷淋水的条件下成球，得到生料球；所述生料球的粒径为5~50mm；

c1）将所述生料球烘干后，在1200~1250℃下焙烧10~15 min，得到膨胀型粉煤灰母球。

优选的，步骤a1）中，所述物料包括：

粉煤灰细粉 70 wt%~90 wt%；

水泥 2 wt%~5 wt%；

沸石岩 3 wt%~6 wt%；

黏土 2 wt%~10 wt%；

木屑 3 wt%~10 wt%；

所述物料中各组分的用量之和为100%；

步骤b1）中，所述喷淋水的用量占所述研磨粉用量的5 wt%~20 wt%；

所述成球的转速为25~40 r/min。

优选的，所述膨胀型粉煤灰母球的粒径不大于5 cm；

所述粉煤灰细粉由包含如下重量份组分的原料制备得到膨胀型粉煤灰母球：

粉煤灰细粉 70 wt%~90 wt%；

水泥 2 wt%~10 wt%；

脱硫石膏 3 wt%~5 wt%；

成孔剂 2 wt%~5 wt%；

激发剂 3 wt%~10 wt%；

上述各组分的用量之和为100%；

所述成孔剂包括山楂核粉、松针粉、玉米纤维和木薯渣中一种；

所述激发剂包括生石灰、水玻璃和泡花碱中的一种。

优选的，所述膨胀型粉煤灰母球的制备方法包括：

a2）将粉煤灰细粉、水泥和脱硫石膏搅拌混合，得到混合物料；

b2）将所述混合物料、激发剂和成孔剂在喷淋水的条件下成球，得到生料球；所述生料球的粒径为5~50 mm；

c2）将所述生料球在室温下陈化1~2 h后，再在95~110℃下蒸汽养护5~10 h，得到膨胀型粉煤灰母球。

优选的，步骤B）中，所述硅藻土的颗粒比表面积为45~65 m²/g；

所述中砂的粒径为0.25~0.5 mm，含泥量为2 wt%~3 wt%；

所述碎石为连续级配碎石，所述碎石的粒径为5~20 mm。

优选的，步骤B）中，所述膨胀型粉煤灰母球、中砂、硅藻土和碎石的质量比为70~85：5~10：5~15：5~10。

优选的，步骤B）中，所述粉煤灰超细粉与集料的质量比为1：2~5；

所述水与集料的质量比为1~2：20。

优选的，步骤C）中，所述化学助剂包括胶结剂、早强剂、高效减水剂和保水剂；

所述胶结剂为熟石灰、电石渣、石膏和无水石膏中一种或几种；

所述早强剂为氯化钠、氯化钙、碳酸钠和草木灰中一种或几种；

所述高效减水剂为萘系高效减水剂或聚羧酸系高性能减水剂；

所述保水剂为膨胀蛭石或聚丙烯酸钠吸水树脂；

所述胶结剂、早强剂、高效减水剂和保水剂的质量比为5~6：2：1：1。

优选的，步骤C）中，将所述充填浆体与含有化学助剂的浆液在70~85℃下搅拌混合后，直接注入工作面进行填充。

本发明提供了一种深井填充方法，包括以下步骤：A）将粉煤灰研磨、粉碎后，得到粒径小于20 μm的粉煤灰超细粉和粒径为20~50 μm的粉煤灰细粉，粉煤灰细粉制成膨胀型粉煤灰母球；B）将膨胀型粉煤灰母球、中砂、硅藻土和碎石混合，得到集料；将所述集料、粉煤灰超细粉和水搅拌制浆，得到充填浆体；C）将所述充填浆体与含有化学助剂的浆液在70~85℃下搅拌混合，注入工作面进行填充。本发明提供的深井填充方法中，集料、承载流体和化学助剂互相作用，在加热的条件下搅拌混合，形成类似土壤结构，保障采空区稳定性的同时还能保水透水透气，将采矿与充填对地下生态系统的影响降到最低，最终得到的填充体抗压强度较高，接顶效果较优，保水性能和透水系数在一个较优的范围之内。

实验结果表明，采用本发明的填充方法进行填充，填充后的材料立方体抗压强度高于25 MPa，抗压强度较高；保水性不低于0.7 g/cm²，透水系数不低于2.5 mm/s，保水性和透水系数均较优；干缩率不超过0.015%，接顶效果较优。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种深井填充方法，包括以下步骤：

本发明先将粉煤灰研磨、粉碎后，得到粒径小于20 μm的粉煤灰超细粉和粒径为20~50 μm的粉煤灰细粉，粉煤灰细粉制成膨胀型粉煤灰母球。本发明中，所述粉煤灰超细粉的作用是承载流体。在本发明的某些实施例中，所述粉煤灰超细粉的粒径d₉₀=18.3 μm、17.6 μm或15.5 μm。

本发明对所述粉煤灰的来源并无特殊的限制，在本发明的某些实施例中，所述粉煤灰为燃煤电厂煤粉炉中燃烧产生的飞灰。

在本发明的某些实施例中，所述研磨在球磨机中进行。所述研磨的筒转速为35~40r/min，所述研磨的出料粒度为0.075~0.89 mm。在某些实施例中，所述研磨的筒转速为39r/min或35 r/min。

在本发明的某些实施例中，所述粉碎后，还包括：分级。在本发明的某些实施例中，所述粉碎和分级在分级式冲击磨中进行。在本发明的某些实施例中，所述分级后的出料粒度可控制d₉₇=10~74 μm。

在本发明的某些实施例中，所述膨胀型粉煤灰母球的粒径不大于5 cm。在某些实施例中，所述膨胀型粉煤灰母球的粒径为1.2~1.8 cm、2.8~3.5 cm、3.8~4.2 cm或1.6~2.0cm。

在本发明的某些实施例中，所述粉煤灰细粉制成膨胀型粉煤灰母球的制备方法为高温烧结法，包括：

a）将烘干后的物料进行研磨，得到研磨粉；所述物料包括粉煤灰细粉、水泥、沸石岩、黏土和木屑；所述研磨粉的粒径≤100 μm；

b）将所述研磨粉在喷淋水的条件下成球，得到生料球；所述生料球的粒径为5~50mm；

c）将所述生料球烘干后，在1200~1250℃下焙烧10~15 min，得到膨胀型粉煤灰母球。

在本发明的某些实施例中，步骤a）中，所述物料包括：

粉煤灰细粉 70 wt%~90 wt%；

水泥 2 wt%~5 wt%；

沸石岩 3 wt%~6 wt%；

黏土 2 wt%~10 wt%；

木屑 3 wt%~10 wt%；

所述物料中各组分的用量之和为100%。

在本发明的某些实施例中，所述物料中粉煤灰细粉的含量为70 wt%、80 wt%或90wt%。在本发明的某些实施例中，所述物料中水泥的含量为5 wt%或2 wt%。在本发明的某些实施例中，所述物料中沸石岩的含量为5 wt%、6 wt%或3 wt%。在本发明的某些实施例中，所述黏土的含量为10 wt%或2 wt%。在本发明的某些实施例中，所述木屑的含量为10 wt%、7wt%或3 wt%。

在本发明的某些实施例中，步骤a）中，所述烘干在烘干机中进行。在某些实施例中，所述烘干的温度为105℃，所述烘干的时间为0.5~1 h。

在本发明的某些实施例中，所述烘干后的物料进行研磨的转速为28~35 r/min。在某些实施例中，所述研磨的转速为30 r/min或35 r/min。在某些实施例中，所述研磨是在研磨机中进行的。

得到研磨粉后，将所述研磨粉在喷淋水的条件下成球，得到生料球；所述生料球的粒径为5~50 mm。

在本发明的某些实施例中，所述喷淋水的用量占所述研磨粉用量的5 wt%~20wt%。在某些实施例中，所述喷淋水的用量占所述研磨粉用量的10 wt%、15 wt%或5 wt%。本发明对所述喷淋水的喷淋速率并无特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的用于成球的喷淋水的喷淋速率即可。

在本发明的某些实施例中，所述成球的转速为25~40 r/min。在某些实施例中，所述成球的转速为30 r/min或35 r/min。在本发明的某些实施例中，所述成球在圆盘成球机中进行，所述圆盘成球机的成球盘尺寸为Φ900×1100 mm。

在本发明的某些实施例中，所述生料球的粒径为5~20 mm、5~30 mm或5~40 mm。

得到生料球后，将所述生料球烘干后，在1200~1250℃下焙烧10~15 min，得到膨胀型粉煤灰母球。

在本发明的某些实施例中，所述生料球烘干的温度为110~200℃，所述生料球烘干的时间为4~8 h。在某些实施例中，所述生料球烘干的温度为120℃、110℃或125℃。在某些实施例中，所述生料球烘干的时间为4 h、6 h或7 h。

在本发明的某些实施例中，所述焙烧的温度为1200℃或1250℃。在本发明的某些实施例中，所述焙烧的时间为15 min。

在本发明的某些实施例中，所述焙烧在回转窑中进行。

在本发明的某些实施例中，所述焙烧后，还包括：自然冷却至室温。

在本发明的某些实施例中，所述自然冷却至室温后，还包括：在室温下进行室内养生。养生的作用是使粉煤灰母球内外部温度均能够缓慢冷却至室温。在本发明的某些实施例中，所述室内养生的时间为3~5 h。在某些实施例中，所述室内养生的时间为3 h、5 h或4h。

在本发明的某些实施例中，所述粉煤灰细粉制成膨胀型粉煤灰母球的制备方法为蒸养法，即：所述粉煤灰细粉由包含如下重量份组分的原料制备得到膨胀型粉煤灰母球：

粉煤灰细粉 70 wt%~90 wt%；

水泥 2 wt%~10 wt%；

脱硫石膏 3 wt%~5 wt%；

成孔剂 2 wt%~5 wt%；

激发剂 3 wt%~10 wt%；

上述各组分的用量之和为100%。

在本发明的某些实施例中，所述成孔剂包括山楂核粉、松针粉、玉米纤维和木薯渣中一种。

在本发明的某些实施例中，所述激发剂包括生石灰、水玻璃和泡花碱中的一种。

在本发明的某些实施例中，所述原料中粉煤灰细粉的含量为70 wt%。在本发明的某些实施例中，所述原料中水泥的含量为10 wt%。在本发明的某些实施例中，所述原料中脱硫石膏的含量为5 wt%。在本发明的某些实施例中，所述原料中成孔剂的含量为5 wt%。在本发明的某些实施例中，所述原料中激发剂的含量为10 wt%。

在本发明的某些实施例中，采用蒸养法将粉煤灰细粉制成膨胀型粉煤灰母球的制备方法包括：

所述蒸养法中采用的原料的组分和配比同上，在此不再赘述。

在本发明的某些实施例中，步骤a2）中，所述搅拌混合的转速为46 r/min。

在本发明的某些实施例中，步骤a2）中，所述搅拌混合的时间为10~15 min。

在本发明的某些实施例中，步骤a2）中，所述搅拌混合在无重力混合机中进行。

在本发明的某些实施例中，步骤b2）中，喷淋水的用量占所述混合物料、激发剂和成孔剂用量总和的8 wt%~12 wt%。在某些实施例中，步骤b2）中，喷淋水的用量占所述混合物料、激发剂和成孔剂用量总和的10 wt%。本发明对所述喷淋水的喷淋速率并无特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的用于成球的喷淋水的喷淋速率即可。

在本发明的某些实施例中，步骤b2）中，所述成球的转速为25~40 r/min。在某些实施例中，所述成球的转速为30 r/min。在本发明的某些实施例中，所述成球在圆盘成球机中进行，所述圆盘成球机的成球盘尺寸为Φ900×1100 mm。

在本发明的某些实施例中，所述生料球的粒径为5~20 mm。

在本发明的某些实施例中，步骤c2）中，所述陈化的时间为1 h。

在本发明的某些实施例中，步骤c2）中，所述蒸汽养护的温度为100℃，所述蒸汽养护的时间为10 h。

在本发明的某些实施例中，步骤c2）中，所述蒸汽养护后，还包括：自然冷却至室温。

得到膨胀型粉煤灰母球后，将膨胀型粉煤灰母球、中砂、硅藻土和碎石混合，得到集料；将所述集料、粉煤灰超细粉和水搅拌制浆，得到充填浆体。

在本发明的某些实施例中，所述中砂的粒径为0.25~0.5 mm，含泥量为2 wt%~3wt%。

在本发明的某些实施例中，所述硅藻土的颗粒比表面积为45~65 m²/g。

在本发明的某些实施例中，所述碎石为连续级配碎石，所述碎石的粒径为5~20mm。

在本发明的某些实施例中，所述膨胀型粉煤灰母球、中砂、硅藻土和碎石的质量比为70~85：5~10：5~15：5~10。在某些实施例中，所述膨胀型粉煤灰母球、中砂、硅藻土和碎石的质量比为70：10：10：10、85：10：5：10或85：5：5：5。

在本发明的某些实施例中，所述膨胀型粉煤灰母球、中砂、硅藻土和碎石混合在搅拌机中进行。在本发明的某些实施例中，所述混合的搅拌速率为30~45 r/min，所述混合的搅拌时间为5~10 min。在某些实施例中，所述混合的搅拌速率为40 r/min或35 r/min。在某些实施例中，所述混合的搅拌时间为5 min。

在本发明的某些实施例中，所述粉煤灰超细粉与集料的质量比为1：2~5。

在本发明的某些实施例中，所述水与集料的质量比为1~2：20。在本发明的某些实施例中，所述水可以为自来水。

在本发明的某些实施例中，所述搅拌制浆的搅拌速率为25~35 r/min，所述搅拌制浆的搅拌时间为5~10 min。在某些实施例中，所述搅拌制浆的搅拌速率为35 r/min或30 r/min。在某些实施例中，所述搅拌的时间为5 min。

得到充填浆体后，将所述充填浆体与含有化学助剂的浆液在70~85℃下搅拌混合，注入工作面进行填充。

在本发明的某些实施例中，所述化学助剂包括胶结剂、早强剂、高效减水剂和保水剂。

在本发明的某些实施例中，所述胶结剂为熟石灰、电石渣、石膏和无水石膏中一种或几种。

在本发明的某些实施例中，所述早强剂为氯化钠、氯化钙、碳酸钠和草木灰中一种或几种。

在本发明的某些实施例中，所述高效减水剂为萘系高效减水剂（即萘磺酸盐甲醛缩合物）或聚羧酸系高性能减水剂。本发明对所述萘系高效减水剂和聚羧酸系高性能减水剂的来源并无特殊的限制，可以为一般市售。

在本发明的某些实施例中，所述保水剂为膨胀蛭石或聚丙烯酸钠吸水树脂。

在本发明的某些实施例中，所述胶结剂、早强剂、高效减水剂和保水剂的质量比为5~6：2：1：1。在某些实施例中，所述胶结剂、早强剂、高效减水剂和保水剂的质量比为5：2：1：1或6：2：1：1。

在本发明的某些实施例中，所述充填浆体与含有化学助剂的浆液的质量比为10：1。

在本发明的某些实施例中，所述含有化学助剂的浆液中的溶剂为水。在某些实施例中，所述溶剂为自来水。在本发明的某些实施例中，所述含有化学助剂的浆液中，化学助剂与水的质量比为9~10：18~20。在本发明的某些实施例中，所述含有化学助剂的浆液中，化学助剂与水的质量比为9：20、10：20或9：18。本发明对所述含有化学助剂的浆液的制备方法并无特殊的限制，将胶结剂、早强剂、高效减水剂、保水剂和水搅拌混合即可。

在本发明的某些实施例中，所述充填浆体与含有化学助剂的浆液搅拌混合的温度为75℃、80℃或85℃。在本发明的某些实施例中，所述充填浆体与含有化学助剂的浆液搅拌混合的搅拌速率为25~50 r/min。在某些实施例中，所述充填浆体与含有化学助剂的浆液搅拌混合的搅拌速率为45 r/min或25 r/min。在本发明的某些实施例中，所述充填浆体与含有化学助剂的浆液搅拌混合的搅拌时间为10~15 min。在某些实施例中，所述充填浆体与含有化学助剂的浆液搅拌混合的搅拌时间为15 min或10 min。

在本发明的某些实施例中，所述充填浆体与含有化学助剂的浆液搅拌混合是在热水锅炉或蒸汽锅炉中进行的。

在本发明的某些实施例中，将所述充填浆体与含有化学助剂的浆液在70~85℃下搅拌混合后，直接注入工作面进行填充。

将所述充填浆体与含有化学助剂的浆液在加热条件下搅拌混合，通过加热可以加速充填材料的胶结反应，有效提升填料的早期强度。

在本发明的某些实施例中，对于充填浆体与含有化学助剂的浆液均离填充的深井距离较远时，可以将充填浆体通过加压泵送至待充填区域附近，将含有化学助剂的浆液通过自流输送运输到待充填区域附近，充填浆体与含有化学助剂的浆液采用不同的管道进行输送，然后再加热混合。充填浆体和含有化学助剂的浆液在待充填区域附近加热搅拌混合后，无需长距离输送，可直接注入工作面进行充填。这种充填方式避免了浆体提早胶结对管路产生堵塞。

本发明提供的深井填充方法中，集料、承载流体和化学助剂互相作用，在加热的条件下搅拌混合，形成类似土壤结构，保障采空区稳定性的同时还能保水透水透气，将采矿与充填对地下生态系统的影响降到最低，最终得到的填充体抗压强度较高，保水性能和透水系数在一个较优的范围之内。

本发明对上文采用的原料的来源并无特殊的限制，可以为一般市售。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种深井填充方法进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。

以下实施例中所用的原料均为市售。

实施例1

1）粉煤灰筛分：粉煤灰首先经球磨机研磨（筒转速39 r/min），研磨的出料粒度为0.075~0.89 mm，再经气力输送进入分级式冲击磨依次经过粉碎、分级，得到粉煤灰超细粉（粒径小于20 μm，d₉₀=18.3 μm）及粉煤灰细粉（粒径为20~50 μm）。

2）膨胀性粉煤灰母球制备：将70重量份粉煤灰细粉、10重量份黏土、5重量份沸石岩、10重量份木屑、5重量份水泥在烘干机中105℃烘干0.5 h，然后再次进入球磨机研磨，控住转速为30 r/min，研磨后的粉料通过给料机进入圆盘成球机，转速为30r/min，喷洒10重量份自来水，控制生料球粒径为5~20 mm。然后将生料球在烘干机内120℃烘干4 h，然后回转窑中1200℃焙烧15 min，自然冷却至室温，最后室内养生3 h，得到膨胀型粉煤灰母球（粒径为1.2~1.8 cm）。

3）充填浆体的制备：将70重量份膨胀型粉煤灰母球、10重量份中砂（粒径为0.25~0.5 mm，含泥量为2 wt%）、10重量份硅藻土（比表面积为45~65 m²/g）和10重量份碎石（粒径为5~20 mm）搅拌混合5 min（搅拌速率为40 r/min），得到集料；将所述集料、70重量份粉煤灰超细粉和5重量份自来水搅拌5 min（搅拌速率为35r/min），得到充填浆体。

4）含有化学助剂的浆液的配制：将5重量份熟石灰、2重量份氯化钙、1重量份萘系减水剂、1重量份聚丙烯酸钠吸水树脂和20重量份自来水搅拌混合，得到含有化学助剂的浆液。

5）工作面填充：将充填浆体通过加压泵送至待充填区域附近热水锅炉中，将含有化学助剂的浆液通过自流输送运输到待充填区域附近所述热水锅炉中，充填浆体与含有化学助剂的浆液按照质量比为10：1在75℃、45 r/min下搅拌混合15 min，注入工作面进行填充。

实施例2

1）粉煤灰筛分：粉煤灰首先经球磨机研磨（筒转速39 r/min），研磨的出料粒度为0.075~0.89 mm，再经气力输送进入分级式冲击磨依次经过粉碎、分级，得到粉煤灰超细粉（粒径小于20 μm，d₉₀=17.6 μm）及粉煤灰细粉（粒径为20~50 μm）。

2）膨胀性粉煤灰母球制备：将80重量份粉煤灰细粉、2重量份黏土、6重量份沸石岩、7重量份木屑、5重量份水泥在烘干机中105℃烘干0.5 h，然后再次进入球磨机研磨，控住转速为30 r/min，研磨后的粉料通过给料机进入圆盘成球机，转速为35 r/min，喷洒15重量份自来水，控制生料球粒径为5~30 mm。然后将生料球在烘干机内110℃烘干6 h，然后回转窑中1200℃焙烧15 min，自然冷却至室温，最后室内养生5h，得到膨胀型粉煤灰母球（粒径为2.8~3.5 cm）。

3）充填浆体的制备：将85重量份膨胀型粉煤灰母球、10重量份中砂（粒径为0.25~0.5 mm，含泥量为2.3 wt%）、5重量份硅藻土（比表面积为45~65 m²/g）和10重量份碎石（粒径为5~20 mm）搅拌混合5 min（搅拌速率为35 r/min），得到集料；将所述集料、80重量份粉煤灰超细粉和5重量份自来水搅拌5 min（搅拌速率为30 r/min），得到充填浆体。

4）含有化学助剂的浆液的配制：将6重量份石膏、2重量份氯化钙、1重量份萘系减水剂、1重量份膨胀蛭石和20重量份自来水搅拌混合，得到含有化学助剂的浆液。

5）工作面填充：将充填浆体通过加压泵送至待充填区域附近热水锅炉中，将含有化学助剂的浆液通过自流输送运输到待充填区域附近所述热水锅炉中，充填浆体与含有化学助剂的浆液按照质量比为10：1在80℃、45 r/min下搅拌混合10 min，注入工作面进行填充。

实施例3

1）粉煤灰筛分：粉煤灰首先经球磨机研磨（筒转速35 r/min），研磨的出料粒度为0.075~0.89 mm，再经气力输送进入分级式冲击磨依次经过粉碎、分级，得到粉煤灰超细粉（粒径小于20 μm，d₉₀=15.5 μm）及粉煤灰细粉（粒径为20~50 μm）。

2）膨胀性粉煤灰母球制备：将90重量份粉煤灰细粉、2重量份黏土、3重量份沸石岩、3重量份木屑、2重量份水泥在烘干机中105℃烘干45 min，然后再次进入球磨机研磨，控住转速为35 r/min，研磨后的粉料通过给料机进入圆盘成球机，转速为35 r/min，喷洒5重量份自来水，控制生料球粒径为5~40 mm。然后将生料球在烘干机内125℃烘干7 h，然后回转窑中1250℃焙烧15 min，自然冷却至室温，最后室内养生4 h，得到膨胀型粉煤灰母球（粒径为3.8~4.2 cm）。

3）充填浆体的制备：将85重量份膨胀型粉煤灰母球、5重量份中砂（粒径为0.25~0.5 mm，含泥量为2.8 wt%）、5重量份硅藻土（比表面积为45~65 m²/g）和5重量份碎石（粒径为5~20 mm）搅拌混合5 min（搅拌速率为40 r/min），得到集料；将所述集料、85重量份粉煤灰超细粉和5重量份自来水搅拌5 min（搅拌速率为35 r/min），得到充填浆体。

4）含有化学助剂的浆液的配制：将5重量份电石渣、2重量份草木灰、1份聚羧酸系高性能减水剂、1份聚丙烯酸钠吸水树脂和18重量份自来水搅拌混合，得到含有化学助剂的浆液。

5）工作面填充：将充填浆体通过加压泵送至待充填区域附近热水锅炉中，将含有化学助剂的浆液通过自流输送运输到待充填区域附近所述热水锅炉中，充填浆体与含有化学助剂的浆液按照质量比为10：1在85℃、25 r/min下搅拌混合10 min，注入工作面进行填充。

实施例4

2）膨胀性粉煤灰母球制备：将70重量份粉煤灰细粉、10重量份水泥、5重量份脱硫石膏、在无重力混合机中搅拌（转速为46 r/min）混合10 min，加入5重量份成孔剂（山楂核粉）、10重量份激发剂（水玻璃）后通过给料机进入圆盘成球机，转速为30 r/min，喷洒10重量份自来水，控制生料球粒径为5~20 mm。然后室温条件下陈化1h，再通过皮带输送机输送至养护间，在100℃下蒸汽养护10h，自然冷却至室温，得到膨胀型粉煤灰母球（粒径为1.6~2.0 cm）。

3）充填浆体的制备：将70重量份膨胀型粉煤灰母球、10重量份中砂（粒径为0.25~0.5 mm，含泥量为2 wt%）、10重量份硅藻土（比表面积为45~65 m2/g）和10重量份碎石（粒径为5~20 mm）搅拌混合5 min（搅拌速率为40 r/min），得到集料；将所述集料、70重量份粉煤灰超细粉和5重量份自来水搅拌5 min（搅拌速率为35r/min），得到充填浆体。

实施例5

采用100mm×100mm×515mm三联模具进行制模，分别将实施例1~3中充填浆体与含有化学助剂的浆液加热混合后的浆液注入模具，成型1d后拆模，放入标准养护室养护（温度为20±3℃、相对湿度为90%以上）2d。之后，再放入室内养护（温度为20±2℃、相对湿度为60±5%）180d，测试其干缩率。

按照GB／T 50107-2010《混凝土强度检验评定标准》测定材料立方体抗压强度。按照JC/T 945-2005《透水砖》测定其透水系数和保水性。测试结果如表1所示。

表1 实施例1~3填充后的材料立方体的性能测试结果

从表1可以看出，采用本发明的填充方法进行填充，填充后的材料立方体抗压强度高于25 MPa，抗压强度较高；保水性不低于0.7 g/cm²，透水系数不低于2.5 mm/s，保水性和透水系数均较优，在周围水分较多的时候体现透水性，使得水分可以透过该材料立方体进入下部土壤中；而当周围环境干旱的时候，能够体现保水性，由于材料立方体内部具有一定水分，可以释放水分给周围的土壤；干缩率不超过0.015%，接顶效果较优。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种深井填充方法，包括以下步骤：

所述膨胀型粉煤灰母球的粒径不大于5 cm；

所述膨胀型粉煤灰母球、中砂、硅藻土和碎石的质量比为70~85：5~10：5~15：5~10；

所述粉煤灰超细粉与集料的质量比为1：2~5；所述水与集料的质量比为1~2：20；

粉煤灰细粉 70 wt%~90 wt%；

水泥 2 wt%~10 wt%；

脱硫石膏 3 wt%~5 wt%；

成孔剂 2 wt%~5 wt%；

激发剂 3 wt%~10 wt%；

上述各组分的用量之和为100%；

所述激发剂包括生石灰、水玻璃和泡花碱中的一种；

C）将所述充填浆体与含有化学助剂的浆液在70~85℃下搅拌混合，注入工作面进行填充；

所述化学助剂包括胶结剂、早强剂、高效减水剂和保水剂；

所述胶结剂为熟石灰、电石渣和石膏中一种或几种；

所述保水剂为膨胀蛭石或聚丙烯酸钠吸水树脂；

2.根据权利要求1所述的深井填充方法，其特征在于，所述粉煤灰细粉制成膨胀型粉煤灰母球的制备方法包括：

所述物料包括：

粉煤灰细粉 70 wt%~90 wt%；

水泥 2 wt%~5 wt%；

沸石岩 3 wt%~6 wt%；

黏土 2 wt%~10 wt%；

木屑 3 wt%~10 wt%；

所述物料中各组分的用量之和为100%；

b1）将所述研磨粉在喷淋水的条件下成球，得到生料球；所述生料球的粒径为5~50 mm；

3.根据权利要求2所述的深井填充方法，其特征在于，

所述成球的转速为25~40 r/min。

4.根据权利要求1所述的深井填充方法，其特征在于，所述膨胀型粉煤灰母球的制备方法包括：

5.根据权利要求1所述的深井填充方法，其特征在于，步骤B）中，所述硅藻土的颗粒比表面积为45~65 m²/g；

所述中砂的粒径为0.25~0.5 mm，含泥量为2 wt%~3 wt%；

所述碎石为连续级配碎石，所述碎石的粒径为5~20 mm。

6.根据权利要求1所述的深井填充方法，其特征在于，步骤C）中，将所述充填浆体与含有化学助剂的浆液在70~85℃下搅拌混合后，直接注入工作面进行填充。

7.根据权利要求1所述的深井填充方法，其特征在于，所述石膏为无水石膏。