CN115259778B

CN115259778B - 一种煤矸石-垃圾焚烧灰基矿用胶结充填材料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN115259778B
Application number: CN202210953307.8A
Authority: CN
Inventors: 王震; 娄芳; 贾永勇; 雍明超; 金士魁; 程圆媛
Original assignee: XINJIANG UYGUR AUTONOMOUS REGION RESEARCH INSTITUTE OF COAL SCIENCE
Current assignee: XINJIANG UYGUR AUTONOMOUS REGION RESEARCH INSTITUTE OF COAL SCIENCE
Priority date: 2022-08-10
Filing date: 2022-08-10
Publication date: 2023-03-31
Anticipated expiration: 2042-08-10
Also published as: CN115259778A

Abstract

本发明提供了一种煤矸石‑垃圾焚烧灰基矿用胶结充填材料及其制备方法和应用，属于煤矿充填开采技术领域。本发明利用煤矸石、垃圾焚烧灰、冲灰废水、脱硫废水、早强剂和缓凝剂制备胶结充填材料，其28天抗压强度超过5MPa，强度高，能够有效控制煤炭开采后上覆岩层剧烈变形，减少对含水层及地表的破坏。本发明提供的矿用胶结充填材料的制备方法，可实现煤矸石、垃圾焚烧灰大规模资源化利用，具有较好的经济效益、环境效益及社会效益。

Description

一种煤矸石-垃圾焚烧灰基矿用胶结充填材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及煤矿充填开采技术领域，尤其涉及一种煤矸石-垃圾焚烧灰基矿用胶结充填材料及其制备方法和应用。

背景技术

煤矸石是在采煤和煤炭洗选过程中产生的一种固体废弃物，产量相当于煤炭产量的10％～15％。相对于巨大的煤矸石产量，煤矸石的利用效率仍然较低。大量未经处理的煤矸石堆积于地面，会对生态环境造成极大危害，如污染水土、引发地质灾害、煤矸石自燃产生有毒气体等。垃圾焚烧灰是城市生活垃圾采用焚烧法处理时产生的一种固体废弃物，垃圾焚烧灰中含有大量的二噁英、可溶性盐、碱以及有毒重金属(铅、镉、铬等)，被认为是一种危险固体废弃物，若不加处理，直接将焚烧灰进行填埋，会引起严重的环境问题。

充填开采是实现煤炭绿色开采的重要途径，符合煤炭工业的未来发展趋势。目前，国内外充填材料通常是以水泥作为胶凝组分，粉煤灰、矿渣、煤矸石和尾砂等作掺合料或骨料，另掺少量外加剂制备而成，充填材料中水泥用量巨大，不利于节能减排及降低成本，随着粉煤灰、矿渣等传统掺合料利用率的提高，其价格亦不断攀升，同样增加了充填成本。所以，寻求更加绿色、经济且能够满足充填强度的充填材料仍是当今煤矿充填开采的大势所趋。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矸石-垃圾焚烧灰基矿用胶结充填材料及其制备方法和应用，所制备的胶结充填材料能够满足强度需求，且绿色经济。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种煤矸石-垃圾焚烧灰基矿用胶结充填材料的制备方法，包括以下步骤：

将第一煤矸石颗粒煅烧后，依次浸渍于脱硫废水和第一冲灰废水中，得到活化煤矸石颗粒；

将所述活化煤矸石颗粒和垃圾焚烧灰混合球磨，得到复合微粉；

将所述复合微粉和第二冲灰废水混合，进行水化反应，得到煤矸石-垃圾焚烧灰胶凝材料；

将所述煤矸石-垃圾焚烧灰胶凝材料与第二煤矸石颗粒进行拌和，将所得胶结充填骨料、缓凝剂、早强剂和矿井水混合，得到胶结充填材料；

所述垃圾焚烧灰包括高钙低硅垃圾焚烧灰，或者，所述垃圾焚烧灰包括高钙低硅垃圾焚烧灰和低钙高硅垃圾焚烧灰；

所述高钙低硅垃圾焚烧灰中CaO含量≥45wt％且SiO₂含量≤20wt％；

所述低钙高硅垃圾焚烧灰中CaO含量＜45wt％且SiO₂含量＞20wt％。

优选的，所述第一煤矸石颗粒中粘土矿物的含量≥13wt％；所述粘土矿物包括高岭土、伊利石和蒙脱石；所述第一煤矸石颗粒与脱硫废水的质量比为1:2；所述第一煤矸石颗粒与第一冲灰废水的质量比为1:(1.1～1.5)。

优选的，当所述垃圾焚烧灰为高钙低硅垃圾焚烧灰时，所述高钙低硅焚烧灰与活化煤矸石颗粒的质量比为5:(1～2.7)。

优选的，当所述垃圾焚烧灰为高钙低硅垃圾焚烧灰和低钙高硅垃圾焚烧灰时，所述高钙低硅焚烧灰、低钙高硅焚烧灰与活化煤矸石颗粒得质量比为4:3:3、5:4:1或6:3:1。

优选的，所述复合微粉的细度≤30μm；所述复合微粉与第二冲灰废水的质量比为1:(1.15～1.25)。

优选的，所述水化反应的温度为150～200℃，时间为1～2h。

优选的，所述煤矸石-垃圾焚烧灰胶凝材料与第二煤矸石颗粒的质量比为(30～45):(55～70)。

优选的，所述缓凝剂为羧乙基纤维素；所述早强剂为氯化钙、石膏、水玻璃或三乙醇胺；所述缓凝剂的质量为所述胶结充填骨料总质量的0.35～0.72％；所述早强剂的质量为所述胶结充填骨料总质量的0.05～0.11％；所述矿井水的质量为所述胶结充填骨料总质量的120～150％。

本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的煤矸石-垃圾焚烧灰基矿用胶结充填材料。

本发明提供了上述技术方案所述煤矸石-垃圾焚烧灰基矿用胶结充填材料在充填开采领域中的应用。

本发明提供了一种煤矸石-垃圾焚烧灰基矿用胶结充填材料的制备方法，包括以下步骤：将第一煤矸石颗粒煅烧后，依次浸渍于脱硫废水和冲灰废水中，得到活化煤矸石颗粒；将所述活化煤矸石颗粒和垃圾焚烧灰混合球磨，得到复合微粉；将所述复合微粉和冲灰废水混合，进行水化反应，得到煤矸石-垃圾焚烧灰胶凝材料；将所述煤矸石-垃圾焚烧灰胶凝材料与第二煤矸石颗粒进行拌和，将所得胶结充填骨料、缓凝剂、早强剂和矿井水混合，得到胶结充填材料；所述垃圾焚烧灰包括高钙低硅垃圾焚烧灰和/或低钙高硅垃圾焚烧灰；所述高钙低硅垃圾焚烧灰中CaO含量≥45wt％且SiO₂含量≤20wt％；所述低钙高硅垃圾焚烧灰中CaO含量＜45wt％且SiO₂含量＞20wt％。

本发明利用煤矸石、垃圾焚烧灰、冲灰废水、脱硫废水、早强剂和缓凝剂制备胶结充填材料，其28天抗压强度超过5MPa，强度高，能够有效抑制煤炭开采后上覆岩层剧烈变形，减少对含水层及地表的破坏。本发明提供的矿用胶结充填材料的制备方法，可实现煤矸石、垃圾焚烧灰大规模资源化利用，具有较好的经济效益、环境效益及社会效益。

煤矸石的主要矿物成分为黏土岩类、砂石岩类、碳酸盐类和铝质岩类，活性较低。本发明通过煅烧，使得煤矸石中的黏土岩类、铝质岩类含硅铝成分的矿物结构被破坏，转变为活性较高的无定形氧化铝和二氧化硅，更容易溶于酸和碱，更利于煤矸石参与水化反应。冲灰废水是冲洗炉渣和除尘器排灰的水，一般都含有活性氧化钙(f-CaO)等碱性物质，因此冲灰废水碱性较强；而脱硫废水中含有大量碳酸根、亚硫酸根和硫酸根，具有较强的酸性。将经过煅烧的煤矸石颗粒分别置于脱硫废水进行酸浸及冲灰废水中进行碱溶，可以得到富含硅铝的硅铝源溶液，该硅铝源溶液在富含Ca²⁺的碱性溶液中进行水化反应，极易形成硅凝胶以及硅铝复合凝胶，复合凝胶在碱性环境更易与垃圾焚烧灰发生水热反应，进一步合成水化硅酸钙凝胶、雪硅钙石和硅酸二钙等胶凝性产物，从而获得胶凝材料。

本发明将高钙低硅焚烧灰与活化后富含硅铝源的煤矸石微粉混合后，在冲灰废水的碱性环境中进行水热反应，形成CaO-Al₂O₃-SiO₂体系，合成了水钙铝榴石、水化硅酸钙凝胶、雪硅钙石和硅酸二钙等胶凝性产物。在低钙高硅焚烧灰掺入高钙低硅焚烧灰，补足了“钙”源；然后将低钙高硅焚烧灰-高钙低硅焚烧灰-活化后的煤矸石颗粒复合微粉置于冲灰废水碱性环境，活化后的煤矸石微粉首先进行水化反应，带动活性较低的低钙高硅焚烧灰、高钙低硅焚烧灰参与水化反应，形成连锁反应，最终生成水化硅酸钙、雪硅钙石和硅酸二钙等胶凝性产物，从而获得制备矿用胶结充填材料的胶凝材料。

本发明提出“以废治废”的新途径：利用燃煤电厂冲灰废水、脱硫废水的性质特点，为煤矸石活化、垃圾焚烧灰水热反应提供酸碱环境，避免了常规酸碱激发剂的使用，大大节约了胶凝材料的制备成本；本发明利用活化后的煤矸石“硅铝源”与垃圾焚烧灰优势互补及低钙高硅垃圾焚烧灰与高钙低硅垃圾焚烧灰之间的优势互补，利用水热协同处置法获得了性能良好的胶凝材料，实现了“以废治废”的目的。

本发明实现了垃圾焚烧灰中重金属固化，具有优良的环保性：首先，本发明采用的煤矸石含有大量粘土类矿物，在碱性溶液环境可有效吸附垃圾焚烧灰的重金属；其次，活化后的煤矸石提供了丰富的Al、Si源，在冲灰废水碱性环境激发作用下，发生水热反应合成结构稳定的硅铝酸盐类矿物，重金属通过物理/化学吸附、离子交换和物理封装等形式被固定在硅铝酸盐结构中，从而提高了重金属离子的稳定性，降低了垃圾焚烧灰的重金属毒性；最后，垃圾焚烧灰及煤矸石微粉进行水热生成的水化硅酸钙、雪硅钙石和硅酸二钙等胶凝性产物包裹重金属，对垃圾焚烧灰的重金属具有固化作用。通过上述重金属的吸附、稳定、固化途径，大大降低了垃圾焚烧灰中重金属浸出风险，减少了重金属对环境的污染。

本发明实现了煤矸石-垃圾焚烧灰工业废弃物的规模化利用：本发明所使用的主要原料煤矸石、垃圾焚烧灰、脱硫废水、冲灰废水均为固体或液体工业废弃物，将其制备成环保型矿用胶结充填材料，充填到地下深部采空区，因充填材料需求量巨大，可以实现煤矸石-垃圾焚烧灰无害化处理及大规模资源化利用，推广应用前景明朗。

具体实施方式

所述垃圾焚烧灰包括高钙低硅垃圾焚烧灰，或者所述垃圾焚烧灰包括高钙低硅垃圾焚烧灰和低钙高硅垃圾焚烧灰；

在本发明中，若无特殊说明，所需制备原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。

本发明将第一煤矸石颗粒煅烧后，依次浸渍于脱硫废水和第一冲灰废水中，得到活化煤矸石颗粒。

在本发明中，所述第一煤矸石颗粒中粘土矿物的含量优选≥13wt％，更优选为15wt％；所述粘土矿物优选包括高岭土、伊利石和蒙脱石；所述第一煤矸石颗粒优选通过将大块的煤矸石机械粉碎而得，所述第一煤矸石颗粒的粒径优选≤0.5cm。本发明对所述机械粉碎的过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的方法破碎至上述粒径即可。

在本发明中，所述煅烧优选在高温炉中进行；所述煅烧的温度优选为550℃～900℃，时间优选为30min。本发明通过煅烧使得煤矸石中的黏土岩类、铝质岩类含硅铝成分的矿物结构被破坏，转变为活性较高的无定形氧化铝和二氧化硅，更容易溶于酸和碱，更利于煤矸石参与水化反应。

在本发明中，所述脱硫废水和冲灰废水优选来源于火电厂，本发明对所述脱硫废水和冲灰废水的具体组成没有特殊的限定，按照本领域熟知的方式获取对应废水即可。

在本发明中，所述第一煤矸石颗粒与脱硫废水的质量比优选为1:2；所述第一煤矸石颗粒与第一冲灰废水的质量比优选为1:(1.1～1.5)，更优选为1:(1.2～1.3)。

在本发明中，所述依次浸渍于脱硫废水和第一冲灰废水的过程优选为将煅烧后煤矸石颗粒浸渍于脱硫废水，浸渍结束后，将所得物料过滤出煤矸石颗粒，常温冷却后，浸渍于第一冲灰废水中。

本发明优选在密封条件下进行所述浸渍；在所述脱硫废水中浸渍的时间优选为10min；在所述第一冲灰废水中浸渍的时间优选为1～2h，搅拌速度优选为5～10r/min。

完成所述浸渍后，本发明优选将所得煤矸石颗粒过滤，得到活化煤矸石颗粒。

得到活化煤矸石颗粒后，本发明将所述活化煤矸石颗粒和垃圾焚烧灰混合球磨，得到复合微粉。

在本发明中，所述垃圾焚烧灰包括高钙低硅垃圾焚烧灰，或者，所述垃圾焚烧灰包括高钙低硅垃圾焚烧灰和低钙高硅垃圾焚烧灰；所述高钙低硅垃圾焚烧灰中CaO含量≥45wt％且SiO₂含量≤20wt％，更优选为CaO含量为49.5～56.3wt％且SiO₂含量为11.1～15.7wt％；所述低钙高硅垃圾焚烧灰中CaO含量＜45wt％且SiO₂含量＞20wt％，更优选为CaO含量为33.1wt％且SiO₂含量为35.9wt％。

本发明对所述垃圾焚烧灰的来源没有特殊的限定，按照本领域熟知的方式获取即可。本发明优选从不同垃圾焚烧处理厂采集垃圾焚烧灰样本，采用X射线荧光光谱分析仪(XRF)测得垃圾焚烧灰的化学组成，根据垃圾焚烧灰的化学组成测定结果，对垃圾焚烧灰进行分类，得到上述含量组成的高钙低硅垃圾焚烧灰和低钙高硅垃圾焚烧灰。本发明对采用X射线荧光光谱分析仪(XRF)测得垃圾焚烧灰的化学组成的具体过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程进行即可。

由于不同垃圾焚烧处理厂采用的工艺不同，导致垃圾焚烧后产生的飞灰化学成分也差异显著。例如，采用炉排炉工艺处理垃圾焚烧灰利用半干法脱酸，喷洒了较多的Ca(OH)₂，碱性较强；而采用流化床工艺处理垃圾焚烧飞灰由于掺了5％的煤混烧，硅铝含量偏高。垃圾焚烧灰具有不同的化学组成，其潜在的胶凝特性激发方式也不同。本发明限定垃圾焚烧灰的组成，将CaO含量≥45wt％且SiO₂含量≤20wt％的垃圾焚烧灰命名为高钙低硅焚烧灰，将CaO含量＜45wt％且SiO₂含量＞20wt％的垃圾焚烧灰命名为低钙高硅焚烧灰。

在本发明中，当所述垃圾焚烧灰为高钙低硅垃圾焚烧灰时，所述高钙低硅焚烧灰与活化煤矸石颗粒的质量比优选为5:(1～2.7)，更优选为5:(1.5～2.0)；当所述垃圾焚烧灰为高钙低硅垃圾焚烧灰和低钙高硅垃圾焚烧灰时，所述高钙低硅焚烧灰、低钙高硅焚烧灰与活化煤矸石颗粒得质量比优选为4:3:3、5:4:1或6:3:1。

在本发明中，所述混合球磨优选在球磨机中进行；所述复合微粉的细度优选≤30μm；本发明对所述混合球磨的具体过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程达到上述细度要求即可。

得到复合微粉后，本发明将所述复合微粉和第二冲灰废水混合，进行水化反应，得到煤矸石-垃圾焚烧灰胶凝材料。

在本发明中，所述第二冲灰废水与第一冲灰废水的来源和组成相同；所述复合微粉与第二冲灰废水的质量比优选为1:(1.15～1.25)，更优选为1:1.20；本发明再次添加冲灰废水提供碱性环境进行水化反应。

本发明对所述复合微粉与第二冲灰废水混合的过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程进行即可。

在本发明中，所述水化反应优选在高温高压反应釜中进行；所述水化反应的温度优选为150～200℃，时间优选为1～2h；所述水化反应优选在搅拌条件下进行，所述搅拌的速度优选为30r/min。

完成所述水化反应后，本发明优选将所得物料置于烘干机中去除水分，得到煤矸石-垃圾焚烧灰胶凝材料。

得到煤矸石-垃圾焚烧灰胶凝材料后，本发明将所述煤矸石-垃圾焚烧灰胶凝材料与第二煤矸石颗粒进行拌和，将所得胶结充填骨料、缓凝剂、早强剂和矿井水混合，得到胶结充填材料。

在本发明中，所述第二煤矸石颗粒的规格和制备过程与第一煤矸石颗粒相同，不再赘述；所述煤矸石-垃圾焚烧灰胶凝材料与第二煤矸石颗粒的质量比优选为(30～45):(55～70)，更优选为45:55或30:70。

在本发明中，所述拌合优选在搅拌桶中进行；本发明对所述拌合的速率没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程将物料混合均匀即可。

在本发明中，所述缓凝剂优选为羧乙基纤维素；所述早强剂优选为氯化钙、石膏、水玻璃或三乙醇胺；所述缓凝剂的质量优选为所述胶结充填骨料总质量的0.35～0.72％；所述早强剂的质量优选为所述胶结充填骨料总质量的0.05～0.11％；所述矿井水的质量优选为所述胶结充填骨料总质量的120～150％。本发明对所述胶结充填骨料、缓凝剂、早强剂和矿井水混合的过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的搅拌过程将物料混合均匀即可。

本发明提供了上述技术方案所述煤矸石-垃圾焚烧灰基矿用胶结充填材料在充填开采领域中的应用。本发明对所述应用的方法没有特殊的限定，按照本领域熟知的方法应用即可；比如将胶结充填材料通过充填泵输送到煤矿井下采空区，即可完成充填采煤作业。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明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。

实施例1

(1)煤矸石活化：取粘土矿物成分含量15％的煤矸石若干，机械粉碎成粒度≤0.5cm的煤矸石颗粒，称取粉碎后的煤矸石颗粒1000g，置于900℃的高温炉煅烧30min，取出后立即浸泡于装有2000g火电厂脱硫废水的保温桶中，密封，浸泡10min；浸泡结束后过滤出煤矸石颗粒，常温冷却，将获得的煤矸石颗粒置于1500g火电厂冲灰废水中浸泡2h，浸泡过程以10r/min的速度搅拌；将浸泡后的煤矸石颗粒过滤，即获得活化的煤矸石颗粒；

(2)垃圾焚烧灰的分类：对A垃圾焚烧处理厂的垃圾焚烧灰进行X射线荧光光谱分析，测得A垃圾焚烧处理厂的垃圾焚烧灰CaO含量为56.3％、SiO₂含量为11.1％，则将A垃圾焚烧处理厂的垃圾焚烧灰作为高钙低硅焚烧灰；

(3)煤矸石-垃圾焚烧灰胶凝材料的制备：称取步骤(2)中的高钙低硅焚烧灰1000g以及步骤(1)中活化的煤矸石颗粒540g，混合后置于球磨机中研磨成细度为30μm的煤矸石-高钙低硅垃圾焚烧灰复合微粉；将复合微粉置于高压反应釜中，并加入1925g火电厂冲灰废水，设置反应釜温度为200℃、搅拌速度30r/min，反应1h后，将反应釜中物料取出，置于烘干机中去除水分，得到煤矸石-垃圾焚烧灰胶凝材料；

(4)胶结充填材料制备：称取步骤(3)中制备的煤矸石-圾焚烧灰胶凝材料450g，及步骤(1)中机械粉碎后的煤矸石颗粒550g，置于搅拌桶中充分拌和，得到胶结充填骨料；在胶结充填骨料中加入7.2g羧乙基纤维素、1.1g氯化钙和1500g矿井水搅拌均匀，得到胶结充填材料。

实施例2

(1)煤矸石活化：取粘土矿物成分含量18％的煤矸石若干，机械粉碎成粒度≤0.5cm的煤矸石颗粒；称取粉碎后的煤矸石颗粒1000g，置于550℃的高温炉煅烧30min，取出后立即浸泡于装有2000g火电厂脱硫废水的保温桶中，密封，浸泡10min；浸泡结束后过滤出煤矸石颗粒，常温冷却；将获得的煤矸石颗粒置于1100g火电厂冲灰废水中浸泡1h，浸泡过程以5r/min的速度搅拌；将浸泡后的煤矸石颗粒过滤，得到活化的煤矸石颗粒；

(2)垃圾焚烧灰的分类：对A、B两个垃圾焚烧处理厂的垃圾焚烧灰进行X射线荧光光谱分析，测得A垃圾焚烧处理厂的垃圾焚烧灰CaO含量为49.5％、SiO₂含量为15.7％，则将A垃圾焚烧处理厂的垃圾焚烧灰命名为高钙低硅焚烧灰；测得B垃圾焚烧处理厂的垃圾焚烧灰CaO含量为33.1％、SiO₂含量为35.9％，则将B垃圾焚烧处理厂的垃圾焚烧灰命名为低钙高硅焚烧灰；

(3)煤矸石-垃圾焚烧灰胶凝材料的制备：称取步骤(2)中的高钙低硅焚烧灰1000g以及步骤(1)中活化后的煤矸石颗粒200g，混合后置于球磨机中研磨成细度为30μm煤矸石-高钙低硅垃圾焚烧灰复合微粉；将所得复合微粉置于高压反应釜中，并加入1380g火电厂冲灰废水，设置反应釜温度为200℃、搅拌速度30r/min，反应1h后，将反应釜中物料取出，置于烘干机中去除水分，得到煤矸石-垃圾焚烧灰胶凝材料。

(4)胶结充填材料制备：称取步骤(3)制备的煤矸石-垃圾焚烧灰胶凝材料300g，及步骤(1)中机械粉碎后的煤矸石700g，置于搅拌桶中充分拌和，得到胶结充填骨料；在胶结充填骨料中加入3.5g羧乙基纤维素、0.5g三乙醇胺和1500g矿井水搅拌均匀，得到胶结充填材料。

实施例3

将实施例2中步骤(2)获得的高钙低硅焚烧灰400g、低钙高硅焚烧灰300g以及步骤(1)活化的煤矸石颗粒300g，混合均匀置于球磨机中研磨成细度为30μm的煤矸石-高钙低硅垃圾焚烧灰-低钙高硅焚烧灰复合微粉，将复合微粉置于高压反应釜中，并加入1250g火电厂冲灰废水，设置反应釜温度为200℃、搅拌速度30r/min，反应1h后，将反应釜中物料取出，置于烘干机中去除水分，得到煤矸石-垃圾焚烧灰胶凝材料；

称取所述煤矸石-垃圾焚烧灰胶凝材料300g，及实施例2的步骤(1)中机械粉碎后的煤矸石700g，置于搅拌桶中充分拌和，得到胶结充填骨料；在胶结充填骨料中加入3.5g羧乙基纤维素、0.5g三乙醇胺和1500g矿井水搅拌均匀，得到胶结充填材料。

性能测试

对实施例1～3制备的胶结充填材料进行性能测试，单轴抗压强度按照《混凝土强度检验评定标准》(GB/T50107-2010)记载的方法进行测定，坍落度按照《混凝土质量控制标准》(GB50164-92)记载的方法进行测定，泌水率按照行业标准JC/T2153-2012中水泥净浆泌水率测定方法进行测定，所得结果见表1。

表1为实施例1～3制备的煤矸石-垃圾焚烧灰胶结充填材料性能指标

为了保证胶结充填材料浆液具有较好的管道输送性能，要求充填材料浆液的坍落度不小于180mm，泌水率不大于5％，由表1中实施例1～3制备的胶结充填材料性能指标测试结果可以看出，本发明制备的胶结充填材料浆液满足管道输送要求；另外，本发明制备的胶结充填材料3天强度均超过1MPa，可以满足一般矿山对充填材料早期强度的要求，胶结充填材料28天抗压强度均超过5MPa，强度高，能够有效控制采空区覆岩变形，保障安全采煤，减少含水层破坏及地表塌陷。

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

1.一种煤矸石-垃圾焚烧灰基矿用胶结充填材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

所述低钙高硅垃圾焚烧灰中CaO含量＜45wt％且SiO₂含量＞20wt％；

所述冲灰废水为碱性；

所述脱硫废水为酸性。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一煤矸石颗粒中粘土矿物的含量≥13wt％；所述粘土矿物包括高岭土、伊利石和蒙脱石；所述第一煤矸石颗粒与脱硫废水的质量比为1:2；所述第一煤矸石颗粒与第一冲灰废水的质量比为1:(1.1～1.5)。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，当所述垃圾焚烧灰为高钙低硅垃圾焚烧灰时，所述高钙低硅焚烧灰与活化煤矸石颗粒的质量比为5:(1～2.7)。

4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，当所述垃圾焚烧灰为高钙低硅垃圾焚烧灰和低钙高硅垃圾焚烧灰时，所述高钙低硅焚烧灰、低钙高硅焚烧灰与活化煤矸石颗粒得质量比为4:3:3、5:4:1或6:3:1。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述复合微粉的细度≤30μm；所述复合微粉与第二冲灰废水的质量比为1:(1.15～1.25)。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水化反应的温度为150～200℃，时间为1～2h。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述煤矸石-垃圾焚烧灰胶凝材料与第二煤矸石颗粒的质量比为(30～45):(55～70)。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述缓凝剂为羧乙基纤维素；所述早强剂为氯化钙、石膏、水玻璃或三乙醇胺；所述缓凝剂的质量为所述胶结充填骨料总质量的0.35～0.72％；所述早强剂的质量为所述胶结充填骨料总质量的0.05～0.11％；所述矿井水的质量为所述胶结充填骨料总质量的120～150％。

9.权利要求1～8任一项所述制备方法制备得到的煤矸石-垃圾焚烧灰基矿用胶结充填材料。

10.权利要求9所述煤矸石-垃圾焚烧灰基矿用胶结充填材料在充填开采领域中的应用。