CN115925331A - 一种矿井局部地点无机固化快速充填材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种矿井局部地点无机固化充填材料，按质量份数计包括以下成分：水泥10～40份，含煤量1～15％，强度40～100MPa的粉煤灰5～30份，含碳量15～30％的煤矸石粉5～30份，耐火度1000～3000℃，粒径为0.1～0.3微米，堆积密度为1000～2000kg/m3的硅灰5～30份，单丝纤度1～2.2dtex，纤维长度为5～50mm的聚丙烯纤维0.01～10份，促凝剂0.5～20份，复合发泡剂0.5～20份，水30～70份。本发明充填材料稳定性好，浆体密度可调，凝结时间可调，流动性强，不易沉淀堵塞管道，是泡沫多孔结构，同时具有较好的抗裂性能、韧性及抗渗性，能够较好的适应复杂环境。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，更具体地说，涉及一种矿井局部地点的无机固化快速充填材料及其制备方法。
背景技术
在矿井开采过程中，常见一些局部地点如高冒区、巷帮及隅角，这些地点一旦发生灾变事故，处置较困难，影响较大。如何快速有效的对这些地点进行充填隔离是保障矿井应急响应与抢险救灾的最有利措施之一。由于矿井局部地点快速充填隔离技术存在施工时间长，劳动强度大，工艺技术与安全保障性差的缺陷，对矿井救援人员及井下相关作业人员生命安全造成极大的威胁。
目前，矿井局部地点快速充填隔离难度大，常用充填材料可分为有机和无机两种，有机充填材料主要包括有机固化泡沫材料、罗克休、马丽散以及艾格劳尼等，这些有机充填材料有着发泡倍数高、成型完整，但发泡期间产热量大、流动性强，易引发煤自燃等伴生灾害事故。无机材料主要包括黄泥灌浆材料、粉煤灰灌浆材料、膏体充填材料、固化充填材料、高水固化材料、膨胀水泥充填材料等，这些无机充填材料易成型，但水分蒸发之后容易干裂，形成漏风通道，导致堵漏效果下降。
近年来，泡沫混凝土具有体积大、浆液轻、堵漏效果好、不可燃等特点，成为充填的研究应用热点。现有的泡沫混凝土充填材料的发泡方式主要有物理发泡和化学发泡，其中物理发泡方式需要专用的发泡装备，给现场施工增加难度，而化学发泡方法主要集中在铝粉、锌粉、镁粉及碳酸盐类，不需要额外的机械搅拌，但是会产生可燃性气体，且需要的温度较高，发泡过程中存在较大的安全风险，且普遍存在着发泡倍数低的缺陷，严重影响材料充填隔离效果。针对这些问题，开发新型无机固化充填防灭火材料对于解决井下局部地点快速密闭充填隔离具有重要意义。
发明内容
本发明目的是提供一种井局部地点的无机固化快速充填材料及其制备方法，以解决现有技术容易干裂，堵漏效果差，且现有发泡技术不仅发泡倍数低，还会产生可燃性气体，存在较大的安全隐患等问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种矿井局部地点无机固化充填材料，所述充填材料按质量份数计包括以下成分：水泥10～40份，粉煤灰5～30份，煤矸石粉5～30份，硅灰5～30份，聚丙烯纤维0.01～10份，促凝剂0.5～20份，复合发泡剂0.5～20份，水30～70份；
所述复合发泡剂由起泡剂0.1～15份，稳定剂0.1～10份复配而成；
所述粉煤灰含煤量1～15％，强度40～100MPa，100～500目；
所述煤矸石粉含碳量15～30％，100～600目；
所述硅灰的耐火度1000～3000℃，平均粒径为0.1～0.3微米，堆积密度为1000～2000kg/m3；
所述聚丙烯纤维单丝纤度1～2.2dtex，纤维长度为5～50mm。
优选的，所述水泥为硅酸盐水泥、硫酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥、白色硅酸盐水泥中一种或几种组合。
优选的，所述促凝剂为水玻璃和硫酸铝中一种或几种组合。
优选的，所述起泡剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基醇醚硫酸铵、十二烷基苯磺酸钠、辛葵基葡糖苷、咪唑啉和ɑ-烯烃磺酸钠中一种或几种组合。
优选的，所述稳定剂为明胶、角豆胶、黄原胶、合成龙胶、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、羟乙基纤维素和椰子油酸二乙醇胺中一种或几种组合。
一种充填材料的制备方法，包括以下步骤：将水泥、粉煤灰、煤矸石粉、硅灰、聚丙烯纤维均匀搅拌后，加入水、促凝剂，边加边搅拌的同时将复合发泡剂进行发泡后加入，继续搅拌即得。
优选的，将10～40份水泥、5～30份粉煤灰、5～30份煤矸石粉、5～30份硅灰、0.01～10份聚丙烯纤维搅拌10分钟；加入30～70份水、0.5～20份促凝剂，边加边搅拌的同时将0.1～15份起泡剂、0.1～10份稳定剂进行发泡后加入；继续搅拌4～10分钟即得。
本发明具有如下有益效果：
本发明采用含煤量1～15％，强度40～40MPa，大小在100～500目之间的粉煤灰，采用含碳量在15％～30％之间，大小在100～600目之间的煤矸石粉；采用耐火度1000～3000℃，平均粒径在0.1～0.3微米之间，堆积密度在1000～2000kg/m3的硅灰能够使得充填材料有较高的强度，并提高煤能源的利用率。采用单丝纤度1～2.2dtex，纤维长短在5～50mm之间的聚丙烯纤维，能够极大的增加充填材料的抗裂性能、韧性及抗渗性。采用水玻璃和硫酸铝作为促凝剂用于本发明能够调节填充材料的凝结时间。同时本发明采用的起泡剂不会产生可燃性气体，且能够在短时间内产生大量匀质的泡沫。本发明采用的稳定剂能够提高泡沫的稳定性。本发明复合发泡剂中的起泡剂与稳定剂在水溶液中会发生分子相互作用、相互交联，所产生的泡沫非常细密，具有极高的稳定性，在和本发明充填材料结合后，相较于其他发泡剂能够极大的克服在与充填材料泥浆混合过程中的搅拌扰动，搅拌充分后具有极高的留存率。本发明的泡沫混凝土充填材料的干密度在A05至A06级左右(500-600kg/m3)，流动度良好，能满足实际工程需求(流动度为180-250mm)，凝结时间可在0.1h到24h之内，28天抗压强度可达5MPa，膨胀倍数可达6倍。
1、本发明的充填材料其制成浆体后,浆体稳定性好，浆体密度可调,凝结时间可调，流动性强。在管道输送过程中不易沉淀在管道中堵塞管道。
2、本发明的充填材料使用十分廉价易得的原料，尤其是粉煤灰等，显著降低了材料制造成本，适合推广。
3、本发明的充填材料是泡沫多孔结构，在保证材料强度的同时，极大的提高了能源的利用率。
4、本发明的充填材料具有较好的抗裂性能、韧性及抗渗性，能够较好的适应井下复杂的环境。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
本实施例的矿井局部地点无机固化快速充填材料按质量份数计包括以下成分：水泥20份，粉煤灰5份，煤矸石粉5份，硅灰5份，聚丙烯纤维0.01份，水玻璃0.5份，十二烷基硫酸钠0.4份，黄原胶0.1份，水63.99份。
本实施例的矿井局部地点无机固化快速充填材料的制备过程为：按质量份数计将普通硫酸盐水泥20份，粉煤灰5份，煤矸石粉5份，硅灰5份，聚丙烯纤维0.01份依次加入到搅拌桶中充分搅拌10分钟。随后加入63.99份水以及0.5份水玻璃，边加边搅拌；同时将0.5份预混好的复合发泡剂加入发泡机中产生泡沫并将泡沫注入搅拌桶，整个过程搅拌不停。搅拌4分钟得到矿井局部地点无机固化快速充填材料。
本实施例中的水泥还可替换为除了普通硫酸盐水泥以外的普通硅酸盐水泥、普通硫酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥、白色硅酸盐水泥中的至少一种或几种组合。
本实施例中所述粉煤灰含煤量1～15％，强度40～40MPa，大小在100～500目之间。
本实施例中所述煤矸石粉含碳量在15％～30％之间，大小在100～600目之间。
本实施例中所述硅灰耐火度1000～3000℃，平均粒径在0.1～0.3微米之间，堆积密度在1000～2000kg/m3之间。
本实施例中所述聚丙烯纤维单丝纤度1～2.2dtex，纤维长短在5～50mm之间。
本实施例中的促凝剂还可替换为除了水玻璃以外的水玻璃和硫酸铝中的至少一种或几种组合。
本实施例中的起泡剂还可替换为除了十二烷基硫酸钠以外的十二烷基硫酸钠、十二烷基醇醚硫酸铵、十二烷基苯磺酸钠、辛葵基葡糖苷、咪唑啉和ɑ-烯烃磺酸钠中的至少一种或几种组合。
本实施例中的稳定剂还可替换为除了黄原胶以外的明胶、角豆胶、黄原胶、合成龙胶、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、羟乙基纤维素和椰子油酸二乙醇胺中的至少一种或几种组合。
实施例2
本实施例的矿井局部地点无机固化快速充填材料按质量份数计包括以下成分：水泥40份，粉煤灰6份，煤矸石粉6份，硅灰6份，聚丙烯纤维2份，水玻璃5份，十二烷基硫酸钠3份，黄原胶2份，水30份。
本实施例的矿井局部地点无机固化快速充填材料的制备过程为：按质量份数计将普通硫酸盐水泥40份，粉煤灰6份，煤矸石粉6份，硅灰6份，聚丙烯纤维2份依次加入到搅拌桶中充分搅拌10分钟。随后加入30份水以及5份水玻璃，边加边搅拌；同时将5份预混好的复合发泡剂加入发泡机中产生泡沫并将泡沫注入搅拌桶，整个过程搅拌不停。搅拌10分钟得到矿井局部地点无机固化快速充填材料。
本实施例中的水泥还可替换为除了普通硫酸盐水泥以外的普通硅酸盐水泥、普通硫酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥、白色硅酸盐水泥中的至少一种或几种组合。
本实施例中所述粉煤灰含煤量低于15％，强度不小于40MPa，大小在100～500目之间。
本实施例中所述煤矸石粉含碳量在15％～30％之间，大小在100～600目之间。
本实施例中所述硅灰耐火度大于1000℃，平均粒径在0.1～0.3微米之间，堆积密度在1000～2000kg/m3之间。
本实施例中所述聚丙烯纤维单丝纤度小于2.2dtex，纤维长短在5～50mm之间。
本实施例中的促凝剂还可替换为除了水玻璃以外的水玻璃和硫酸铝中的至少一种或几种组合。
本实施例中的起泡剂还可替换为除了十二烷基硫酸钠以外的十二烷基硫酸钠、十二烷基醇醚硫酸铵、十二烷基苯磺酸钠、辛葵基葡糖苷、咪唑啉和ɑ-烯烃磺酸钠中的至少一种或几种组合。
本实施例中的稳定剂还可替换为除了黄原胶以外的明胶、角豆胶、黄原胶、合成龙胶、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、羟乙基纤维素和椰子油酸二乙醇胺中的至少一种或几种组合。
实施例3
本实施例的矿井局部地点无机固化快速充填材料按质量份数计包括以下成分：水泥10份，粉煤灰5份，煤矸石粉5份，硅灰5份，聚丙烯纤维0.5份，水玻璃0.5份，十二烷基硫酸钠2份，黄原胶2份，水70份。
本实施例的矿井局部地点无机固化快速充填材料的制备过程为：按质量份数计将普通硫酸盐水泥10份，粉煤灰5份，煤矸石粉5份，硅灰5份，聚丙烯纤维0.5份依次加入到搅拌桶中充分搅拌10分钟。随后加入70份水以及0.5份水玻璃，边加边搅拌；同时将4份预混好的复合发泡剂加入发泡机中产生泡沫并将泡沫注入搅拌桶，整个过程搅拌不停。搅拌10分钟得到矿井局部地点无机固化快速充填材料。
本实施例中的水泥还可替换为除了普通硫酸盐水泥以外的普通硅酸盐水泥、普通硫酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥、白色硅酸盐水泥中的至少一种或几种组合。
本实施例中所述粉煤灰含煤量低于15％，强度不小于40MPa，大小在100～500目之间。
本实施例中所述煤矸石粉含碳量在15％～30％之间，大小在100～600目之间。
本实施例中所述硅灰耐火度大于1000℃，平均粒径在0.1～0.3微米之间，堆积密度在1000～2000kg/m3之间。
本实施例中所述聚丙烯纤维单丝纤度小于2.2dtex，纤维长短在5～50mm之间。
本实施例中的促凝剂还可替换为除了水玻璃以外的水玻璃和硫酸铝中的至少一种或几种组合。
本实施例中的起泡剂还可替换为除了十二烷基硫酸钠以外的十二烷基硫酸钠、十二烷基醇醚硫酸铵、十二烷基苯磺酸钠、辛葵基葡糖苷、咪唑啉和ɑ-烯烃磺酸钠中的至少一种或几种组合。
本实施例中的稳定剂还可替换为除了黄原胶以外的明胶、角豆胶、黄原胶、合成龙胶、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、羟乙基纤维素和椰子油酸二乙醇胺中的至少一种或几种组合。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种矿井局部地点无机固化充填材料，其特征在于，所述充填材料按质量份数计包括以下成分：水泥10～40份，粉煤灰5～30份，煤矸石粉5～30份，硅灰5～30份，聚丙烯纤维0.01～10份，促凝剂0.5～20份，复合发泡剂0.5～20份，水30～70份；
所述复合发泡剂由起泡剂0.1～15份，稳定剂0.1～10份复配而成；
所述粉煤灰含煤量1～15％，强度40～100MPa，100～500目；
所述煤矸石粉含碳量15～30％，100～600目；
所述硅灰的耐火度1000～3000℃，平均粒径为0.1～0.3微米，堆积密度为1000～2000kg/m3；
所述聚丙烯纤维单丝纤度1～2.2dtex，纤维长度为5～50mm。
2.根据权利要求1所述矿井局部地点无机固化充填材料，其特征在于：所述水泥为硅酸盐水泥、硫酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥、白色硅酸盐水泥中一种或几种组合。
3.根据权利要求1所述矿井局部地点无机固化充填材料，其特征在于：所述促凝剂为水玻璃和硫酸铝中一种或几种组合。
4.根据权利要求1所述矿井局部地点无机固化充填材料，其特征在于：所述起泡剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基醇醚硫酸铵、十二烷基苯磺酸钠、辛葵基葡糖苷、咪唑啉和ɑ-烯烃磺酸钠中一种或几种组合。
5.根据权利要求1所述矿井局部地点无机固化充填材料，其特征在于：所述稳定剂为明胶、角豆胶、黄原胶、合成龙胶、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、羟乙基纤维素和椰子油酸二乙醇胺中一种或几种组合。
6.一种权利要求1～5所述充填材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将水泥、粉煤灰、煤矸石粉、硅灰、聚丙烯纤维均匀搅拌后，加入水、促凝剂，边加边搅拌的同时将复合发泡剂进行发泡后加入，继续搅拌即得。
7.根据权利要求6所述充填材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将10～40份水泥、5～30份粉煤灰、5～30份煤矸石粉、5～30份硅灰、0.01～10份聚丙烯纤维搅拌10分钟；加入30～70份水、0.5～20份促凝剂，边加边搅拌的同时将0.1～15份起泡剂、0.1～10份稳定剂进行发泡后加入；继续搅拌4～10分钟即得。
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|---|---|---|---|---|
| CN117567091A (zh) * | 2023-11-22 | 2024-02-20 | 中国矿业大学 | 一种耐矿井水腐蚀煤基固废充填膏体及其制备方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109020371A (zh) * | 2018-08-17 | 2018-12-18 | 北京瑞诺安科新能源技术有限公司 | 一种自膨胀型矿用无机粉体发泡充填材料 |
| CN112521112A (zh) * | 2020-12-02 | 2021-03-19 | 中国十九冶集团有限公司 | 低密度泡沫混凝土及其制备方法 |
| CN114890731A (zh) * | 2022-03-24 | 2022-08-12 | 江南大学 | 一种充填用煤矸石泡沫混凝土及其制备方法 |
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2022
- 2022-11-21 CN CN202211452791.2A patent/CN115925331A/zh active Pending
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