[发明专利]一种自密实充填膏体及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明一种自密实充填膏体及其制备工艺，属于建筑材料领域，涉及一种适用于煤矿充填开采的具有自密实性能的充填材料及其制备工艺的技术方案。

背景技术

我国是煤炭资源大国，也是煤炭资源生产和消耗大国，煤矿开采是煤炭资源开发和利用的基础。目前我国煤矿的“三下”压煤约为137.9亿吨，其中建筑物下压煤87.6亿吨，约占整个压煤量的63.5%。随着工农业生产的发展，建筑物下压煤有增大的趋势，很多矿区建筑下压煤占到矿区可采储量的60%，严重制约着矿区的生产和可持续发展。充填开采是解决“三下”压煤的有力方法，它不仅可提高资源回收率产生较好的经济效益，而且可有效地减少对环境的破坏。

按照充填材料和输送方式，充填开采主要经历了干式充填、水力充填和胶结充填三个阶段，由于干式充填和水力充填的诸多不足，如干式充填效率低、生产能力低、劳动强度大，水力充填工艺复杂、排水费用高、充填量小、充填体强度不高等，胶结充填逐渐成为目前最重要的充填方法。

胶结充填，是将采集和加工的细砂等惰性材料，如碎石、河砂、尾砂和戈壁集料，掺入适量的胶凝材料，如水泥和石灰，加水混合搅拌制成浆体或膏体，再沿钻孔、管道等向采空区输送和堆放, 然后使浆体在采空区脱去多余的水或不脱水，形成具有一定强度和整体性的充填体。

胶结充填的充填体强度大，充填速度快，充填量大，工艺简单。随着材料科学的发展，胶结材料类型多元化，加上掺合料的多样化，使浆体、胶体或膏体的成份更加复杂和多样，再加上浆体输送工艺的发展，使胶结充填发展趋于成熟。胶结充填包括尾砂胶结充填、块石胶结充填、高浓度全尾砂胶结充填、膏体泵送充填、高水速凝充填。

其中，膏体充填技术是将矸石或矸石与碎石的混合料等固体废物在地面加工成的膏状浆体，通过管道泵送到井下工作面，适时充填采空区的采矿技术，是充填采矿技术目前的主要发展方向。

膏体作为一种新型胶结充填材料虽有一定的发展，但依然存在许多问题，如膏体强度不够高，不能起到充分支撑作用；充填体体积较大，充填过程中无法充分振捣，且充填膏体中含水量大，硬化后体积收缩大，空隙率高，从而导致充填体密实性差、强度低、材料自身强度不能充分发挥等。

现有的上述充填方法和所用充填材料，各自均存在自身的不足，未能解决输送过程中管道堵塞和充填效果不佳的问题，因此，发明一种流动性、稳定性、间隙通过性和充填性好的自密实充填膏体，已成为解决充填开采中充填效果不佳的关键。

发明内容

本发明一种自密实充填膏体及其制备工艺目的在于，为解决在输送过程中堵塞管道和充填效果不佳的问题，从而提供一种流动性高、泌水率低、稳定性和充填性能好，适用于煤矿充填开采的具有自密实性能的充填材料及其制备工艺。

本发明一种自密实充填膏体，其特征在于是一种适用于煤矿充填开采的具有自密实性能的充填材料，该自密实充填膏体是由煤矸石、粉煤灰、水泥、高效减水剂和水按恰当比例混合均匀而成，其膏体料浆浓度为75%—85%，其质量百分比为煤矸石：粉煤灰：水泥：减水剂：水 = 45%—55%:15%—20%:10%—15%:3%—5%: 15%—25%，所含煤矸石是粒径小于25mm的经过破碎的原矿井煤矸石废料，其中粒径为5mm—25mm的占55~65%，粒径小于5mm 的占35~45%，且在粒径为5mm—25mm中5mm—10mm的煤矸石占30％—40％，10mm—15mm的煤矸石占20%—30%，15mm—20mm的煤矸石占15%—20%，20mm—25mm的煤矸石占15%—20%；所含粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；所含水泥是普通硅酸盐425#；所含减水剂是减水率达30%以上的M17高效减水剂。

上述一种自密实充填膏体的制备工艺，其特征在于：

Ⅰ、配合比确定：以煤矸石、粉煤灰、水泥、M17高效减水剂和水为原材料，其原材料的配合比为：煤矸石45%—55%，粉煤灰15%—20%，胶结材料10%—15%，M17减水剂3%—5%, 水15%—25%，制成的料浆浓度为75%—85%；

Ⅱ、配比搅拌：

第一步 材料准备：煤矸石按小于25 mm一种规格加工，加工出来的矸石通过分级振动筛，按照小于5mm、5—10mm、10—15mm、15—20mm、20—25mm五种规格分级，然后存储，按设计比例配合使用，破碎加工好的煤矸石存放在矸石配料仓，粉煤灰、水泥、减水剂分别存放在各自的圆筒仓内，水存放在蓄水池内；