[发明专利]一种地下采空区填充材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种地下采空区填充材料及其制备方法。本发明将粉煤灰、水泥、脱硫石膏及外加剂以一定比例制备成粉煤灰母球，其内部具有丰富的孔隙结构，与上述其它材料结合形成的填充材料在地下环境中能够透水、透气，大大降低填充体对地下生态圈的影响，具有生态友好性；同时，本发明采用超细粉煤灰作为承载流体，与上述骨料配合，提高浆体的流动性，而且，以粉煤灰母球的形式与其它骨料配合，能够提高填充体的强度，在增大粉煤灰产量的基础上仍能保证材料的流动性及强度性能、降低干燥收缩；另外，本发明加大了粉煤灰填量，达到总体材料的75％以上，促进了工业固废资源化利用，并降低了原料成本。

技术领域

本发明涉及无机材料领域，特别涉及一种地下采空区填充材料及其制备方法。

背景技术

中国是世界最大的煤炭生产国和消费国，其中，煤炭占据我国一次能源70％以上。随着煤炭需求量与日俱增，新建和扩增矿井数量不断增加，无废采矿是发展的必然趋势。由于充填采矿法具有提高矿物回采率、减少贫化率、充分利用资源、有效控制地压等优点，越来越受到重视。充填采矿法是在开采工作面不断推进的同时，使用填充材料对采空区进行填充，能够保持采空区的稳定性和安全性以及有效避免围岩崩塌或者是地表沉降等一系列问题。

目前，在国内运用最广泛的是胶结填充技术，以尾砂、废石或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。现多采用水泥和黄泥作为充填胶结剂，但是这两种材料均存在着许多问题。黄泥胶凝剂主要是抗压性能不足。而以水泥进行胶结虽然能够保障填料机械强度，但是存在以下五种缺陷：1)水泥生产成本较高，大大降低了充填采矿工艺的经济效益；2)水泥“两磨一烧”的生产工艺产生大量温室气体，不利于低碳经济发展；3)水泥性能不佳，比如早期强度低、脱水收缩导致接顶率低等；4)为保证泵送顺畅，水泥中加入大量水分，但因此引入了复杂的脱水工艺，而且由于水泥的泌水性，大量水分也会破坏水泥砌块强度；5)水泥填充地下采空区后，形成密实砌块，缺乏生物互通性，破坏地下生态系统。

为响应“绿色开采”理念，现有技术有提出以粉煤灰作为骨料制备充填胶凝材料。例如CN103803826B公开了一种大掺量粉煤灰制备矿用早强充填胶凝材，针对棒磨砂充填料，该胶凝材料包括脱硫粉煤灰、未脱硫粉煤灰、矿渣微粉、高钙石灰和早强剂；首先将脱硫粉煤灰、未脱硫粉煤灰和矿渣微粉混合，后加入生石灰和早强剂进行成陈化处理，再与棒磨砂混合加入自来水制备充填浆料。然而，现有的粉煤灰基充填材料密实、缺乏生物互通性，破坏地下生态系统；而且，现有粉煤灰基充填材料为保证浆体流动性及材料力学性能，粉煤灰掺加量较低，控制在40％以下，不能大量使用粉煤灰，成本仍然较高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种地下采空区填充材料及其制备方法。本发明提供的地下采空区填充材料能够产生透水透气性，降低填充体对地下生态圈的影响，同时，能够提高粉煤灰掺加量并提升填充体强度、降低干燥收缩。

本发明提供了一种地下采空区填充材料，由基料和水拌和制得；

所述基料包括：骨料、承载流体和化学助剂；

所述骨料包括以下质量比的组分：

其中，所述粉煤灰母球为由物料A通过混合、成球机成型制得的球形微孔材料；

所述物料A包括以下质量比的组分：

所述承载流体为超细粉煤灰；

所述化学助剂包括：胶结剂、早强剂和缓凝剂；

所述骨料与承载流体的质量比为1∶(3～5)。

优选的，所述粉煤灰母球通过以下制备方法制得：

a)将粉煤灰、脱硫石膏、水泥和外加剂干混，得到混合料；