[發(fā)明專利]一種可控低強度礦井充填材料

有效

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• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112759319B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王棟民;白亞飛;袁寧;劉澤;房奎圳;鄔兆杰;王山虎
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學（北京）
• 主分類號: C04B28/04
• 分類號: C04B28/04
• 代理公司: 北京中原華和知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司 11019
• 代理人: 康志梅;陳偉

本發(fā)明公開了一種可控低強度礦井充填材料。該可控低強度礦井充填材料包括第一砂組分、第二砂組分、水泥、粉煤灰和外加劑，以重量份數(shù)計，水泥為35?90份；粉煤灰為150?190份；第一砂組分為700?1400份；第二砂組分為250?1000份；外加劑為0.01?2.5份；其中所述第一砂組分為煤矸石砂，所述第二砂組分選自河砂和石英砂中的一種或兩種。該充填材料以煤基固廢為主要組分，并且具有大流動性、低強度、泌水率低、沉陷值小、抗收縮、和易性與耐久性，性能優(yōu)異、綠色環(huán)保且能耗低等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于環(huán)保綠色建筑材料領(lǐng)域，具體涉及了一種可控低強度礦井充填材料。

背景技術(shù)

我國中西部煤炭儲量、開采量和使用量巨大，煤電和煤化工產(chǎn)業(yè)高度集中。隨著煤炭開采、燃煤發(fā)電和煤化工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，在支持和促進東部與全國經(jīng)濟快速發(fā)展的同時，也給中西部產(chǎn)煤地區(qū)留下數(shù)量巨大的煤基固廢，主要包括氣化渣、煤矸石、粉煤灰、脫硫石膏、爐底渣等。上述5類大宗煤基固廢綜合利用率低、大量占用土地、嚴重污染環(huán)境，成為制約中西部地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展的不利因素，嚴重影響區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)和國家能源戰(zhàn)略的實施。因此，大宗煤基固廢資源化、無害化處置、規(guī)模化利用以及煤電基地生態(tài)環(huán)境治理已成為國家能源與生態(tài)安全的重大課題。

充填材料技術(shù)是綠色開采的重要組成部分。發(fā)展充填開采技術(shù)不僅可以解決煤礦開采帶來的環(huán)境破壞問題，同時還能最大程度地提高“三下”壓煤采出率。過去我國大部分礦井為控制地表沉陷，一般采用部分開采、水砂充填和離層區(qū)注漿等方法，然而這些方法都不能很好地解決地表沉陷和資源浪費等問題,而以水砂充填為基礎(chǔ)發(fā)展起來的膏體充填技術(shù)因其諸多優(yōu)點而被寄予厚望。充填技術(shù)主要包括充填材料、充填設(shè)備與工藝、采動巖層充填控制理論等方面。與金屬體充填比較,煤礦充填的主要特點是成本要求更低,充填材料成分復雜，早期強度要求高。充填材料強度是充填技術(shù)的核心，對充填質(zhì)量的優(yōu)劣、充填成本的高低以及充填開采控制地表沉陷的效果起著決定性作用，發(fā)展充填技術(shù)的關(guān)鍵是研究成本低廉、性能可靠的充填材料。我國西部淺埋煤層儲量和開采規(guī)模巨大，帶來的環(huán)境問題十分突出。我國學者提出了以保護生態(tài)水為目標，以隔水層穩(wěn)定性為判據(jù)的保水開采分區(qū)方法。其中，最困難的區(qū)域為特殊保水開采區(qū)，其科學的開采途徑是局部充填開采。研究充填材料及其性能，確定合理的充填材料強度，對控制充填材料的成本，保障充填效果，實現(xiàn)保水保環(huán)境開采具有重要的理論和實踐意義。

針對“三下”煤炭資源安全高效綠色開采、大宗煤基固廢無害化處置與生態(tài)環(huán)境保護等需求，提出煤矸石、粉煤灰、氣化渣、脫硫石膏、爐底渣等煤基固廢用于井下安全綠色充填方法，優(yōu)化多源煤基固廢充填材料協(xié)同制備和長距離高效輸送工藝、安全充填工藝，集成充填相關(guān)配套設(shè)備，并研發(fā)煤基固廢綠色充填關(guān)鍵技術(shù)，形成多煤基固廢建材高值化、生態(tài)治理、綠色礦井充填協(xié)同利用多產(chǎn)業(yè)鏈接技術(shù)。

國內(nèi)專利文獻(公開號：CN106915941B)李劍秋等人公開了一種半水磷石膏礦井充填料及其制備方法，該方法是以工業(yè)副產(chǎn)半水磷石膏、磷尾礦、水泥為原料，按一定比例混合后制得。該發(fā)明利用半水磷石膏作為膠凝材料，水泥調(diào)節(jié)充填材料的pH值，并提供部分強度，磷尾礦作為骨料，制備出了具有早期強度高，泌水性好、流動性好的礦井充填材料。

國內(nèi)專利文獻(公開號：CN106587789B)陳劍等人公開了一種多功能鐵礦全尾砂充填材料，主要由鐵礦全尾砂、水泥、水按照57-63：10-15：27-29的重量比制備而成。本發(fā)明提供的多功能鐵礦全尾砂新型充填材料配方簡單、成本低廉、施工方便，凝固速度較快，抗壓強度和和易性均較好，可以用于礦區(qū)采空區(qū)的充填，也可以用于填補礦井內(nèi)的滲水裂縫。

傳統(tǒng)意義上的充填材料一直存在泌水率高、流動性差、沉陷值高、成本高等問題，并且強度也只能做到4-8MPa之間，而強度偏高的傳統(tǒng)充填材料同時又會存在可開挖性差等難題。因此，研究一種以煤基固廢為主的性能優(yōu)異的可控低強度充填材料(CLSM)暨礦井充填材料，不僅是對我國工業(yè)大宗固廢的利用，而且是對礦井開采、礦井充填材料技術(shù)革新突破、充填工藝改進以及再利用有著關(guān)鍵的作用，具有非常重要的意義和價值。

發(fā)明內(nèi)容