[發明專利]一種地下采空區充填材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110033821.5
• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112759346A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 曹帥;黃智強;李佳建;鄭迪;宋衛東;薛改利
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C04B28/14
• 分類號: C04B28/14
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 馬小星

本發明提供了一種地下采空區充填材料及其制備方法和應用，屬于采空區充填技術領域。本發明提供的地下采空區充填材料，由包括粉煤灰、脫硫石膏、水泥和水的原料制備得到，所述粉煤灰、脫硫石膏和水泥的質量比為(2～6)：(2～6)：1，所述粉煤灰、脫硫石膏和水泥的總質量占地下采空區充填材料質量的55～75％。本發明以粉煤灰和脫硫石膏這兩種工業固體廢棄物，配以水泥和水制備地下采空區充填材料，能夠滿足地下開采充填體所需強度，消除地下采空區的安全隱患，保障礦山安全開采，同時可以實現工業固體廢棄物的資源化處置，減少水泥用量，提高礦山企業的經濟效益和社會效益。

技術領域

本發明涉及采空區充填技術領域，尤其涉及一種地下采空區充填材料及其制備方法和應用。

背景技術

地下采空區是指地下礦產被采出后留下的空洞區，地下采空區的存在是制約礦山發展的一個重要問題，隨著礦山向深部開采，地壓增大，地下采空區在強大的地壓下，容易發生坍塌事故；地下開采殘留大量的采空區以及巷道沒有進行及時處理，給礦山工作人員和設備帶來嚴重的威脅。因此，地下采空區的存在會直接影響礦山的安全生產問題。

充填采礦技術是治理地下采空區的一種有效手段，主要是利用具有一定強度的材料充填地下采空區，以避免礦山開采引起的地面塌陷。目前礦山開采領域中通常采用礦山尾礦作為地下采空區充填材料，但是部分礦山尾礦中含有有毒物質，如黃金礦山尾礦中含有砷、氰等有毒物質，該尾礦按照國家環保標準屬于危險廢棄物，不允許用來制備充填材料充填地下采空區。因此，這類礦山開采后留下了大量的地下采空區，安全隱患突出。

發明內容

本發明的目的在于提供一種地下采空區充填材料及其制備方法和應用，本發明以粉煤灰和脫硫石膏這兩種工業固體廢棄物，配以水泥和水制備地下采空區充填材料，能夠滿足地下開采充填體所需強度，消除地下采空區的安全隱患，保障礦山安全開采，同時可以實現工業固體廢棄物的資源化處置，減少水泥用量，提高礦山企業的經濟效益和社會效益。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種地下采空區充填材料，由包括粉煤灰、脫硫石膏、水泥和水的原料制備得到，所述粉煤灰、脫硫石膏和水泥的質量比為(2～6)：(2～6)：1，所述粉煤灰、脫硫石膏和水泥的總質量占地下采空區充填材料質量的55～75％。

優選地，所述粉煤灰的粒徑分布包括：D₁₀＝2.5～3.0μm，D₃₀＝10.4～12.7μm，D₅₀＝41.8～51.1μm，D₆₀＝64.2～78.5μm，D₉₀＝451.2～551.5μm；所述粉煤灰的比表面積為368～1110m²/kg。

優選地，所述粉煤灰中二氧化硅的含量為40～60wt％，三氧化二鐵的含量為5～9wt％，三氧化二鋁的含量為18～22wt％，氧化鎂的含量為2～4wt％，氧化鈣的含量為12～16wt％，三氧化硫的含量為0.5～1.5wt％，氧化鉀的含量為0.5～1.5wt％。

優選地，所述脫硫石膏的粒徑分布包括：D₁₀＝6.7～8.2μm，D₃₀＝25.0～30.5μm，D₅₀＝39.7～48.5μm，D₆₀＝51.2～62.5μm，D₉₀＝375.5～459.0μm；所述脫硫石膏的比表面積為175～530m²/kg。

優選地，所述脫硫石膏中二氧化硅的含量為5～7wt％，三氧化二鐵的含量為0.5～1.5wt％，三氧化二鋁的含量為1～3wt％，氧化鎂的含量為1.5～2.5wt％，氧化鈣的含量為30～50wt％，三氧化硫的含量為35～45wt％，氧化鉀的含量為0.5～1.5wt％。

優選地，所述水泥為普通硅酸鹽水泥，強度等級為42.5R或52.5R。