[發明專利]一種用于散狀充填體改性的膠凝材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110622098.4
• 申請日: 2021-06-03
• 公開（公告）號: CN113149478B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 劉建功;王翰秋;王毅穎;史艷楠;閆善飛
• 申請（專利權）人: 河北工程大學
• 主分類號: C04B7/21
• 分類號: C04B7/21;C04B7/04
• 代理公司: 河北國維致遠知識產權代理有限公司 13137
• 代理人: 墨偉

本發明涉及充填采礦技術領域，具體公開一種用于散狀充填體改性的膠凝材料及其制備方法和應用。所述用于散狀充填體改性的膠凝材料包括以下質量百分比的組分：水泥熟料5％?20％、礦渣粉70％?90％和脫硫石膏粉3％?10％；所述礦渣粉按質量百分比包括氧化鈣34％?38％、氧化鎂7％?12％、二氧化硅29％?34％、三氧化二鋁15％?17％和三氧化二鐵1％?5％；所述脫硫石膏粉中二水硫酸鈣的質量含量為90％～99％。本發明提供的用于散狀充填體改性的膠凝材料的組分構成簡單、成本低、需水量少、易于配制，用于作為充填材料的原料具備良好的粘結性以及較高的早期強度，實現了固廢的資源化利用。

技術領域

本發明涉及充填采礦技術領域，尤其涉及一種用于散狀充填體改性的膠凝材料及其制備方法和應用。

背景技術

煤炭作為中國的主要能源，在國民經濟發展過程中起到至關重要的作用，占我國一次能源的60％左右。但煤炭開采過程中帶來的礦區地表塌陷、水資源流失、矸石外排等一系列問題卻給礦區生態環境帶來很大的影響，而全部垮落法引發的采場頂板垮落更是直接威脅到礦井的安全生產。

充填采煤技術作為綠色礦山建設的重要手段可有效解決礦企發展與礦區生態環境之間存在的不和諧的問題，同時也是解決“三下”(建筑物下、鐵路下、水體下)壓煤資源浪費問題的一種優良方法。充填采煤方法具有煤炭資源采出率高、地表沉陷變形小、減少地表固體廢棄物對環境產生的不良影響等優點，但其實際應用效果及可靠性受多種因素的影響。據不完全統計，充填采礦過程中的充填成本已占采礦成本的30％左右，昂貴的充填成本給煤礦企業帶來了極大的經濟負擔，嚴重制約著充填采煤技術的應用與發展。

固體充填采煤技術是直接利用煤矸石等固廢材料置換煤炭資源的一種綠色采煤技術，該技術相較于膏體充填、高水充填具有充填量大、效率高、成本低的特點。但常規的由煤矸石組成的固體充填體整體性能較差，充填體密實度得不到保障。目前有研究通過煤矸石和粉煤灰兩種材料的顆粒級配、膠結特性進行井下固體充填材料的優化，但得到的材料依然具有膠結性差、凝結時間長、強度低等缺陷，將固體材料充填至采空區后，會在采場上覆巖層壓力的作用下出現不同程度的壓縮變形。也有通過加入適量的黃土或水泥作為膠結料增加了充填材料的膠結性，使充填體的整體性有所提高，但仍無法解決充填體凝結時間較長的缺點，大大降低了充填采煤的效率，且水泥等膠材的大量使用也進一步增加了充填材料制備的成本。因此，制備使用性能好、成本低、效率高的充填材料已成為充填采煤技術發展的關鍵所在。

發明內容

針對現有充填材料存在的上述等問題，本發明提供一種用于散狀充填體改性的膠凝材料及其制備方法和應用，該用于散狀充填體改性的膠凝材料的組分構成簡單、成本低、需水量少、易于配置，且具備良好的粘結性以及較高的早期強度，實現了固廢資源化的合理利用。

為達到上述發明目的，本發明實施例采用了如下的技術方案：

一種用于散狀充填體改性的膠凝材料，包括以下質量百分比的組分：水泥熟料5％-20％、礦渣粉70％-90％和脫硫石膏粉3％-10％；

所述礦渣粉按質量百分比包括氧化鈣34％-38％、氧化鎂7％-12％、二氧化硅29％-34％、三氧化二鋁15％-17％和三氧化二鐵1％-5％；

所述脫硫石膏粉中二水硫酸鈣的質量含量為90％-99％。