CN102101789B - 风积沙基流体膨胀充填材料 - Google Patents

风积沙基流体膨胀充填材料 Download PDF

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Abstract

本发明属于采矿领域，特别涉及一种在充填法采矿中使用的风积沙基流体膨胀充填材料，该材料由A、B两种组分构成，A组分由下列风积沙、煤灰、固化剂和水组成，B组分为膨胀剂，充填时，将A组分与B组分混合。本充填材料能够充分利用风积沙，节约了能源，而且具有良好的膨胀性，膨胀率可达10％～30％，能够主动施压接顶充填采空区，从而有效控制地表，使地表无扰动；本充填材料还具备良好的流动性，靠自然高差势能达到自流，不需凭借机械外力；本充填材料的制作步骤简单可以满足及时充填、充分接顶、快速凝固的要求，经本充填材料充填的条带会对上覆岩层进行有效的支撑，从而达到控制地表变形、保护地面建筑物和附着物的目的。

Description

风积沙基流体膨胀充填材料
技术领域
本发明涉及一种在充填法采矿中使用的风积沙基流体膨胀充填材料，属于建筑物、水体、铁路下(简称“三下”)采矿技术领域。
背景技术
我国有丰富的矿产资源，储量居世界前列。在矿藏上方有数量众多的建筑物、水体和铁路、高级公路，各矿区都不同程度地存在“三下”压矿产资源的问题。长期以来，我国矿山“三下”采矿方法主要采用村庄(城镇)搬迁、条带、房柱开采和充填开采这几种方法。
其中，按照充填材料和输送方式，矿山充填开采技术主要有以下几种：
1、干式充填：是将采集的块石、砂石、土壤、工业废渣等干式充填材料用人力、重力或机械设备运送到待充填区域，形成可压缩的松散充填体。这样的充填劳动强度大、作业成本高、采场充填时间长、生产效率低等缺点，而且充填效果不理想。
2、水力充填：是借助水力将尾矿充入井下采空区。其不足之处是：水力充填的充填材料缺乏内聚特性，不能形成稳固自立的充填体，且采场需要大量脱水。
3、胶结充填：普遍采用硅酸盐水泥或其它胶凝材料添加到低浓度水砂充填料中，质量浓度60％～68％，既提高了充填体强度，又易于实现输送。但该工艺在使用中存在料浆凝固慢、离析分层、强度低且不均匀等现象，而且还具有井下脱水时胶凝材料及细粒级尾砂易流失，井下废水、细泥污染环境，排水、排泥费用高，采场回采周期长，生产效率低等问题。
对于采煤充填来说，一般所用充填骨料主要为煤矸石、尾矿、河砂、劣质土等固体废弃物，细料一般为粉煤灰、高炉炉渣等。其不足突出表现为3个问题：①充填料接顶困难，充填效果差。由于膏体或似膏体料浆流动性差，很难保证充填均匀，尤其料浆固化后干缩30％左右，难以达到控制地表沉陷的目的。②输送成本高。煤矿资源不像金属矿体那样相对集中在较小的范围，平面延展的范围通常很大，充填料需要长距离输送，采用泵送方式的膏体或似膏体充填势必增加充填成本。③煤矸石破碎成本增加充填成本。
发明内容
根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种能够充分利用风积沙、膨胀充填效果好的、能够解决采空区充填的主动接顶和长距离输送问题并能控制地表变形的风积沙基流体膨胀充填材料。
本发明的目的还在于提供一种膨胀充填效果好的、工艺步骤简单的风积沙基流体膨胀充填材料的制作方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种风积沙基流体膨胀充填材料，其特征在于：由A、B两种组分构成，其中：
A组分由下列原材料按以下配比组成：
风积沙            300～900kg/m3
粉煤灰            300～450kg/m3
固化剂            60～120kg/m3
水                630～1000kg/m3
B组分为膨胀剂，其含量为0.3～2kg/m3
充填时，将A组分与B组分混合。
所述的膨胀剂是铝粉。添加膨胀剂时，可根据所需膨胀率的大小来调节其添加量，确保得出的风积沙基流体膨胀充填材料膨胀率在10％～30％。
所述的固化剂是水泥、石灰或石膏粉中的一种或一种以上。
上述风积沙基流体膨胀充填材料的制法，包括如下步骤：
(1)制备A组分：
a、初浆预制：按照粉煤灰与水重量比1∶1.2～1.3，混合搅拌均匀备用；
b、A组分制备：将初浆、风积沙、固化剂以及剩余质量的水连续输入搅拌槽内，并快速强力搅拌混合均匀；
(2)充填时，将B组分膨胀剂均匀加入A组分中。
按照上述组分及方法制得的风积沙基流体膨胀充填材料的膨胀率可达10％～30％，本风积沙基流体膨胀充填材料初凝时间为1.5～2小时，2小时开始固化，7天抗压强度超过4MPa，可以满足及时充填、充分接顶、快速凝固的要求，经本充填材料充填的条带会对上覆岩层进行有效的支撑，从而达到控制地表变形、保护地面建筑物和附着物的目的。
风积沙是沙漠或戈壁中风吹后积淀的沙层，其中含有大量的硅质材料，由于其地理位置偏僻，因此无法得到充分利用，造成了资源浪费，通过将其作为风积沙基流体膨胀充填材料的骨料，使之与粉煤灰、固化剂等混合，一方面能够变废为宝，使矿山废弃物得到充分利用，节约了能源，另一方面降低了成本，提高了经济效益。
本发明所具有的有益效果是：提供一种风积沙基流体膨胀充填材料，本充填材料能够充分利用风积沙，节约了能源，而且具有良好的膨胀性，膨胀率可达10％～30％，能够主动施压接顶充填采空区，从而有效控制地表，使地表无扰动；本充填材料还具备良好的流动性，靠自然高差势能达到自流，不需凭借机械外力；本充填材料的制作步骤简单，而且制得的充填材料在1.5～2小时初凝，2小时开始固化，7天抗压强度超过4MPa，可以满足及时充填、充分接顶、快速凝固的要求，经本充填材料充填的条带会对上覆岩层进行有效的支撑，从而达到控制地表变形、保护地面建筑物和附着物的目的。
具体实施方式
下面结合实施实例进一步阐述本发明：
实施例一
1、原料：A组分的固化剂选用石膏粉和石灰的混合物，具体原料为风积沙509.0Kg、粉煤灰407.2Kg、石灰100.0Kg、石膏粉5.0Kg以及水641.0Kg；B组分膨胀剂为铝粉0.35Kg。
2、制法：按照粉煤灰与水重量比1∶1.27混合搅拌均匀制成载砂初浆，然后将载砂初浆、风积沙、石灰、石膏粉以及剩余质量的水按配比连续输入搅拌槽内，在快速强力搅拌下混合均匀，充填时，将铝粉均匀加入A组分中即可。
按照上述组分制得的风积沙基流体膨胀充填材料的膨胀率为10％。制得的充填材料在1.5～2小时初凝，2小时开始固化，8小时抗压强度达0.3MPa，24小时抗压强度达1.MPa，72小时抗压强度达到1.5Mpa，7天抗压强度4.3MPa，将本充填材料应用于充填采空区，可以满足及时充填、充分接顶、快速凝固的要求，从而对上覆岩层进行有效的支撑，达到控制地表变形、保护地面建筑物和附着物的目的。
实施例二
1、原料：A组分的固化剂选用石灰和水泥的混合物，具体原料为风积沙640Kg、粉煤灰439Kg、石灰103Kg、水泥13Kg以及水873Kg；B组分膨胀剂为铝粉1.0Kg。
2、制法：按照粉煤灰与水重量比1∶1.22混合搅拌均匀制成载砂初浆，然后将载砂初浆、风积沙、石灰、水泥以及剩余质量的水按配比连续输入搅拌槽内，在快速强力搅拌下混合均匀，充填时，将铝粉均匀加入A组分中即可。
按照上述组分制得的风积沙基流体膨胀充填材料的膨胀率为22％。制得的充填材料在1.5～2小时初凝，2小时开始固化，8小时抗压强度达0.4MPa，24小时抗压强度达1.2MPa，72小时抗压强度达到1.8Mpa，7天抗压强度超过4.7MPa，将本充填材料应用于充填采空区，可以满足及时充填、充分接顶、快速凝固的要求，从而对上覆岩层进行有效的支撑，达到控制地表变形、保护地面建筑物和附着物的目的。

Claims (3)

1.一种风积沙基流体膨胀充填材料，其特征在于：由A、B两种组分构成，其中：
A组分由下列原材料按以下配比组成：
风积沙 300～900kg/m3
粉煤灰 300～450kg/m3
固化剂 60～120kg/m3
水     630～1000kg/m3
B组分为膨胀剂，其含量为0.3～2kg/m3
充填时，将A组分与B组分混合；
风积沙基流体膨胀充填材料的制法，包括如下步骤：
（1）制备A组分：
a、初浆预制：按照粉煤灰与水重量比1：1.2～1.3，混合搅拌均匀备用；
b、A组分制备：将初浆、风积沙、固化剂以及剩余质量的水连续输入搅拌槽内，并快速强力搅拌混合均匀；
（2）充填时，将B组分膨胀剂均匀加入A组分中。
2.根据权利要求1所述的风积沙基流体膨胀充填材料，其特征在于：所述的膨胀剂是铝粉。
3.根据权利要求1所述的风积沙基流体膨胀充填材料，其特征在于：所述的固化剂是水泥、石灰、石膏粉中的一种以上。
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