CN103979884B

CN103979884B - 一种利用废弃混凝土制备煤矿充填膏体的方法

Info

Publication number: CN103979884B
Application number: CN201410178455.2A
Authority: CN
Inventors: 冯国瑞; 贾学强; 郭育霞; 戚庭野; 李典; 冯佳瑞; 李振
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2014-04-30
Filing date: 2014-04-30
Publication date: 2015-10-14
Anticipated expiration: 2034-04-30
Also published as: CN103979884A

Abstract

本发明公开了一种利用废弃混凝土制备煤矿充填膏体的方法，属于胶结充填材料技术领域。本发明是将废弃混凝土和煤矸石破碎、筛分，使之成为粒径为小于1mm粉体、1~5mm细骨料和5~15mm粗骨料，然后向小于1mm的粉体中加入掺合料及生石灰、石膏固体搅拌均匀后进行球磨，得到比表面积≥300m²/kg的超细粉体，最后，将水泥、细骨料、粗骨料、超细粉体、调节剂和水混合搅拌即可得到煤矿充填膏体。本发明将废弃混凝土在无需煅烧的情况下，完全回收利用，从而解决了占用土地及破坏生态环境的问题，同时为煤矿充填开采提供了较充足的廉价原料，降低了充填成本，为充填开采技术的全面实施奠定了基础。

Description

一种利用废弃混凝土制备煤矿充填膏体的方法

技术领域

本发明涉及一种利用废弃混凝土制备煤矿充填膏体的方法，属于胶结充填材料技术领域。

背景技术

我国是一个煤炭生产和消费大国，每年的煤炭生产和消费总量均达亿吨级，煤炭在我国总能源结构中的比例占到70％以上。然而，我国仅统配煤矿生产矿井“三下”（建筑物、铁路、水体）压煤量约为137.9亿吨，其中建筑物下压煤94.68亿吨，约占整个压煤量的69%，严重制约了一些矿区的生产和发展。此外，在煤矿生产过程中将会产生大量的煤矸石，它是工业固体废弃物中排放和堆存量最大的一种。矸石山的堆放侵占着大量土地，其中大部分为耕地。若不加以利用，长期堆放于地表，不仅占用大量土地、影响自然景观，破坏生产、生活环境，而且还会造成大气、土壤、水体污染以及造成地质灾害的发生。充填开采技术不但可以对煤矸石充分利用，化害为益，还可以提高矿产资源采出率，阻止岩层发生大规模移动，实现建筑物下、铁路下和水体下采煤，同时保护了地表不遭破坏，维持了原有的生态环境。

膏体充填开采技术是胶结充填的一种，它是将一种或多种充填材料与水进行优化组合，配制成具有良好稳定性、流动性和可塑性的牙膏状胶结体，在重力或外加力（泵压）作用下以柱塞流的形态输送到采空区完成充填作业的过程,它主要是由采动覆岩控制理论、充填***、充填材料三部分组成，其中充填材料是膏体充填的基础，但目前采用的充填材料一般为煤矸石、粉煤灰、矿山尾砂、炉渣和水泥等，这些充填材料由于来源范围小，在数量上难以满足膏体充填的需要，严重制约了充填开采技术的全面实施，因此，寻找一种或几种来源范围广、成本低、满足充填膏体输送和强度要求的充填材料是充填开采急需解决的问题。

近些年来由于我国工业化、城镇化的快速发展，导致住房、城市基础设施和路桥建设的步伐加快，而在新建工程施工和旧建筑维修、拆除过程中将产生大量的废弃混凝土。据有关专家估计，仅公路水泥混凝土路面中，每年大约产生4000万吨废弃混凝土，再加上废旧建筑物、路桥等设施的拆除，我国每年将会产生近亿吨的废弃混凝土。目前我国对废弃混凝土处置的主要方式是填埋处理，这样不仅会耗用垃圾清运等建设经费，而且还会占用大量土地资源、破坏生态环境。此外还有一种处理方法就是对废弃混凝土进行综合回收利用，有一些专家学者将废弃混凝土直接破碎后制备再生粗骨料，另外还有些专家学者将废弃混凝土的细集料通过研磨、高温煅烧等手段激发其潜在的活性后加以回收利用，但对废弃混凝土的利用率低，导致能源的浪费，并且在煅烧过程中产生的废气又会对周围的生态环境造成二次污染。

综上所述，膏体充填开采技术面临着充填材料不足、成本高和充填体强度低等问题，使充填开采技术难以全面实施。而废弃混凝土由于回收利用率低，导致大量堆积，占用良田，污染环境，如若能充分利用废弃混凝土制备满足煤矿要求的充填材料，将二者结合，使废弃混凝土变废为宝，是一种行之有效的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种以废弃混凝土为原料制备煤矿充填膏体的方法，将废弃混凝土在无需煅烧的情况下，完全回收利用，从而解决了占用土地及破坏生态环境的问题，同时为煤矿充填开采提供了较充足的廉价原料，降低了充填成本，为充填开采技术的全面实施奠定了基础。

本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种利用废弃混凝土制备煤矿充填膏体的方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）收集废弃混凝土，分拣去除金属、木料、塑料和受放射性、重金属有害物质污染的废弃混凝土，然后利用破碎设备将原料进行破碎，使破碎后的颗粒粒径分布在15mm以下；

所述原料为废弃混凝土和煤矸石，二者的重量比为1:0.25~1；

（2）将破碎后的废弃混凝土和煤矸石颗粒用网眼为1mm、5mm和15mm的振动筛筛分，得到小于1mm粉体、1~5mm细骨料、5~15mm粗骨料，并将大于15mm的颗粒送回破碎设备重新破碎；

（3）向步骤（2）得到的粒径小于1mm的粉体中加入掺合料、生石灰及石膏固体，其中各组分的重量配比为：

小于1mm的粉体：55%~75%；

掺合料：20%~40%；

生石灰及石膏固体：0.5%~5%；

搅拌均匀后进行球磨制得超细粉体；球磨时间为10~60分钟，所得超细粉体的比表面积≥300m²/kg。

（4）取水泥与上述制得的细骨料、粗骨料及超细粉体搅拌均匀后加入水和调节剂，其中各组分的重量配比为：

水泥：5%~15%；

细骨料：15%~25%；

粗骨料：25%~35%；

超细粉体：20%~35%；

水：12%~25%；

调节剂：0.15%~3%；

均匀混合，即得到质量浓度为75%~88%的煤矿充填膏体。

进一步地，所述步骤（3）中掺合料为粉煤灰、矿渣、钢渣、赤泥等具有潜在火山灰活性的工业废料中的一种或几种混合而成。

进一步地，所述步骤（3）中生石灰及石膏固体按1：0.1~1的比例混合。

进一步地，所述步骤（4）中的水泥为普通硅酸盐425#水泥。

进一步地，所述步骤（4）中的调节剂由减水剂、早强剂、膨胀剂和缓凝剂组成。所述减水剂为聚羧酸高效减水剂、早强剂为无水硫酸钠、膨胀剂为氧化镁、缓凝剂为葡萄糖酸钠，各组分的重量配比为：

聚羧酸高效减水剂：15%~40%；

无水硫酸钠：40%~60%；

氧化镁：10%~30%；

葡萄糖酸钠：0.1%~3%。

本发明的有益效果：

（1）实现了利用废弃混凝土制备煤矿充填膏体的技术，使废弃混凝土得到了完全回收利用，解决了对环境、土地的破坏，扩宽了充填原料的来源，降低了充填成本，为充填开采技术的全面实施奠定了基础；

（2）利用本配比制备的基于废弃混凝土煤矿充填膏体，工艺简单，充填膏体的流动性好、不离析、泌水小、强度大；

（3）用小于1mm的粉体加入掺合料、生石灰及石膏固体制备超细粉体无需煅烧，节约了能源，减少了对环境的二次污染，充分利用了废弃混凝土中未水化水泥的胶结能力，激发了掺合料潜在的火山灰活性，提高了煤矿充填膏体对上覆岩层的支撑能力；

（4）通过调节调节剂各个成分的比例关系，可以使充填材料应用到大多数煤矿，同时调节剂各个组分处于最佳比例关系可以改善煤矿充填膏体流动性、弹性模量、泊松比和强度，使得膏体能够充填整个采空区，提高了接顶效果，减少了地表下称量。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例1：

（1）收集实验室废弃建筑混凝土试压块，分拣去除金属、木料、塑料和受放射性、重金属有害物质污染的废弃混凝土，然后利用鄂式破碎机将原料进行破碎，使破碎后的颗粒粒径主要分布在15mm以下，其原料为100kg废弃混凝土和50kg煤矸石，二者的重量比为1:0.5；

（2）将破碎后的废弃混凝土和煤矸石颗粒用网眼为1mm、5mm和15mm的振动筛筛分，得到小于1mm粉体、1~5mm细骨料、5~15mm粗骨料，并将大于15mm的颗粒送回重新破碎；

（3）向步骤（2）得到的粒径小于1mm的粉体中加入粉煤灰及以1：0.5比例混合的生石灰、石膏固体，搅拌均匀后送入球磨机进行球磨，球磨15分钟制得比表面积≥300m²/kg超细粉体，其中小于1mm的粉体为2.8kg，粉煤灰为1.9kg，生石灰及石膏固体共为47.5g；

（4）取1.9kg普通硅酸盐425#水泥与上述制得的2.85kg细骨料、5.7kg粗骨料及4.75kg超细粉体搅拌均匀后加入3kg水及133g调节剂，其中调节剂由39.9g聚羧酸高效减水剂、66.5g无水硫酸钠、25.27g氧化镁和1.33g葡萄糖酸钠组成，均匀混合，即得到质量浓度为84%的煤矿充填膏体。

实施例2：

（1）收集实验室废弃建筑混凝土试压块，分拣去除金属、木料、塑料和受放射性、重金属有害物质污染的废弃混凝土，然后利用鄂式破碎机将原料进行破碎，使破碎后的颗粒粒径主要分布在15mm以下，其原料为100kg废弃混凝土和25kg煤矸石，二者的重量比为1:0.25；

（3）向步骤（2）得到的粒径小于1mm的粉体中加入粉煤灰及以1：0.1比例混合的生石灰、石膏固体，搅拌均匀后送入球磨机进行球磨，球磨15分钟制得比表面积≥300m²/kg超细粉体，其中小于1mm的粉体为2.8kg，粉煤灰为1.9kg，生石灰及石膏固体共为47.5g；

（4）取1.9kg普通硅酸盐425#水泥与上述制得的2.85kg细骨料、5.7kg粗骨料及4.75kg超细粉体搅拌均匀后加入3.2kg水及133g调节剂，其中调节剂由39.9g聚羧酸高效减水剂、66.5g无水硫酸钠、25.27g氧化镁和1.33g葡萄糖酸钠组合而成，均匀混合，即得到质量浓度为83%的煤矿充填膏体。

实施例3：

（1）收集实验室废弃建筑混凝土试压块，分拣去除金属、木料、塑料和受放射性、重金属有害物质污染的废弃混凝土，然后利用鄂式破碎机将原料进行破碎，使破碎后的颗粒粒径主要分布在15mm以下，其原料为100kg废弃混凝土和100kg煤矸石，二者的重量比为1:1；

（3）向步骤（2）得到的粒径小于1mm的粉体中加入粉煤灰及以1：1比例混合的生石灰、石膏固体，搅拌均匀后送入球磨机进行球磨，球磨15分钟制得比表面积≥300m²/kg超细粉体，其中小于1mm的粉体为3.56kg，粉煤灰为1.14kg，生石灰及石膏固体共为47.5g；

（4）取1.9kg普通硅酸盐425#水泥与上述制得的2.85kg细骨料、5.7kg粗骨料及4.75kg超细粉体搅拌均匀后加入2.7kg水及133g调节剂，其调节剂由39.9g聚羧酸高效减水剂、66.5g无水硫酸钠、25.27g氧化镁和1.33g葡萄糖酸钠组成，均匀混合，即得到质量浓度为85%的煤矿充填膏体。

实施例4：

（3）向步骤（2）得到的粒径小于1mm的粉体中加入矿渣及以1：1比例混合的生石灰、石膏固体，搅拌均匀后送入球磨机进行球磨，球磨25分钟制得比表面积≥300m²/kg超细粉体，其中小于1mm的粉体为2.2kg，矿渣为1.5kg，生石灰及石膏固体共为114g；

（4）取1.9kg普通硅酸盐425#水泥与上述制得的3.8kg细骨料、5.7kg粗骨料及3.8kg超细粉体搅拌均匀后加入2.7kg水及114g调节剂，其调节剂由28.5g聚羧酸高效减水剂、68.4g无水硫酸钠、16.53g氧化镁和0.57g葡萄糖酸钠组成，均匀混合，即得到质量浓度为85%的煤矿充填膏体。

Claims

1.一种利用废弃混凝土制备煤矿充填膏体的方法，其特征在于：包括以下步骤：

所述原料为废弃混凝土和煤矸石，二者的重量比为1:0.25~1；

（3）向步骤（2）得到的粒径小于1mm的粉体中加入掺合料、生石灰及石膏固体，搅拌均匀后进行球磨制得超细粉体；

水泥：5%~15%；

细骨料：15%~25%；

粗骨料：25%~35%；

超细粉体：20%~35%；

水：12%~25%；

调节剂：0.15%~3%；

均匀混合，即得到质量浓度为75%~88%的煤矿充填膏体；

所述调节剂由减水剂、早强剂、膨胀剂和缓凝剂组成；所述减水剂为聚羧酸高效减水剂、早强剂为无水硫酸钠、膨胀剂为氧化镁、缓凝剂为葡萄糖酸钠，各组分的重量配比为：

聚羧酸高效减水剂：15%~40%；

无水硫酸钠：40%~60%；

氧化镁：10%~30%；

葡萄糖酸钠：0.1%~3%。

2.根据权利要求1所述的利用废弃混凝土制备煤矿充填膏体的方法，其特征在于：所述步骤（3）中小于1mm的粉体占超细粉体的55%~75%。

3.根据权利要求1所述的利用废弃混凝土制备煤矿充填膏体的方法，其特征在于：所述步骤（3）中掺合料为粉煤灰、矿渣、钢渣、赤泥中的一种或几种混合而成，其掺量占超细粉体的20%~40%。

4.根据权利要求1所述的利用废弃混凝土制备煤矿充填膏体的方法，其特征在于：所述步骤（3）中生石灰及石膏固体按1：0.1~1的比例混合，生石灰及石膏固体占超细粉体的0.5%~5%。

5.根据权利要求1所述的利用废弃混凝土制备煤矿充填膏体的方法，其特征在于：所述步骤（3）中球磨时间为10~60分钟，所得超细粉体的比表面积≥300m²/kg。

6.根据权利要求1所述的利用废弃混凝土制备煤矿充填膏体的方法，其特征在于：所述步骤（4）中的水泥为普通硅酸盐425#水泥。