CN109384447B - 一种露天煤矿坑中临建道路基层粉体固化剂及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种露天煤矿坑中临建道路基层粉体固化剂及其使用方法，用于固化露天煤矿坑中的深厚煤粉，为临建道路的上层预制板提供刚度支撑。该固化剂由70%‑90%的粉剂和10%‑30%的液剂两部分组成，粉剂由15%‑30促凝材料、20%‑60%矿渣微粉、10%‑25%火山灰质材料、1%‑2%表面活性剂组成；液剂由90%‑95%钠水玻璃激发剂、5%‑10%聚合物乳液组成。本固化剂较少掺量即可将坑中松软煤粉充分固化，使其达到规范要求的基层强度，保证上层预制板受力均匀合理、正常使用。且本发明固化剂能够保持煤粉原有属性，不影响固化煤粉的重新开采使用，固化迅速，施工方便快捷。
Description
技术领域
本发明属于道路工程领域，涉及一种基层固化材料，具体涉及一种露天煤矿坑中临建道路基层煤体固化剂及制备方法。
背景技术
煤炭作为我国主要能源之一，对我国国民经济发挥着巨大的作用，然而在煤矿的开采、运输过程中不可避免会产生大量的粉尘，尤其对于露天煤矿的开采，由于其开放式作业并且地表裸露不断遭受风化侵蚀，其粉尘污染现象严重，特别是对于坑中道路，路表堆积的大量粉尘严重污染环境、影响现场作业的正常开展。
坑中道路材质主要为煤炭，路面及路基较软，在各类运煤车辆及设备的碾压下，坑中道路积聚了大量细微粉尘，对于我国西北部一些较大的露天煤矿，其坑中道路粉尘厚度甚至超过200mm。由于坑中道路积粉颗粒细小，路面较软，在车辆运输过程中，造成行车颠簸，甚至会导致车辆陷入粉层中引起事故，造成人员伤亡。同时，在车辆通过或大风经过时，大量的细微粉尘随车随风扬起，产生严重的扬尘危害，造成现场能见度大大降低，其中部分大型露天矿坑中道路能见度甚至不足五米。这种露天矿坑中道路严重的扬尘污染状况，严重地影响现场正常的施工进度，同时也严重威胁着现场工作人员的身心健康并加速设备的磨损。并且坑中道路位于开采区域，仅作为临时性道路，随着开采进度的推进，其使用情况不断发生改变，有些路段甚至仅使用数天便作为开采区域继续进行开采。
针对露天矿坑中道路临时性、积粉较厚等特点，本课题组发明了一种安全快捷有效的预制板铺设煤矿坑中临建道路方法，施工周期短并可拆卸循环使用，可有效解决坑中道路严重的粉尘危害。该发明包括预制板制作和底面涂油、粉尘层清理搅拌、粉尘浆体固化、预制板分段铺设和板缝注浆等5道工序。其中粉尘浆体固化工序极为重要，因为若采取直接铺设路面板，由于煤层较软不具备良好的承载能力，行车荷载过大，板面受力不均匀，极容易产生裂缝、路面错台等缺陷,最终导致预制板断裂，造成极大浪费,增加施工成本与周期。
目前道路常用的基层包括石灰稳定土基层、水泥稳定土基层、石灰粉煤灰稳定土基层、级配碎石基层及级配砾石基层等几类，在这些基层施工中需要掺入大量水泥、石灰、砂石等材料，基层材料中原有土体所占比例较少。如果采用传统基层处理方式来固化露天煤矿坑中道路表层积聚的大量煤粉，需要掺入大量外料，这一方面造成了花费代价过高，另一方面大量的外料混入会严重影响固化区域煤粉的重新开采使用，传统的基层处理措施明显不适用于露天煤矿坑中临建道路，因此迫切需要一种经济、高效、不会对煤粉的二次开采产生影响的基层粉体固化材料。
发明内容
本发明固化剂能够与细微粉体发生一系列物理化学作用，较传统的水泥浆、三合土、灰土等材料固化煤粉效果更为显著，较少掺量下即可将松散煤粉充分固化，使其达到满足道路基层要求的强度，并且不改变煤粉原有属性，固化基层以煤粉为主体，不会对加固区域煤粉的重新开采使用产生影响，成本低，能够带来较高的经济及生态效益。
为了达到上述目的，本发明的技术方案包括：一种露天煤矿坑中临建道路基层粉体固化剂，其特征在于：该固化剂（以质量分数计）由70%-90%的粉剂和10%-30%的液剂两部分组成；
所述粉剂中各组分及其质量分数： 15%-30%促凝材料、20%-60%矿渣微粉、10%-25%火山灰质材料和1%-2%表面活性剂；
所述液剂中各组分及其质量分数： 90%-95%钠水玻璃激发剂和5%-10%聚合物乳液。
作为本发明所述的露天煤矿坑中临建道路基层粉体固化剂的一种优化方案：：所述粉剂中促凝材料为无水硅酸钠和钙质胶凝材料混合组分，二者质量比1：1，其中钙质胶凝材料为硅酸盐水泥、熟石灰或电石泥中的一种。
作为本发明所述的露天煤矿坑中临建道路基层粉体固化剂的一种优化方案：所述粉剂中矿粉微粉为符合GB/T 18046-2008标准规定的S95级粒化高炉矿渣微粉，为高炉粒化矿渣经磁选除铁处理并粉磨使其达到比表面积≥400 m2/kg制得，其中粒径小于30μm的超细粒化高炉矿渣微粉占总质量的90%以上。
作为本发明所述的露天煤矿坑中临建道路基层粉体固化剂的一种优化方案：所述粉剂中火山灰质材料为火山灰活性较高的硅灰、偏高岭土或优质粉煤灰。
作为本发明所述的露天煤矿坑中临建道路基层粉体固化剂的一种优化方案：所述粉剂中表面活性剂为萘系、脂肪族、聚羧酸高效减水剂的一种。
作为本发明所述的露天煤矿坑中临建道路基层粉体固化剂的一种优化方案：所述液剂中水玻璃激发剂为通过向高模数的水玻璃中加入适量的氢氧化钠调解使其模数在1.0-2.0之间，波美度在37°-48°之间的钠水玻璃。
作为本发明所述的露天煤矿坑中临建道路基层粉体固化剂的一种优化方案：所述液剂中的聚合物乳液为非反应型丁苯胶乳、丙烯酸酯乳液、醋酸乙烯乳液或乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液等。
一种所述的露天煤矿坑中临建道路基层粉体固化剂的使用方法，通过如下步骤实现坑中煤粉固化：
（1）分别按上述配比配制粉剂及液剂；
（2）将液剂与水按照质量比1：5比例稀释；
（3）将粉剂加入稀释后的液剂中搅拌成均质浆液；
（1）将煤粉和上述均质浆液按照质量比1:0.3~0.5比例，投入搅拌装置中搅拌均匀后，将其摊铺于道路表面，经整平养护硬即成煤矿坑中临建道路基层。
本发明露天煤矿坑中临建道路基层固化剂具有以下有益特点：
（1）固化煤粉效果显著
本发明固化剂浆液能够与细微粉体发生一系列物理化学作用，固化效果好，较少掺量即可将松散煤粉充分固化使其达到满足工程需要的基层强度。
（2）不影响煤粉的重新开采使用
本发明固化剂较少掺量下即可将松散煤粉充分固化，使其达到满足道路基层要求的强度，并且不改变煤粉原有属性，固化基层以煤粉为主体，不会对加固区域煤粉的重新开采使用产生影响。
（3）固化迅速，缩短工期
本发明固化剂浆液与粉体搅拌后数小时粉体即可固化并产生较高的强度，施工周期短，能够带来良好的经济效益。
（4）使用方便快捷
本发明固化剂仅需将两组有效成分混合均匀即可，使用时仅需利用简单搅拌装置将道路粉体与固化浆液二者混合搅拌均匀摊铺即可，不需要额外的特殊设备及配置条件要求，对施工人员要求不高，现配现用方便现场施工。
（5）环境友好，无污染
同时本发明由无毒无害原料组成，不会对环境产生危害，并且原材料含有固体废弃物成分，节约资源，保护环境，能够带来良好的生态与经济效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
露天煤矿坑中临建道路基层粉体固化剂，由粉剂和液剂两部分组成，其中粉剂作为主要成分所占比例较大。
所述粉剂由促凝材料、矿渣微粉、火山灰质材料、表面活性剂组成；各组分的质量百分比：
所述促凝材料15%，由无水硅酸钠及电石泥组成，二者质量比1：1。
所述矿渣微粉，60%，为符合GB/T 18046-2008标准规定的S95级粒化高炉矿渣微粉，为高炉粒化矿渣经磁选除铁处理并粉磨使其达到比表面积≥400 m2/kg制得，其中粒径小于30μm的超细粒化高炉矿渣微粉占总质量的90%以上。
所述火山灰质材料，20%，选用硅灰。
所述表面活性剂，5%，选用萘系。
所述液剂由钠水玻璃激发剂、聚合物乳液组成，各组分质量百分比：
所述钠水玻璃激发剂，95%，为通过向高模数的水玻璃中加入适量的氢氧化钠调解使其模数在1.0-2.0之间，波美度在37°-48°之间的钠水玻璃。
所述聚合物乳液，5%，为非反应型丁苯胶乳。
使用时首先将液剂与水按照质量比1：5比例稀释后，然后将粉剂与液剂按照质量比7:3中混合均匀，随后将煤粉与混合浆液按照质量比1：0.5搅拌均匀、摊铺即成。
该露天煤矿坑中临建道路基层粉体固化剂制备步骤如下：
（1）分别按上述配比配制粉剂及液剂；
（2）将液剂加水稀释；
（2）将粉剂加入稀释后的液剂中搅拌成均匀浆液；
（3）将浆液喷与煤粉混合搅拌后摊铺路面即可。
实施例2
与实施例1基本相同，所不同的是：
所述粉剂各组分的质量百分比：其中，促凝材料，20%；矿渣微粉，60%；火山灰质材料，19%，选用偏高岭土；表面活性剂，1%，为脂肪族。
所述液剂各组分质量百分比：其中，钠水玻璃激发剂，90%；聚合物乳液，10%，为丙烯酸酯乳液。
实施例3
与实施例1基本相同，所不同的是：
所述粉剂各组分的质量百分比：促凝材料，25%；矿渣微粉，50%；火山灰质材料，24%，选用粉煤灰；表面活性剂，1%，为聚羧酸高效减水剂。
所述液剂各组分质量百分比：钠水玻璃激发剂，94%；聚合物乳液，6%，为醋酸乙烯乳液或乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液。
本发明的保护范围并不局限于此，上述说明书和实施例中描述的只是本发明的原理及按照本发明原理设计的一个具体事例，在任何不脱离本发明精神和范围前提下的变化和修改，都应属于本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种露天煤矿坑中临建道路基层粉体固化剂，其特征在于：该固化剂以质量分数计由70%-90%的粉剂和10%-30%的液剂两部分组成；
粉剂以质量分数计由15%-30%促凝材料、20%-60%矿渣微粉、10%-25%火山灰质材料和1%-2%表面活性剂组成，各组分含量之和为100%；
液剂以质量分数计由90%-95%钠水玻璃激发剂和5%-10%聚合物乳液组成。
2.根据权利要求1所述的一种露天煤矿坑中临建道路基层粉体固化剂，其特征在于：所述粉剂中促凝材料为无水硅酸钠和钙质胶凝材料混合组分，二者质量比1：1，其中钙质胶凝材料为硅酸盐水泥、熟石灰或电石泥中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种露天煤矿坑中临建道路基层粉体固化剂，其特征在于：所述粉剂中矿渣微粉为符合GB/T 18046-2008标准规定的S95级粒化高炉矿渣微粉，为高炉粒化矿渣经磁选除铁处理并粉磨使其达到比表面积≥400 m2/kg制得，其中粒径小于30μm的超细粒化高炉矿渣微粉占总质量的90%以上。
4.根据权利要求1所述的一种露天煤矿坑中临建道路基层粉体固化剂，其特征在于：所述粉剂中火山灰质材料为火山灰活性较高的硅灰、偏高岭土或优质粉煤灰。
5.根据权利要求1所述的一种露天煤矿坑中临建道路基层粉体固化剂，其特征在于：所述粉剂中表面活性剂为萘系、脂肪族、聚羧酸高效减水剂的一种。
6.根据权利要求1所述的一种露天煤矿坑中临建道路基层粉体固化剂，其特征在于：所述液剂中水玻璃激发剂为通过向高模数的水玻璃中加入适量的氢氧化钠调解使其模数在1.0-2.0之间，波美度在37°-48°之间的钠水玻璃。
7.根据权利要求1所述的一种露天煤矿坑中临建道路基层粉体固化剂，其特征在于：所述液剂中的聚合物乳液为非反应型丁苯胶乳、丙烯酸酯乳液、醋酸乙烯乳液或乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液。
8.一种如权利要求1所述的一种露天煤矿坑中临建道路基层粉体固化剂的使用方法，其特征在于：通过如下步骤实现坑中煤粉固化：
分别按上述配比配制粉剂及液剂；
将液剂与水按照质量比1：5比例稀释；
将粉剂加入稀释后的液剂中搅拌成均质浆液；
将煤粉和上述均质浆液按照质量比1:0.3~0.5比例，投入搅拌装置中搅拌均匀后，将其摊铺于道路表面，经整平养护硬即成煤矿坑中临建道路基层。
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