CN113292301A - 一种用于支护煤矿井下巷道的粉煤灰基喷浆材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于支护煤矿井下巷道的粉煤灰基喷浆材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于支护煤矿井下巷道的粉煤灰基喷浆材料及其制备方法，将粉煤灰、水泥、脱硫石膏混合，充分搅拌得到骨料混合物；将偏高岭土、混合外加剂混合，充分搅拌制得干料添加剂混合物；将骨料混合物与水混合，充分搅拌；将干料添加剂混合物加入上述混合浆体中，并充分搅拌；最后加入碳化钙，并充分搅拌，制得粉煤灰基喷浆材料。本发明实现了火力发电厂燃煤产生固体废弃物工业废渣粉煤灰的资源化利用，有效解决了煤矿电厂所带来的固废环境问题，制备方法简单，原料易得且成本低廉，工业性应用优势大。

Description

一种用于支护煤矿井下巷道的粉煤灰基喷浆材料及其制备 方法
技术领域
本发明属于煤自燃防治技术领域，涉及喷浆材料的制备，具体涉及一种基于用于支护煤矿井下巷道的粉煤灰基喷浆材料及其制备方法。
背景技术
目前国内外使用的喷浆材料主要是无机矿物喷浆材料和化学喷浆材料，常用无机矿物喷浆材质廉价易得，可以防火，但材料强度偏低、容易开裂、吸水，同时喷浆操作比较困难，喷浆后回弹率大。化学类有机高分子类材料反应时间短，加固快速，粘合性强，穿透力好，但是具有刺激性气味大、价格较高、阻燃性差、喷浆施工时有刺激性气味放出，污染环境。
现有粉煤灰喷浆材料也存在现场拌混，配比不易掌握，操作的随意性大、回弹率高、粘聚性差，粉尘污染大等问题，且粉煤灰掺杂量低，对粉煤灰的消耗量小。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于用于支护煤矿井下巷道的粉煤灰基喷浆材料，粉煤灰掺杂量高。
本发明的另一目的是提供上述基于用于支护煤矿井下巷道的粉煤灰基喷浆材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于用于支护煤矿井下巷道的粉煤灰基喷浆材料，由以下质量份的原料制成：工业废渣粉煤灰40～50 份、偏高岭土10～20份，脱硫石膏10～15份，碳化钙5～10份，水泥5～10 份，混合外加剂2.5～5份，水灰比为0.5～0.7。
优选的，所述粉煤灰为I级低钙粉煤灰，其CaO质量含量低于10％，细度低于45.0％，需水量比低于115％，烧失量低于10％。
优选的，所述水泥采用普通32.5硅酸盐水泥。
优选的，所述脱硫石膏的细度为325目。
优选的，所述混合外加剂由碱激发剂、减水剂、羟丙基甲基纤维素按质量比1～4：0.5～1.5：0.5～3。
更优选的，所述羟丙基甲基纤维素的细度为100目，表观密度为0.25～ 0.7g/cm3，表面张力为2％，粘度为200Pa·s。
本发明还提供上述基于用于支护煤矿井下巷道的粉煤灰基喷浆材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、根据各组分的重量配比，分别称取工业废渣粉煤灰、偏高岭土、脱硫石膏、碳化钙、水泥和混合外加剂及水备用；
步骤二、分别按组分重量占比将粉煤灰、水泥、脱硫石膏混合，充分搅拌得到骨料混合物；
步骤三、将偏高岭土、混合外加剂混合，充分搅拌制得干料添加剂混合物；
步骤四、将步骤二得到的骨料混合物与水混合，充分搅拌；
步骤五、将步骤三得到的干料添加剂混合物加入步骤四所制得的混合浆体中，并充分搅拌；
步骤六、将碳化钙加入步骤五所得的混合浆体中，并充分搅拌，制得所述粉煤灰基喷浆材料。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明以工业废渣粉煤灰作为骨料、水泥作为初始胶凝材料，利用偏高岭土作为悬浮剂，脱硫石膏作为缓凝剂，混合外加剂作为活化剂，加入碳化钙，混合均匀搅拌，原料与现有技术不同，并经过大量的实验研究，得到了适合的原料配比；
2.本发明实现了火力发电厂燃煤产生固体废弃物工业废渣粉煤灰的资源化利用，有效解决了煤矿电厂所带来的固废环境问题；
3.本发明的喷浆材料回弹料少，粘聚性高，支护强度高，提高了喷浆材料的利用率，避免了大量落地料的浪费；
4.本发明的材料制备方法简单，原料易得且成本低廉，工业性应用优势大。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
以下实施例中所使用的粉煤灰为I级低钙粉煤灰，其CaO质量含量低于 10％，细度低于45.0％，需水量比低于115％，烧失量低于10％。
所用脱硫石膏的细度为325目。
所用混合外加剂由碱激发剂、减水剂、羟丙基甲基纤维素按质量比1～4：0.5～1.5：0.5～3；其中所用碱激发剂为氢氧化钠和石灰，质量比为2：1；所用减水剂为聚羧酸减水剂，所用羟丙基甲基纤维素的细度为100目，表观密度为 0.25～0.7g/cm3，表面张力为2％，粘度为200Pa·s。
实施例1
步骤一、根据组分的重量配比，分别称取400g工业废渣粉煤灰、150g偏高岭土、100g脱硫石膏、100g碳化钙、100g 32.5硅酸盐水泥、25g混合外加剂(碱激发剂12.5g、减水剂5g、羟丙基甲基纤维素7.5g)；
步骤二、分别按组分重量占比将粉煤灰、32.5硅酸盐水泥、脱硫石膏混合，充分搅拌得到骨料混合物；
步骤三、将偏高岭土、混合外加剂混合，充分搅拌制得干料添加剂混合物；
步骤四、将步骤二得到的骨料混合物与水混合，水灰比0.5，充分搅拌；
步骤五、将步骤三得到的干料添加剂混合物加入步骤四所制得的混合浆体中，并充分搅拌；
步骤六、将碳化钙加入步骤五所得的混合浆体中，并充分搅拌，制得粉煤灰基喷浆材料。
使用粘结强度测试仪测定粘度；使用TD-2200漂珠真密度测试仪测定密度；使用水泥胶砂流动度测定仪测定流动度，测定方法参考GB/T 2419-2005；根据 GB 50086-2015《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程规范》测定回弹率。
表1实施例1性能指标
粘度(MPa·s) 密度(g/cm<sup>3</sup>) 流动度(cm) 回弹率(％) 7d抗压强度(MPa)
7.213 1.61 18.4 12.8 14.34
实施例2
步骤一、根据组分的重量配比，分别称取450g工业废渣粉煤灰、100g偏高岭土、100g脱硫石膏、100g碳化钙、80g 32.5硅酸盐水泥、40g混合外加剂(碱激发剂20g、减水剂10g、羟丙基甲基纤维素10g)；
步骤二、分别按组分重量占比将粉煤灰、32.5硅酸盐水泥、脱硫石膏混合，充分搅拌得到骨料混合物；
步骤三、将偏高岭土、混合外加剂混合，充分搅拌制得干料添加剂混合物；
步骤四、将步骤二得到的骨料混合物与水混合，水灰比0.6，充分搅拌；
步骤五、将步骤三得到的干料添加剂混合物加入步骤四所制得的混合浆体中，并充分搅拌；
步骤六、将碳化钙加入步骤五所得的混合浆体中，并充分搅拌，制得粉煤灰基喷浆材料。
使用粘结强度测试仪测定粘度；使用TD-2200漂珠真密度测试仪测定密度；使用水泥胶砂流动度测定仪测定流动度，测定方法参考GB/T 2419-2005；根据 GB 50086-2015《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程规范》测定回弹率。
表2实施例2性能指标
粘度(MPa·s) 密度(g/cm<sup>3</sup>) 流动度(cm) 回弹率(％) 7d抗压强度(MPa)
4.896 1.47 19.2 12.4 13.86
实施例3
步骤一、根据组分的重量配比，分别称取500g工业废渣粉煤灰、200g偏高岭土、150g脱硫石膏、50g碳化钙、50g 32.5硅酸盐水泥、45g混合外加剂(碱激发剂25g、减水剂15g、羟丙基甲基纤维素5g)；
步骤二、分别按组分重量占比将工业废渣粉煤灰、32.5硅酸盐水泥、脱硫石膏混合，充分搅拌得到骨料混合物；
步骤三、将偏高岭土、混合外加剂混合，充分搅拌制得干料添加剂混合物；
步骤四、将步骤二得到的骨料混合物与水混合，水灰比0.7，充分搅拌；
步骤五、将步骤三得到的干料添加剂混合物加入步骤四所制得的混合浆体中，并充分搅拌；
步骤六、将碳化钙加入步骤五所得的混合浆体中，并充分搅拌，制得粉煤灰基喷浆材料。
使用粘结强度测试仪测定粘度；使用TD-2200漂珠真密度测试仪测定密度；使用水泥胶砂流动度测定仪测定流动度，测定方法参考GB/T 2419-2005；根据 GB 50086-2015《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程规范》测定回弹率。
表3实施例3性能指标
粘度(MPa·s) 密度(g/cm<sup>3</sup>) 流动度(cm) 回弹率(％) 7d抗压强度(MPa)
4.711 1.24 20.0 12.3 12.56
对比例1
一种粉煤灰基喷浆材料，其制备方法同实施例3，与实施例3相比区别仅在于未添加脱硫石膏。
对比例2
一种粉煤灰基喷浆材料，其制备方法同实施例3，与实施例3相比区别仅在于未添加偏高岭土。
对比例3
一种粉煤灰基喷浆材料，其制备方法同实施例3，与实施例3相比区别仅在于未添加混合外加剂。
对比例1-3得到的粉煤灰基喷浆材料的性能如表4所示。
表4对比例1-3性能指标
对比例1 对比例2 对比例3
粘度(MPa·s) 4.733 4.725 4.747
密度(g/cm<sup>3</sup>) 1.24 1.28 1.23
流动度(cm) 20.0 19.6 20.3
回弹率(％) 12.6 12.4 12.5
7d抗压强度(MPa) 8.61 8.13 6.45
由表4与表3的对比可知，不使用脱硫石膏或不使用偏高岭土都会使得喷浆材料的早期抗压强度下降；脱硫石膏与偏高岭土的火山灰活性起到协同作用，使喷浆材料的性能有明显改善；同时不使用混合外加剂也使得喷浆材料的早期抗压强度大幅下降，混合外加剂的化学激发作用可以有效提高喷浆材料的强度。

Claims (7)

1.一种基于用于支护煤矿井下巷道的粉煤灰基喷浆材料，其特征在于，由以下质量份的原料制成：工业废渣粉煤灰40～50份、偏高岭土10～20份，脱硫石膏10～15份，碳化钙5～10份，水泥5～10份，混合外加剂2.5～5份，水灰比为0.5～0.7。
2.根据权利要求1所述的一种基于用于支护煤矿井下巷道的粉煤灰基喷浆材料，其特征在于，所述粉煤灰为I级低钙粉煤灰，其CaO质量含量低于10％，细度低于45.0％，需水量比低于115％，烧失量低于10％。
3.根据权利要求1所述的一种基于用于支护煤矿井下巷道的粉煤灰基喷浆材料，其特征在于，所述水泥采用普通32.5硅酸盐水泥。
4.根据权利要求1所述的一种基于用于支护煤矿井下巷道的粉煤灰基喷浆材料，其特征在于，所述脱硫石膏的细度为325目。
5.根据权利要求1所述的一种基于用于支护煤矿井下巷道的粉煤灰基喷浆材料，其特征在于，所述混合外加剂由碱激发剂、减水剂、羟丙基甲基纤维素按质量比1～4：0.5～1.5：0.5～3。
6.根据权利要求5所述的一种基于用于支护煤矿井下巷道的粉煤灰基喷浆材料，其特征在于，所述羟丙基甲基纤维素的细度为100目，表观密度为0.25～0.7g/cm3，表面张力为2％，粘度为200Pa·s。
7.权利要求1至6任一项所述的基于用于支护煤矿井下巷道的粉煤灰基喷浆材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、根据各组分的重量配比，分别称取工业废渣粉煤灰、偏高岭土、脱硫石膏、水泥和混合外加剂及水备用；
步骤二、分别按组分重量占比将粉煤灰、水泥、脱硫石膏混合，充分搅拌得到骨料混合物；
步骤三、将偏高岭土、混合外加剂混合，充分搅拌制得干料添加剂混合物；
步骤四、将步骤二得到的骨料混合物与水混合，充分搅拌；
步骤五、将步骤三得到的干料添加剂混合物加入步骤四所制得的混合浆体中，并充分搅拌；
步骤六、将碳化钙加入步骤五所得的混合浆体中，并充分搅拌，制得所述粉煤灰基喷浆材料。
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