[发明专利]一种早强型地质聚合物膏体充填材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种早强型地质聚合物膏体充填材料及其制备方法，其中充填材料按照每立方米各成分的重量组成为：煤矸石粗骨料350～390kg，煤矸石细骨料860～920kg，粉煤灰200～250kg，地质聚合物胶凝材料130～180kg，碱激发剂45～65kg，水350～420kg，早强剂2～5kg，减水剂3～6kg。制备方法包括以下步骤：按照上述早强型地质聚合物膏体充填材料的原料组成配料；将煤矸石分别破碎成煤矸石粗骨料和煤矸石粗细骨料；将地质聚合物胶凝材料、碱激发剂和部分水混合均匀后加入煤矸石粗骨料、煤矸石粗细骨料、粉煤灰、剩余的水、早强剂和减水剂，再次混合均匀后既得。

技术领域

本发明涉及一种用于矿山充填的固体材料，具体涉及一种早强型地质聚合物膏体充填材料及其制备方法。

背景技术

我国“三下一上”——建筑物下、铁路下、水体下和承压水上的压煤量巨大，这些外界因素极大地影响和制约了煤炭的开采与行业的发展。并且地下采矿在获得有用矿物资源的同时，也产生了大量的固体废弃物(例如煤矸石)和地下采空区，开采煤矿所附带的固体废弃物堆存在地表不但污染当地生态环境、浪费土地资源、并且可能会存在安全隐患。同时，地下采空区将引起矿区地表发生变形、塌陷、严重威胁地表建筑物的安全。膏体充填开采作为“三下一上”开采的重要手段，在国内外被广泛应用。传统的膏体充填开采以水泥作为胶凝材料，以尾砂、煤矸石等固体废物为骨料制备出一种特殊的混凝土——膏体充填材料，用来进行充填开采，这种膏体充填材料存在成本高、早期强度低的缺陷。

膏体充填材料的研制和性能的优化是充填开采技术能否顺利实施和高效投产的重中之重。膏体充填开采技术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、流动性和可塑性的膏体状胶结体，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，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，普遍存在成本高、早期强度低的缺陷。因此，低成本高性能的新型膏体充填材料研制是目前充填开采急需解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种早强型地质聚合物膏体充填材料及其制备方法。本发明的技术方案为：

第一个方面，本发明提供一种早强型地质聚合物膏体充填材料，按照每立方米各成分的重量组成为：煤矸石粗骨料350～390kg，煤矸石细骨料860～920kg，粉煤灰200～250kg，地质聚合物胶凝材料130～180kg，碱激发剂45～65kg，水350～420kg，早强剂2～5kg，减水剂3～6kg。

进一步地，所述煤矸石粗骨料的粒径D为4.75～13.2mm。

进一步地，所述煤矸石细骨料的粒径d＜4.75mm，其中粒径2.36mm≤d＜4.75mm的煤矸石细骨料占36～41％，粒径1.18mm≤d＜2.36mm的煤矸石细骨料占12～17％，粒径0.6≤d＜1.18的煤矸石细骨料占7～11％，粒径0.3≤d＜0.6煤矸石细骨料占8～13％，粒径0.15≤d＜0.3煤矸石细骨料占5～9％，粒径0.075≤d＜0.15煤矸石细骨料占7～11％，粒径0＜d＜0.075煤矸石细骨料占10～14％。

进一步地，所述地质聚合物胶凝材料按照重量百分比的原料组成为：粉煤灰46％～56％，矿渣20％～30％，水泥19％～29％。

进一步地，所述碱激发剂优选模数为1.3～1.8的水玻璃。

进一步地，所述早强剂优选三乙醇胺。

进一步地，所述减水剂优选氨基磺酸盐。

第二个方面，本发明提供一种早强型地质聚合物膏体充填材料的制备方法，包括以下步骤：按照上述早强型地质聚合物膏体充填材料的原料组成配料；将煤矸石分别破碎成煤矸石粗骨料和煤矸石粗细骨料；将地质聚合物胶凝材料、碱激发剂和部分水混合均匀后加入煤矸石粗骨料、煤矸石粗细骨料、粉煤灰、剩余的水、早强剂和减水剂，再次混合均匀后既得。