[发明专利]一种低强度高膨胀性胶凝充填材料及其填充方法

说明书

本发明公开了一种低强度高膨胀性胶凝充填材料及其填充方法，所述充填材料是由基体组份和外掺组份配制而成，基体组份包括胶凝材料、水，外掺组份包括发泡剂、水玻璃、减水剂、稳泡剂；泡沫掺加量为水泥浆体积的3～4倍，水玻璃掺加量为胶凝材料质量的1.0～3.0％，减水剂掺加量为胶凝材料质量的0.5～1.0％，稳泡剂掺加量为胶凝材料质量的0.5～1.0％。本发明提供的充填材料具有膨胀性大、充填率高、可塑性好、密封性强的特征，膨胀率为150～250％；本发明可应用于煤矿采空区巷道顶板垮落形成的空洞、工作面过老巷道空间的充填以防止瓦斯外漏积聚，并对巷道或采空区顶板形成有效支护，确保矿井安全生产。

技术领域

本发明涉及一种低强度高膨胀性胶凝充填材料及其填充方法，适用于煤矿采空区巷道顶板垮落形成的空洞、煤工作面过老巷道空间的充填以防止瓦斯外漏积聚而发生爆炸事故，属于煤矿与地下工程安全技术。

背景技术

煤炭资源的开发是人类社会前进和发展中的一个重要组成部分，它对人类社会的发展和文明的进步有着重要的推动作用。近年来，煤层赋存条件不断恶化导致煤岩动力灾害频发。瓦斯安全事故的频繁发生不仅给煤矿安全生产带来了巨大威胁，同时对我国国民经济和社会稳定发展也造成了巨大的不利影响。随着矿井对安全的重视程度越来越大，对井下巷道密闭的要求也越来越高，对于以挡风为主的临时密闭，密闭不严会导致漏风，引起瓦斯积聚，严重影响安全生产；而对于巷道与采空区之间的永久密闭，密闭不严会导致采空区内瓦斯等有毒有害气体泄露到巷道，严重威胁工作人员安全，同时也会导致风流进入采空区，引起采空区内煤层或瓦斯的燃烧，存在严重的矿井安全隐患。大量研究表明，漏风是造成瓦斯积聚，瓦斯爆炸，煤炭自燃的重要原因。充填法是防治瓦斯积聚，煤层自燃的关键技术之一。因此需要将易自燃区、瓦斯积聚区或者有害气体源进行隔离，防止瓦斯外漏。

随着充填采在煤矿中的广泛应用，充填新材料、新工艺不断出现。使得充填法发展成为一种安全、高效的方法。目前，用于矿井工作面巷道密闭、废旧巷道、松散煤体、漏风裂隙堵漏和充填的材料主要包括黄泥与水泥等传统的灌浆材料、氨盐类凝胶材料、凝胶类封堵材料、以水泥为胶凝剂、尾砂与废石等为骨料的膏体充填材料、硬石膏充填材料、聚氨酯硬泡沫喷涂充填材料及聚氨酯、膨胀水泥等。但是，主要充填封堵材料中的无机固化材料的堵漏风效果不理想；有机泡沫材料充填堵漏效果好，抗动压性好，但其成本较高，高温时易分解，释放出有害气体，并且材料可燃，不宜用于深部矿井高温区的充填。凝胶类封堵材料，包括无机凝胶(硅酸凝胶)、复合胶体、高分子胶体主要适用于矿井防灭火；复合胶体主要适用于大范围煤层自燃防火，二者成本较高，难以在煤矿采空区或巷道防漏风时大面积使用。

综上所述，亟需研发一种新型膨胀性充填材料及其制备方法，以此来改善传统胶结充填材料性能。使新型充填材料具有无毒、封堵性好、有一定的抗压强度、膨胀率高、充填效果好的特点，满足煤矿采空区和巷道充填及密封的要求。适用于废旧巷道、高冒区、巷道密闭及裂隙的密封充填以防止瓦斯外漏积聚而发生爆炸事故，这对矿井安全生产具有十分重要的意义。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种低强度高膨胀性胶凝充填材料及其填充方法，所述填充材料具备具有膨胀性大、充填率高、可塑性好、密封性强等特征。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种低强度高膨胀性胶凝充填材料，主要包括基体组分和外掺组分；所述基体组分包括胶凝材料，是充填材料的主料；所述外掺组分的膨胀率为150～250％，包括发泡剂、水玻璃、减水剂和稳泡剂，发泡剂用于在机械搅拌时形成气泡，水玻璃用于增大胶凝材料的可塑性和缩短胶凝材料的凝结时间，减水剂用于增大胶凝材料的流动性，稳泡剂用于维持基体组分中气泡的稳定状态。

优选的，该充填材料中的胶凝材料和外掺组分中的发泡剂的配比如下：按配比混合胶凝材料和水并进行机械搅拌形成混合浆料，按配比混合发泡剂和水并进行机械搅拌制成均匀泡沫，制成的均匀泡沫的体积是形成的混合浆料体积的3～4倍；