[发明专利]一种可控低强度矿井充填材料

说明书

本发明公开了一种可控低强度矿井充填材料。该可控低强度矿井充填材料包括第一砂组分、第二砂组分、水泥、粉煤灰和外加剂，以重量份数计，水泥为35‑90份；粉煤灰为150‑190份；第一砂组分为700‑1400份；第二砂组分为250‑1000份；外加剂为0.01‑2.5份；其中所述第一砂组分为煤矸石砂，所述第二砂组分选自河砂和石英砂中的一种或两种。该充填材料以煤基固废为主要组分，并且具有大流动性、低强度、泌水率低、沉陷值小、抗收缩、和易性与耐久性，性能优异、绿色环保且能耗低等优点。

技术领域

本发明属于环保绿色建筑材料领域，具体涉及了一种可控低强度矿井充填材料。

背景技术

我国中西部煤炭储量、开采量和使用量巨大，煤电和煤化工产业高度集中。随着煤炭开采、燃煤发电和煤化工产业的快速发展，在支持和促进东部与全国经济快速发展的同时，也给中西部产煤地区留下数量巨大的煤基固废，主要包括气化渣、煤矸石、粉煤灰、脱硫石膏、炉底渣等。上述5类大宗煤基固废综合利用率低、大量占用土地、严重污染环境，成为制约中西部地区经济社会发展的不利因素，严重影响区域生态文明建设和国家能源战略的实施。因此，大宗煤基固废资源化、无害化处置、规模化利用以及煤电基地生态环境治理已成为国家能源与生态安全的重大课题。

充填材料技术是绿色开采的重要组成部分。发展充填开采技术不仅可以解决煤矿开采带来的环境破坏问题，同时还能最大程度地提高“三下”压煤采出率。过去我国大部分矿井为控制地表沉陷，一般采用部分开采、水砂充填和离层区注浆等方法，然而这些方法都不能很好地解决地表沉陷和资源浪费等问题,而以水砂充填为基础发展起来的膏体充填技术因其诸多优点而被寄予厚望。充填技术主要包括充填材料、充填设备与工艺、采动岩层充填控制理论等方面。与金属体充填比较,煤矿充填的主要特点是成本要求更低,充填材料成分复杂，早期强度要求高。充填材料强度是充填技术的核心，对充填质量的优劣、充填成本的高低以及充填开采控制地表沉陷的效果起着决定性作用，发展充填技术的关键是研究成本低廉、性能可靠的充填材料。我国西部浅埋煤层储量和开采规模巨大，带来的环境问题十分突出。我国学者提出了以保护生态水为目标，以隔水层稳定性为判据的保水开采分区方法。其中，最困难的区域为特殊保水开采区，其科学的开采途径是局部充填开采。研究充填材料及其性能，确定合理的充填材料强度，对控制充填材料的成本，保障充填效果，实现保水保环境开采具有重要的理论和实践意义。

针对“三下”煤炭资源安全高效绿色开采、大宗煤基固废无害化处置与生态环境保护等需求，提出煤矸石、粉煤灰、气化渣、脱硫石膏、炉底渣等煤基固废用于井下安全绿色充填方法，优化多源煤基固废充填材料协同制备和长距离高效输送工艺、安全充填工艺，集成充填相关配套设备，并研发煤基固废绿色充填关键技术，形成多煤基固废建材高值化、生态治理、绿色矿井充填协同利用多产业链接技术。

国内专利文献(公开号：CN106915941B)李剑秋等人公开了一种半水磷石膏矿井充填料及其制备方法，该方法是以工业副产半水磷石膏、磷尾矿、水泥为原料，按一定比例混合后制得。该发明利用半水磷石膏作为胶凝材料，水泥调节充填材料的pH值，并提供部分强度，磷尾矿作为骨料，制备出了具有早期强度高，泌水性好、流动性好的矿井充填材料。

国内专利文献(公开号：CN106587789B)陈剑等人公开了一种多功能铁矿全尾砂充填材料，主要由铁矿全尾砂、水泥、水按照57-63：10-15：27-29的重量比制备而成。本发明提供的多功能铁矿全尾砂新型充填材料配方简单、成本低廉、施工方便，凝固速度较快，抗压强度和和易性均较好，可以用于矿区采空区的充填，也可以用于填补矿井内的渗水裂缝。

传统意义上的充填材料一直存在泌水率高、流动性差、沉陷值高、成本高等问题，并且强度也只能做到4-8MPa之间，而强度偏高的传统充填材料同时又会存在可开挖性差等难题。因此，研究一种以煤基固废为主的性能优异的可控低强度充填材料(CLSM)暨矿井充填材料，不仅是对我国工业大宗固废的利用，而且是对矿井开采、矿井充填材料技术革新突破、充填工艺改进以及再利用有着关键的作用，具有非常重要的意义和价值。

发明内容