[发明专利]一种具有导热性的充填材料及其设计方法

说明书

本发明公开了一种具有导热性的充填材料及其设计方法，包括导热材料的选择、胶结充填材料的配比与优化、力学性能测试、导热性能测试。在胶结充填体制作之前选择具有导热性能材料，将导热材料按一定配比和胶结充填原材料混合搅拌制作成具有一定导热性能的胶结充填体。将胶结充填体在养护箱中养护不同龄期，测试其力学强度是否达到井下充填体力学强度的要求，若满足要求再测试胶结充填体的导热性能，否则继续对胶结充填材料的配比进行优化，直至达到井下充填体要求的力学强度且具有一定的导热性。本发明为提供一种具有导热性的充填材料及其设计方法，改善胶结充填体性能的同时，增加了热源在充填体内的传输效率。

技术领域

本发明属于煤矿开采技术领域，具体涉及一种具有导热性的充填材料及其设计方法，属于一种胶结充填材料的制备方法，具体是一种利用钢渣、铁粉和钢纤维及石墨导热材料来制备具有导热性的胶结充填材料的制备方法。

背景技术

目前，随着煤炭资源的高强度开采，东部浅部煤炭资源逐渐枯竭，煤炭资源的发展方向逐渐向东部深部和西部发展。为了缓解东部浅部煤炭资源逐渐枯竭的困境，选择在进行采煤的过程中，在开采空间内布置采热装置实现热煤协同开采，利用充填的技术充填采空区在充填体通过埋设管道，让水作为热的载体传输给地面上进行利用，实现资源的零污染绿色化开采。

其次在采空区的充填体中埋设管道利用水流作为载体传输热量，要保证围岩中的热量能高效且源源的不断向管道传输热量，必须管道始终位于热源的环境中。而目前的胶结充填体的大多数采用粉煤灰、水泥等材料搅拌制作而成，其导热性能较差，因此需要在胶结充填体中加入具有导热性的材料来代替原有的胶结充填体的原材料，提高胶结充填材料的导热性能。该方法对井下热量的传输与迁移效率具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有导热性的充填材料及其设计方法，采用粉煤灰、水泥、生石灰与钢渣、铁粉和钢纤维及石墨等导热材料混合制成的一种可导热胶结充填材料，不仅减轻城市环境污染问题，又能解决注浆充填材料的来源和成本问题，同时增加胶结充填材料导热性能。

技术方案：本发明采用的技术方案为：

本发明的一个目的在于，提供一种具有导热性的充填材料，该充填材料是在胶结充填材料中添加导热材料制得，所述胶结充填材料包括粉煤灰、水泥和生石灰，所述的导热材料包括铁粉、钢渣、钢粉、钢纤维及石墨。

进一步的，所述的一种具有导热性的充填材料，所述粉煤灰：(水泥和生石灰)：导热材料的质量比为0.3～0.5：0.1～0.3：0.2～0.5。

进一步的，所述的一种具有导热性的充填材料，所述导热材料的导热系数不低于2.05W/(mK)，与胶结充填材料搅拌混合后形成的料浆的塌落度保持在150～225mm。

进一步的，所述的一种具有导热性的充填材料，所述充填材料的抗压强度不低于2MPa，胶结充填体的导热系数不低于2.05W/(mK)。

本发明的另一个目的在于，提供一种具有导热性的充填材料及其设计方法，包括以下步骤：

第一步，导热材料的选择：所述导热材料选自铁粉、钢渣、钢粉、钢纤维及石墨中的至少一种；

第二步，胶结充填材料与导热材料的配比与优化：根据现有的胶结充填材料的初始配比，用导热材料代替其中的风积沙所占的比例，形成胶结充填体；在胶结充填材料的各原料中，风积沙是骨料，其他材料均为胶凝材料，因此选用风积沙作为替代对象的配比；

第三步，力学性能的测试：对所述胶结充填体养护并进行力学强度测试，若达到力学强度的设定值即转至下一步；否则返回第二步，优化胶结充填材料与导热材料的配比；

第四步，导热性能的测试：对所述胶结充填体进行导热性能测试，若达到导热性能的设定值即完成；否则返回第二步，更换导热材料的种类；或返回第三步，优化胶结充填材料与导热材料的配比，直至力学强度和导热性能均达到相应的设定值的要求。