【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于礦山充填開采，具體涉及一種礦用低泌水自強化固廢充填材料、制備方法及應用。
技術介紹
1、煤炭開采過程中產生大量地下采空區，易導致地表裂縫、塌陷等地質災害出現，并且也會產生大量煤矸石等廢棄物。據統計，我國煤矸石堆存量已超70億噸，且在自然環境下煤矸石易風化崩解，長期堆存可對環境產生不利影響。
2、隨著礦山安全環保要求不斷提升，能夠有效減少煤礦開采導致的地質災害、保護生態環境的膠結充填技術在煤礦開采領域的應用愈加廣泛。煤礦膠結充填中，多以煤矸石為骨料、水泥為膠凝材料混合水制備充填料漿。風化煤矸石易于破碎、耗能少，但其破碎后顆粒級配存在缺陷，易出現料漿離析現象，且水泥用量大、泌水率高、充填體抗沉縮性能差，影響井下生產效率和礦山低碳發展。目前，充填開采領域針對煤矸石、粉煤灰、礦渣等固廢材料的利用開展了相關工作，但在充填料漿低泌水、自強化、抗沉縮等多功能協同方面仍存在不足。因此，如何充分利用風化煤矸石、粉煤灰、礦渣等大宗固廢材料，實現多組分協同作用，制備結構穩定性強、充填效果好、具有抗沉縮性能的充填料漿，是亟需解決的技術問題。
技術實現思路
1、針對現有技術存在的不足，本專利技術的目的在于提供一種礦用低泌水自強化固廢充填材料、制備方法及應用，這種礦用低泌水自強化固廢充填材料以固廢為主要原料，利用不同材料組分之間的協同作用，具有料漿結構穩定、泌水率低、接頂率高、抗沉縮性能好的優點，適用于礦山井下充填。
2、為了解決上述技術問題，本專利技術采用如下技術方案予
3、一種礦用低泌水自強化固廢充填材料，以重量份數計包括以下原料組分：風化煤矸石340～480份、水泥20～25份、粉煤灰30～40份、礦渣粉30～40份、硅酸鈉0.3～0.7份、生石灰5～7份、氧化鎂3～5份、吸水樹脂0.05～0.1份、纖維0.2～0.4份和水160～245份。
4、本專利技術還具有如下技術特征：
5、具體的，所述風化煤矸石中sio2含量為55～60wt％，al2o3含量為20～25wt％，fe2o3含量為5～9wt％，so3含量為3～6wt％。
6、更進一步的，所述粉煤灰中sio2含量為40～45wt％，al2o3含量為36～42wt％；所述礦渣粉中cao含量為38.0～42.0wt％，sio2含量為27.0～32.0wt％，al2o3含量為15.0～18.0wt％，mgo含量為5.0～10wt％；所述生石灰中cao含量大于90.0wt％。
7、更進一步的，所述吸水樹脂選自聚丙烯酸系高分子吸水樹脂、纖維素基高吸水樹脂和聚丙烯酰胺類高吸水樹脂中的一種或幾種。
8、更進一步的，所述纖維選自聚丙烯纖維或玄武巖纖維中的一種，且所述纖維直徑為15～35μm、長度為6～20mm。
9、更進一步的，所述風化煤矸石粒徑≤20mm；所述吸水樹脂粒徑為10～20μm。
10、更進一步的，所述礦用低泌水自強化固廢充填材料的塌落度為24～27cm，泌水率＜1％，3天抗壓強度為1～2mpa，28天抗壓強度為3～6mpa，干燥收縮為-20～0mm/m。
11、本專利技術還保護一種礦用低泌水自強化固廢充填材料的制備方法，包括以下步驟：
12、步驟1、對風化煤矸石進行篩分，以粒徑大于150μm的風化煤矸石作為煤矸石骨料、以粒徑小于150μm的風化煤矸石作為煤矸石粉料；
13、步驟2、對煤矸石粉料進行活化，得到活性煤矸石粉；
14、步驟3、取配方量的煤矸石骨料、活性煤矸石粉、粉煤灰和礦渣粉混合攪拌均勻，得到充填干料a；
15、步驟4、取配方量的水泥、生石灰、吸水樹脂、氧化鎂和纖維混合攪拌均勻，得到充填干料b；
16、步驟5、將配方量的硅酸鈉和水混合得到硅酸鈉水溶液；
17、步驟6、將充填干料a、充填干料b和硅酸鈉水溶液混合，即得；
18、其中，所述礦用低泌水自強化固廢充填材料以重量份數計包括以下原料組分：風化煤矸石340～480份、水泥20～25份、粉煤灰30～40份、礦渣粉30～40份、硅酸鈉0.3～0.7份、生石灰5～7份、氧化鎂3～5份、吸水樹脂0.05～0.1份、纖維0.2～0.4份和水160～245份。
19、本專利技術還保護上述礦用低泌水自強化固廢充填材料用于充填開采的應用；或上述礦用低泌水自強化固廢充填材料的制備方法制得的礦用低泌水自強化固廢充填材料用于充填開采的應用。
20、本專利技術與現有技術相比，具有如下技術效果：
21、(1)本專利技術提供的充填材料具有結構穩定、泌水率低的優點，以吸水樹脂作為調節劑，能夠有效降低拌和初期料漿內顆粒間自由水分布，降低料漿的泌水，且隨著水化反應的進行，吸水樹脂能夠逐漸釋放水分用于充填體內部膠凝材料的后期水化，實現充填材料體系水分的自控；通過添加纖維在充填料漿內部建立基體骨架，結合膠凝材料的水化作用在充填體內部形成網絡，以阻滯充填體發生損傷后的裂紋擴展。
22、(2)本專利技術的制備方法所用的主要固體原料均為固廢材料，利用多種固廢的特性、基于多組分添加劑的功能協同，達到充填材料結構穩定、泌水率低、固化過程自強化等目標，可以有效節約礦山充填生產成本，實現礦業領域大宗固廢的資源化處置，降低礦區地質災害和環境污染風險，減少生態治理成本，為礦山創造經濟效益的同時也促進礦業綠色低碳發展。
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1.一種礦用低泌水自強化固廢充填材料，其特征在于，以重量份數計包括以下原料組分：風化煤矸石340～480份、水泥20～25份、粉煤灰30～40份、礦渣粉30～40份、硅酸鈉0.3～0.7份、生石灰5～7份、氧化鎂3～5份、吸水樹脂0.05～0.1份、纖維0.2～0.4份和水160～245份。
2.如權利要求1所述的礦用低泌水自強化固廢充填材料，其特征在于，所述風化煤矸石中SiO2含量為55～60wt％，Al2O3含量為20～25wt％，Fe2O3含量為5～9wt％，SO3含量為3～6wt％。
3.如權利要求1所述的礦用低泌水自強化固廢充填材料，其特征在于，所述粉煤灰中SiO2含量為40～45wt％，Al2O3含量為36～42wt％；所述礦渣粉中CaO含量為38.0～42.0wt％，SiO2含量為27.0～32.0wt％，Al2O3含量為15.0～18.0wt％，MgO含量為5.0～10wt％；所述生石灰中CaO含量大于90.0wt％。
4.如權利要求1所述的礦用低泌水自強化固廢充填材料，其特征在于，所述吸水樹脂選自聚丙烯酸系高分子吸水樹脂、纖維
5.如權利要求1所述的礦用低泌水自強化固廢充填材料，其特征在于，所述纖維選自聚丙烯纖維或玄武巖纖維中的一種，且所述纖維直徑為15～35μm、長度為6～20mm。
6.如權利要求1所述的礦用低泌水自強化固廢充填材料，其特征在于，所述風化煤矸石粒徑≤20mm；所述吸水樹脂粒徑為10～20μm。
7.如權利要求1所述的礦用低泌水自強化固廢充填材料，其特征在于，所述礦用低泌水自強化固廢充填材料的塌落度為24～27cm，泌水率＜1％，3天抗壓強度為1～2MPa，28天抗壓強度為3～6MPa，干燥收縮-20～0mm/m。
8.一種礦用低泌水自強化固廢充填材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
9.如權利要求1～7中任一項所述的礦用低泌水自強化固廢充填材料用于充填開采的應用；或如權利要求8所述的礦用低泌水自強化固廢充填材料的制備方法制得的礦用低泌水自強化固廢充填材料用于充填開采的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種礦用低泌水自強化固廢充填材料，其特征在于，以重量份數計包括以下原料組分：風化煤矸石340～480份、水泥20～25份、粉煤灰30～40份、礦渣粉30～40份、硅酸鈉0.3～0.7份、生石灰5～7份、氧化鎂3～5份、吸水樹脂0.05～0.1份、纖維0.2～0.4份和水160～245份。
2.如權利要求1所述的礦用低泌水自強化固廢充填材料，其特征在于，所述風化煤矸石中sio2含量為55～60wt％，al2o3含量為20～25wt％，fe2o3含量為5～9wt％，so3含量為3～6wt％。
3.如權利要求1所述的礦用低泌水自強化固廢充填材料，其特征在于，所述粉煤灰中sio2含量為40～45wt％，al2o3含量為36～42wt％；所述礦渣粉中cao含量為38.0～42.0wt％，sio2含量為27.0～32.0wt％，al2o3含量為15.0～18.0wt％，mgo含量為5.0～10wt％；所述生石灰中cao含量大于90.0wt％。
4.如權利要求1所述的礦用低泌水自強化固廢充填材料，其特征在于，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳崇楓，孫四清，賈立龍，張躍宏，武博強，朱世彬，許晨，辛欣，
申請(專利權)人：中煤科工西安研究院集團有限公司，
類型：發明
國別省市：
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