一種超高水充填材料的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種超高水充填材料，該充填材料是由甲乙兩種組分組成，其中，甲組分為硫鋁酸鈣、鋁酸鈣、碳酸鈣、碳酸鈉、聚丙烯酰胺和羥甲基纖維素鈉；乙組分為硫酸鈣、氧化鈣、偏鋁酸鹽和氯化鈣，乙組分中偏鋁酸鹽為偏鋁酸鈉或偏鋁酸鈣。該充填材料的重量百分比組成為：甲組分：硫鋁酸鈣45-75%、鋁酸鈣15-45%、碳酸鈣2-8%、碳酸鈉2-8%、聚丙烯酰胺0.5-2%、羥甲基纖維素鈉0.5-2%；乙組分為硫酸鈣70-90%、氧化鈣8-25%、偏鋁酸鹽1-5%、氯化鈣1-3%。甲組分與乙組分的重量比為0.5-2：1。本發(fā)明的超高水充填材料具有初凝時(shí)間短、凝結(jié)后強(qiáng)度高、并且強(qiáng)度穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的超高水充填材料無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)污染、安全環(huán)保。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種超高水充填材料
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明涉及礦山充填【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種超高水充填材料。
[0002]【背景技術(shù)】
高水材料是冶金行業(yè)金礦、鐵礦等的單位充填和尾砂充填、廢料充填的膠結(jié)材料。可廣泛應(yīng)用于煤炭行業(yè)巷旁充填支護(hù)，采空區(qū)堵漏滅火、阻燃、井巷壁厚充填支護(hù)等。
[0003]高水材料用于采空區(qū)充填有著工藝簡(jiǎn)單、凝結(jié)速度快、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。為減小開(kāi)采引起的地表建、構(gòu)筑物的變形，采礦工程的采空區(qū)一般需要支護(hù)或充填，傳統(tǒng)的充填材料主要有兩類(lèi):一是以硅酸鹽水泥摻加水玻璃等的充填材料，但該類(lèi)材料的使用壽命短(通常僅可用2_3a)，且存在作業(yè)固化時(shí)間長(zhǎng)，材料浪費(fèi)等缺點(diǎn)；二是以高分子為主的充填材料，近年來(lái)，科研人員已研制出高水速凝固材料(簡(jiǎn)稱(chēng)高水材料)，它是一種價(jià)格低廉，使用方便，并具有一定力學(xué)性能的可泵性支護(hù)材料，高水材料可替代木材、鋼材使用，充填工藝簡(jiǎn)單，凝結(jié)速度快，可減少固化劑的用量。
[0004]但是現(xiàn)有的高水材料大都存在著初凝時(shí)間長(zhǎng)，強(qiáng)度低等缺點(diǎn)，難以滿(mǎn)足充填的需要。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】

為了解決現(xiàn)有的高水材料大都存在著初凝時(shí)間長(zhǎng)，強(qiáng)度低等缺點(diǎn)本發(fā)明提出了一種超高水充填材料。
[0006]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:` 本發(fā)明的超高水充填材料是由甲乙兩種組分組成，其中，甲組分為硫鋁酸鈣、鋁酸鈣、碳酸鈣、碳酸鈉、聚丙烯酰胺和羥甲基纖維素鈉；乙組分為硫酸鈣、氧化鈣、偏鋁酸鹽和氯化鈣，乙組分中偏鋁酸鹽為偏鋁酸鈉或偏鋁酸鈣。
[0007]該材料的重量百分比組成為:甲組分:硫鋁酸鈣45-75%、鋁酸鈣15-45%、碳酸鈣2-8%、碳酸鈉2-8%、聚丙烯酰胺0.5-2%、羥甲基纖維素鈉0.5-2% ;乙組分為硫酸鈣70_90%、氧化鈣8-25%、偏鋁酸鹽1-5%、氯化鈣1-3%。
[0008]優(yōu)選:甲組分:硫鋁酸鈣50-70%、鋁酸鈣20-40%、碳酸鈣3_7%、碳酸鈉3_7%、聚丙烯酰胺0.5-2%、羥甲基纖維素鈉0.5-2% ;乙組分為硫酸鈣75-85%、氧化鈣12_22%、偏鋁酸鹽2-4%、氯化鈣 1-3%。
[0009]更優(yōu)選:甲組分:硫鋁酸鈣58%、鋁酸鈣30%、碳酸鈣5%、碳酸鈉5%、聚丙烯酰胺1%、羥甲基纖維素鈉1% ;乙組分為硫酸鈣78%、氧化鈣17%、偏鋁酸鈣3%、氯化鈣2%。
[0010]甲組分與乙組分的重量比為0.5-2:1。
[0011]優(yōu)選:甲組分與乙組分的重量比為1:1。
[0012]本發(fā)明的超高水充填材料在使用時(shí)與水分的重量配比如下:甲:乙:水=1:1:10-20，優(yōu)選:甲:乙:水=1:1:16。
[0013]本發(fā)明的取得的技術(shù)進(jìn)步如下:
1、充填成本低。
[0014]在解放有限煤炭資源延長(zhǎng)礦井壽命的同時(shí)，也為煤礦帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。[0015]充填系統(tǒng)設(shè)備投資較低，主要充填原材料——礦井水充足。[0016]充填體含水量更高，充填成本更低。
[0017]充填材料具有可灌注性、膠結(jié)性，在超高水充填材料中進(jìn)一步引入矸石、煤灰等工業(yè)廢料，提高充填體強(qiáng)度并進(jìn)一步降低充填噸煤成本。
[0018]充填材料可消除承壓水威脅，實(shí)現(xiàn)安全帶壓開(kāi)采，保證礦井安全，大幅降低防治水費(fèi)用。
[0019]充填工藝有利于地面環(huán)境保護(hù)，減少地表塌陷的治理費(fèi)用，降低生產(chǎn)成本。
[0020]2、性能穩(wěn)定
超高水充填材料無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)污染、安全環(huán)保；通過(guò)選用不同骨料和骨膠比，可優(yōu)化設(shè)計(jì)填料漿的濃度及充填體的強(qiáng)度，其制備成的充填料漿流動(dòng)性好，易于輸送，輸送距離不受限制、凝結(jié)時(shí)間易調(diào)的特點(diǎn)，凝結(jié)時(shí)間可根據(jù)需要在90分鐘內(nèi)調(diào)整。固結(jié)體具有體積應(yīng)變較小，顯現(xiàn)出在三向受力狀態(tài)下良好的不可壓縮性，利于現(xiàn)場(chǎng)充填應(yīng)用。
[0021]超高水充填材料水體積可達(dá)97%，最終強(qiáng)度可達(dá)0.66MPa，材料高持水，凝固速度快，早期強(qiáng)度高，具有良好的承載性能等特性。
[0022]超高水充填材料具有早強(qiáng)?？煊驳奶攸c(diǎn)，7天抗壓強(qiáng)度能夠達(dá)到最終強(qiáng)度的60%-90%。
[0023]超高水材料采空區(qū)充填密實(shí)，對(duì)大空間與細(xì)小裂隙都進(jìn)行了密實(shí)充填，且充填體固結(jié)凝固狀態(tài)好，在三向受力狀態(tài)下對(duì)圍巖起到了極好的支撐與穩(wěn)定作用。
[0024]3、工藝簡(jiǎn)單、先進(jìn)
充填工藝簡(jiǎn)單，充填效果好。超高水充填開(kāi)采對(duì)工作面生產(chǎn)能力影響較小，礦井穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)，充填與回采工藝互不影響，是高產(chǎn)高效工作面采空區(qū)實(shí)施充填開(kāi)采的有效方法，是其它采空區(qū)充填方法所無(wú)法比擬的采空區(qū)充填工藝方法。
[0025]超高水充填材料采空區(qū)充填技術(shù)對(duì)社會(huì)與環(huán)境效益顯著。充填工作面對(duì)應(yīng)的地表未受到大的影響，且該技術(shù)可消耗大量井下污水，減少排水對(duì)地面的污染，大大降低排水費(fèi)用；同時(shí)充填開(kāi)采減小了上覆巖層的下沉與破壞，特別是對(duì)上覆巖層含水層的破壞，使其得到了有效保護(hù)或減少了滲漏，即有效保護(hù)了開(kāi)采區(qū)域的水資源。
[0026]超高水充填開(kāi)采不僅有效控制了上覆巖層的下沉，而且減小了對(duì)底板的破壞程度，特別是開(kāi)放式充填，超高水材料固結(jié)體可滲入到破壞底板的裂隙中，對(duì)底板起到了加固和再膠結(jié)作用。因此，超高水充填材料及充填開(kāi)采工藝技術(shù)為〃三下一上〃煤炭充填開(kāi)采提供了新材料與方法。
[0027]【具體實(shí)施方式】
下面的實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0028]實(shí)施例1
甲組分:硫鋁酸鈣45Kg、鋁酸鈣44Kg、碳酸鈣2Kg、碳酸鈉8Kg、聚丙烯酰胺0.5 Kg、羥甲基纖維素鈉0.5 Kgo
[0029]乙組分:硫酸鈣70Kg、氧化鈣:24Kg、偏鋁酸鈣5Kg、氯化鈣lKg。
[0030]實(shí)施例2
甲組分:硫鋁酸鈣75Kg、鋁酸鈣15Kg、碳酸鈣4Kg、碳酸鈉2Kg、聚丙烯酰胺2Kg、羥甲基纖維素鈉2Kg。[0031]乙組分:硫酸鈣88Kg、氧化鈣8Kg、偏鋁酸鈉lKg、氯化鈣3Kg。
[0032]實(shí)施例3
甲組分:硫鋁酸鈣48Kg、鋁酸鈣40Kg、碳酸鈣3Kg、碳酸鈉7Kg、聚丙烯酰胺lKg、羥甲基纖維素鈉IKg。
[0033]乙組分:硫酸鈣73Kg、氧化鈣22Kg、偏鋁酸鈉3Kg、氯化鈣2Kg。
[0034]實(shí)施例4
甲組分:硫鋁酸鈣68Kg、鋁酸鈣20Kg、碳酸鈣7Kg、碳酸鈉3Kg、聚丙烯酰胺lKg、羥甲基纖維素鈉IKg。
[0035]乙組分:硫酸鈣83Kg、氧化鈣12Kg、偏鋁酸鈣3Kg、氯化鈣2Kg。
[0036]實(shí)施例5
甲組分:硫鋁酸鈣58Kg、鋁酸鈣30Kg、碳酸鈣5Kg、碳酸鈉5Kg、聚丙烯酰胺lKg、羥甲基纖維素鈉IKg。
[0037]乙組分:硫酸鈣78Kg、氧化鈣17Kg、偏鋁酸鈣3Kg、氯化鈣2Kg。
[0038]實(shí)施例6
將本發(fā)明實(shí)施例1-5的超高水材料進(jìn)行性能測(cè)定，在施工時(shí)，甲組分、乙組分和水的重量比為1: 1:16,結(jié)果如表1所示。
·[0039]表1實(shí)施例1-5的超高水材料的性能
【權(quán)利要求】
1.一種超高水充填材料，其特征在于:該材料是由甲乙兩種組分組成，其中，甲組分為硫鋁酸鈣、鋁酸鈣、碳酸鈣、碳酸鈉、聚丙烯酰胺和羥甲基纖維素鈉；乙組分為硫酸鈣、氧化鈣、偏鋁酸鹽和氯化鈣，乙組分中偏鋁酸鹽為偏鋁酸鈉或偏鋁酸鈣。
2.如權(quán)利要求1所述的超高水充填材料，其特征在于:該材料的重量百分比組成為:甲組分:硫鋁酸鈣45-75%、鋁酸鈣15-45%、碳酸鈣2_8%、碳酸鈉2_8%、聚丙烯酰胺0.5-2%,羥甲基纖維素鈉0.5-2% ;乙組分為硫酸鈣70-90%、氧化鈣8-25%、偏鋁酸鹽1_5%、氯化鈣1-3%。
3.如權(quán)利要求1所述的超高水充填材料，其特征在于:該材料的重量百分比組成為:甲組分:硫鋁酸鈣50-70%、鋁酸鈣20-40%、碳酸鈣3-7%、碳酸鈉3_7%、聚丙烯酰胺0.5-2%,羥甲基纖維素鈉0.5-2% ;乙組分為硫酸鈣75-85%、氧化鈣12-22%、偏鋁酸鹽2_4%、氯化鈣1-3%。
4.如權(quán)利要求1所述的超高水充填材料，其特征在于:該材料的重量百分比組成為:甲組分:硫鋁酸鈣58%、鋁酸鈣30%、碳酸鈣5%、碳酸鈉5%、聚丙烯酰胺1%、羥甲基纖維素鈉1% ；乙組分為硫酸鈣78%、氧化鈣17%、偏鋁酸鈣3%、氯化鈣2%。
5.如權(quán)利要求1所述的超高水充填材料，其特征在于:甲組分與乙組分的重量比為0.5~2: I ο
6.如權(quán)利要求1所述的超高水充填材料，其特征在于:甲組分與乙組分的重量比為1:1o
【文檔編號(hào)】C04B28/06GK103626452SQ201310568973
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月15日
【發(fā)明者】田艷光 申請(qǐng)人:河北筑盛建材科技開(kāi)發(fā)有限公司