[发明专利]一种超高水充填材料

说明书

 技术领域

本发明涉及矿山充填技术领域，尤其涉及一种超高水充填材料。

 背景技术

高水材料是冶金行业金矿、铁矿等的单位充填和尾砂充填、废料充填的胶结材料。可广泛应用于煤炭行业巷旁充填支护,采空区堵漏灭火、阻燃、井巷壁厚充填支护等。

高水材料用于采空区充填有着工艺简单、凝结速度快、性能稳定等优点。为减小开采引起的地表建、构筑物的变形，采矿工程的采空区一般需要支护或充填，传统的充填材料主要有两类：一是以硅酸盐水泥掺加水玻璃等的充填材料，但该类材料的使用寿命短(通常仅可用2-3a)，且存在作业固化时间长，材料浪费等缺点；二是以高分子为主的充填材料，近年来，科研人员已研制出高水速凝固材料(简称高水材料)，它是一种价格低廉，使用方便，并具有一定力学性能的可泵性支护材料，高水材料可替代木材、钢材使用，充填工艺简单，凝结速度快，可减少固化剂的用量。

但是现有的高水材料大都存在着初凝时间长，强度低等缺点，难以满足充填的需要。

 发明内容

为了解决现有的高水材料大都存在着初凝时间长，强度低等缺点本发明提出了一种超高水充填材料。

本发明采用如下技术方案：

本发明的超高水充填材料是由甲乙两种组分组成，其中，甲组分为硫铝酸钙、铝酸钙、碳酸钙、碳酸钠、聚丙烯酰胺和羟甲基纤维素钠；乙组分为硫酸钙、氧化钙、偏铝酸盐和氯化钙，乙组分中偏铝酸盐为偏铝酸钠或偏铝酸钙。

该材料的重量百分比组成为：甲组分：硫铝酸钙45-75%、铝酸钙15-45%、碳酸钙2-8%、碳酸钠2-8%、聚丙烯酰胺0.5-2%、羟甲基纤维素钠0.5-2%；乙组分为硫酸钙70-90%、氧化钙8-25%、偏铝酸盐1-5%、氯化钙1-3%。

优选：甲组分：硫铝酸钙50-70%、铝酸钙20-40%、碳酸钙3-7%、碳酸钠3-7%、聚丙烯酰胺0.5-2%、羟甲基纤维素钠0.5-2%；乙组分为硫酸钙75-85%、氧化钙12-22%、偏铝酸盐2-4%、氯化钙1-3%。

更优选：甲组分：硫铝酸钙58%、铝酸钙30%、碳酸钙5%、碳酸钠5%、聚丙烯酰胺1%、羟甲基纤维素钠1%；乙组分为硫酸钙78%、氧化钙17%、偏铝酸钙3%、氯化钙2%。

甲组分与乙组分的重量比为0.5-2：1。

优选：甲组分与乙组分的重量比为1：1。

本发明的超高水充填材料在使用时与水分的重量配比如下：甲：乙：水=1:1:10-20，优选：甲：乙：水=1:1:16。

本发明的取得的技术进步如下：

1、充填成本低。

在解放有限煤炭资源延长矿井寿命的同时，也为煤矿带来了巨大的经济效益。

充填系统设备投资较低，主要充填原材料——矿井水充足。

充填体含水量更高，充填成本更低。

充填材料具有可灌注性、胶结性，在超高水充填材料中进一步引入矸石、煤灰等工业废料，提高充填体强度并进一步降低充填吨煤成本。

充填材料可消除承压水威胁，实现安全带压开采，保证矿井安全，大幅降低防治水费用。

充填工艺有利于地面环境保护，减少地表塌陷的治理费用，降低生产成本。

2、性能稳定

超高水充填材料无毒、无味、无污染、安全环保；通过选用不同骨料和骨胶比，可优化设计填料浆的浓度及充填体的强度，其制备成的充填料浆流动性好，易于输送，输送距离不受限制、凝结时间易调的特点，凝结时间可根据需要在90分钟内调整。固结体具有体积应变较小，显现出在三向受力状态下良好的不可压缩性，利于现场充填应用。

超高水充填材料水体积可达97%，最终强度可达0.66MPa，材料高持水，凝固速度快，早期强度高，具有良好的承载性能等特性。

超高水充填材料具有早强。快硬的特点，7天抗压强度能够达到最终强度的60%-90%。

超高水材料采空区充填密实，对大空间与细小裂隙都进行了密实充填，且充填体固结凝固状态好，在三向受力状态下对围岩起到了极好的支撑与稳定作用。

3、工艺简单、先进

充填工艺简单，充填效果好。超高水充填开采对工作面生产能力影响较小，矿井稳产时间长，充填与回采工艺互不影响，是高产高效工作面采空区实施充填开采的有效方法，是其它采空区充填方法所无法比拟的采空区充填工艺方法。