[发明专利]一种利用生物质灰渣制备煤矿充填膏体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用生物质灰渣制备煤矿充填膏体的方法，属于胶结充填材料技术领域。

背景技术

近几年受我国经济发展速度放缓，以及环境污染、政府政策、绿色能源的发展和煤炭资源进口量增加等因素的影响，使社会对煤炭需求量下降，煤炭资源产能过剩，煤炭价格出现严重下跌。但煤炭仍然是我国的主要能源，最新统计结果显示，2015年我国煤炭消费仍占到总能源消费比重的64%。如何能高效、环保、安全的开展煤炭生产是煤炭资源开采过程中面临的首要问题。与此同时，我国煤矿井下的“三下”（建筑物、铁路、水体）压煤量为137.9亿吨，占整体压煤量的69%，这些极大地影响和制约了煤炭开采与行业发展。目前，农业及矿业发展过程中所产生的生物质、煤矸石、粉煤灰等固体废弃物的堆放，占用了大量的土地资源、污染环境，并且引发地质灾害。现阶段急需创新和变革，绿色开采无疑是很好的发展方向。煤矿膏体充填技术正是煤矿绿色开采的重要组成部分，将生物质、煤矸石、粉煤灰等固体废弃物资源化加工成膏体充填材料输送到采空区支撑上覆岩层，能有效提高煤炭资源产出率、减缓地表沉陷、实现固废资源化、降低环境污染、保护地下水资源不受破坏，改善矿山安全生产条件。

膏体充填材料的研制和性能的优化是该技术能否顺利实施和高效投产的重中之重。膏体充填开采技术是将一种或多种充填材料与水进行优化组合，配制成具有良好稳定性、流动性和可塑性的膏体状胶结体，在重力或外加力（泵压）作用下以柱塞流的形态输送到采空区完成充填作业的过程，其中充填材料是膏体充填的基础，但目前采用的充填材料一般为煤矸石、粉煤灰、矿山尾砂、炉渣和水泥等，这些充填材料由于来源范围小，在数量上难以满足膏体充填的需要，严重制约了充填开采技术的全面实施，因此，寻找一种或几种来源范围广、成本低、满足充填膏体输送和强度要求的充填材料是充填开采急需解决的问题。

目前，生物质作为一种常见的有机物，逐渐运用于各个领域。其成分主要包括农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。其中的秸秆是生物质中主要的利用资源，现阶段中国秸秆的产量可达6-8亿吨。将生物质作为燃料用以发电或提供热量是现阶段主要的应用和推广途径，而其燃烧后产生的生物质灰渣是一种主要以K、Mg、Si等元素组成的无机残留物。经过微观分析得知，其具有较大的比表面积和很高的火山灰活性，能与水泥水化后的产物Ca(OH)₂发生火山灰反应生成凝胶，从而增加水泥基材料的后期强度，灰渣中含有丰富的SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃，这些化合物能有效提高水泥基材料的强度、对硫酸盐的抗侵蚀性，并同时降低水泥基材料的渗透性。利用生物质灰渣改善水泥基膏体充填材料的性能具有重要的应用价值和研究意义。

综上所述，实施煤矿的绿色开采技术，是未来煤炭产业的大势所趋。固体废弃物资源化利用配制充填材料，已成为煤矿绿色开采的重要发展方向。

发明内容

本发明旨在提供一种利用生物质灰渣制备煤矿充填膏体的方法，保护生态环境的同时，为煤矿充填开采提供了充足的廉价原料，提高了膏体充填材料的性能，降低了充填成本，为充填开采技术的全面实施奠定基础。

本发明提供了一种利用生物质灰渣制备煤矿充填膏体的方法，包括以下步骤：

（1）收集煤矸石原料，并对煤矸石进行破碎处理，然后用网眼为15mm、5mm和1mm的振动筛将其筛分，得到煤矸石粒径分别为5~15mm的粗骨料、1~5mm的细骨料和1mm以下的粉体，大于15mm的颗粒将其返回振动筛重新进行破碎处理；

（2）收集生物质材料，包括在农业生产过程中的农林废弃物，然后对这些物质进行燃烧处理，得到生物质灰渣；

（3）将步骤（1）中得到的1mm以下的煤矸石粉体、步骤（2）得到的生物质灰渣与粉煤灰混合，其中各组分的质量配比为：

1mm以下的煤矸石粉体：14%~24%，

生物质灰渣：42%~52%，

粉煤灰：28%~35%；

三者进行充分混合后球磨，球磨20分钟后得到混合粉体颗粒，其比表面积≥ 320m²/kg，