[发明专利]一种煤矿早强型低成本充填材料及其配制方法

说明书

本发明属于煤矿技术领域，具体涉及一种煤矿早强型低成本充填材料及其配制方法。所述充填材料由水、胶结料、激发剂、辅助激发剂及掘进矸和炉底灰的混合物组成；其中水占充填材料的21%~23%，胶结料为硅酸盐水泥熟料、粉煤灰及水淬矿渣的混合物，占充填材料的15.2%~19.5%，激发剂占胶结料的0.5%~0.9%，辅助激发剂为硫铝酸盐水泥熟料和脱硫石膏的混合物，占胶结料的2.5%，余量为掘进矸和炉底灰的混合物。本发明早期强度高，流动性能好，泌水率小，满足大多数煤矿对充填材料性能的要求，充填材料总质量的93%以上为固体废弃物及矿井废水，降低了充填材料成本，充分利用了废弃物，具有很好的经济效益及环境效益。

技术领域

本发明属于煤矿技术领域，涉及一种煤矿充填材料，具体涉及一种煤矿早强型低成本充填材料及其配制方法。

背景技术

煤矸石是采煤、掘进和矿物加工过程的副产物，目前我国煤矸石存量在40亿t以上(超过我国固体废弃物总量的40％)，开采工程中产生的矸石堆积在地表，不仅占用耕地，某些情况下矸石山会发生自燃，并产生多种有害气体，严重危害人类健康，具有一定发热值的煤矸石可用于发电，而岩巷掘进过程中产生的大量砂岩、灰岩类矸石却极少得到利用。

粉煤灰是火电厂在燃煤发电，钢铁厂冶炼等过程中产生的火山灰质固体废物。

我国每年的粉煤灰堆积量超过11亿t，每年还要以1亿t左右排放量递增，粉煤灰的堆积在城市周边将造成多种危害:占用大量的耕地，污染大气，对农作物生长及人畜健康成严重危害。一是随烟气排出并收集的细灰，称为粉煤灰；二是由较大颗粒的熔融体组成,从锅炉底部排出的灰渣，称为炉底灰。一般粉煤灰产量占70％～90％,炉底灰占30％～10％，粉煤灰可作为水泥及混凝土参合料，可用于制作粉煤灰砖，目前已得到广泛应用，价格较高，而由于炉底灰活性低，颗粒较大且不均匀，极少得到利用，因此价格较低。

煤矿充填开采技术是一种科学的绿色采矿技术，也是未来采矿领域的发展方向之一，目前我国煤矿充填开采，主要采用的胶结充填材料有：高水材料、超高水材料、膏体材料、似膏体材料、高浓度全尾砂充填材料等，其中高水材料及超高水材料具有优异的流动性能，并且具有速凝、早强的优点，膏体材料和似膏体材料具有早强强度高、泌水率小的优点，但上述材料在实际应用中还存在以下问题：

1.充填材料成本高：由于高水材料及超高水材料中掺加了大量硫铝酸盐水泥、石灰、石膏、各类激发剂等，致使其材料成本居高不下，每充填1m³采空区，充填材料的费用可到400元～800元，膏体材料、似膏体材料及全尾砂胶结材料，由于水泥掺量高(通常在8％以上)，外加剂掺量在2％以上，充填1m³采空区，充填材料成本在100元以上。

2.在保证早期强度的条件下很难兼顾料浆流动性，膏体材料及似膏体材料为了提高早期强度，降低泌水率，质量浓度通常在80％以上，为达到输送要求，通常需要提高泵送压力，并且容易导致堵管事故。

3.在保证输送性能及早期强度的条件下，难以兼顾料浆泌水率：高浓度全尾砂充填材料浓度在72％～79％之间，其流动性较好，可采用自流输送或加压泵送，但由于其泌水率高，充入采空区后，充填体将因脱水导致其固结强度的降低，同时造成工作面污染。

充填开采法难以在煤矿推广，很大程度是由于成本问题，而充填材料本身的成本占据了很大比重，因此，新型煤矿充填材料，首先需降低材料成本，其次要有足够的早期强度，在拆除模板后能够保持自立且承担垮落直接顶的重量，同时，要保证较好的流动性以利于输送，较低的泌水率，使得料浆脱水后，充填体强度仍能够满足要求。

发明内容

本发明为解决煤矿充填材料成本高的问题，同时兼顾输送性能、早期强度和料浆泌水率，公开了一种煤矿早强型低成本充填材料及其配制方法。

为解决上述技术难题，本发明采用以下技术方案：