[发明专利]一种充填保水采煤填料及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿开采技术领域，具体涉及一种充填保水采煤填料及其应用。

背景技术

榆神府矿区地处毛乌素沙漠的边缘地带，地表大部分为典型的风成沙丘及风沙滩，具有丰富的风积沙资源。这些风沙在戈壁以及大风的共同作用下，其着落点随着风向的改变而改变，进而飘落在建筑物、构筑物和土地上，造成大面积的土地沙漠化，不仅对生态环境造成了巨大的破坏，而且也给周围居民的生活带来了许多影响。

风积沙主要由岩屑、长石和石英三种矿物组成，三种矿物的总含量一般为90％以上。岩屑组成多种多样，主要有火成岩、沉积岩、变质岩。另外还有少量的其它矿物成分，包括白云母、黑云母及褐铁矿、黄铁矿、绿泥石、角闪石、阳起石、锆英石等重矿物。

风积沙沙粒风化程度不高。坚硬的石英颗粒，其表面较为平滑，少有风化痕迹；碳酸盐岩屑、泥石屑等颗粒由于质地软弱或含有可溶蚀的杂质，其表面往往出现溶孔、凹坑、麻点、擦痕等风化迹象；而在长石与火成岩颗粒表面除可见到一般的磨蚀痕迹外，有时也可见到主要由褐铁矿组成的厚度为几十微米的包膜。

风积沙的力学特性包括压缩性和压实性：

压缩性：风积沙的压缩系数比较小，一般在0.01～0.04MPa之间，属于低压缩性材料。风积沙的压缩性与矿物成分和颗粒外观形状有关，风积沙的矿物成分主要为石英长石，颗粒磨圆度较高，压缩容易完成，因此，风积沙比较容易压实，并且压后变形量也比较小。

压实性：风积沙体的压实，就是使沙体从松散状态转变为密实状态的过程。风积沙的压实是指风积沙颗粒之间的空隙达到最小。

(1)风积沙处于干燥状态时，非常松散，粘结力几乎为零，此时需要克服的主要是内摩擦阻力；击锤或配重落到沙体上时，力以振动波的形式传播，沙体不但在垂直方向上受力，而且水平方向上也受派生出的力的作用，产生跳跃式位移，所有这些位移的方向总是朝着空隙的地方发展，从而使颗粒得到重新排列，逐渐趋于密实。

(2)随着风积沙中含水量的增加，首先是水破坏了天然状态下干燥颗粒表面吸附膜的润滑作用，产生了水对石英类矿物的非润滑效应，因而其内摩擦阻力增大；同时毛细水产生的毛细压力也阻止颗粒间的位移；颗粒间会形成公共水膜，颗粒间有水胶粘结作用。结合水不同于自由水，其具有一定的粘滞性、弹性和抗剪性。含水量较小时，水膜很薄，因而其粘结作用很强，从而增大了内聚力，所有这些都导致沙样不易压实，因此，随着含水量的增加，风积沙的密实性越来越差。

粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国每年产出大量的原煤，其中大部分煤用来发电，通常每消耗2吨煤就会产生1吨粉煤灰，因此，我国粉煤灰的产生量很大。1994年电力系统火力发电厂粉煤灰排放量为9114万t，2000 年全国粉煤灰排放量达到了1.6亿t，占地达到50万亩以上，2006年为12.74亿t，基本上每年以1亿t左右排放量递增。大量粉煤灰的堆放不仅占用了大量土地，也给生态环境造成了极大的破坏。

粉煤灰矿物组分十分复杂，低钙粉煤灰主要有六种矿物组分，即空心微珠、海绵状玻璃体、石英、氧化铁、炭粒和硫酸盐。

在我国现在排放的低钙粉煤灰中，玻璃微珠的含量较低，往往只有50％左右，其中漂珠为1％～3％、沉珠为30％～40％、磁珠为4％～ 15％。海绵状玻璃体含量较多，炭粒含量有时高达20％以上，氧化铁含量不高，而莫来石往往偏多，矿物组成的波动也较大。

粉煤灰随着煤种、煤粉细度、燃烧以及收集方法不同，物理和化学性质有许多差别，原煤中沉积物(不燃物)的种类和含量是粉煤灰具有特定化学成分的主要根据，也是造成粉煤灰化学成分波动的主要原因，其主要成分为SiO₂，AI₂O₃，Fe₂O₃，CaO和未燃炭，另含有少量K、P、S、Mg等的化合物和As、Cu、Zn等微量元素，烧失量为 1％～26％。粉煤灰的烧失量可以反映锅炉燃烧的状况，烧失量越高，粉煤灰的质量越差。