[发明专利]一种纳米纤维素增强充填料浆的制备方法

说明书

本发明提供一种纳米纤维素增强充填料浆的制备方法，属于采矿充填技术领域。该方法将纳米纤维素干粉与羧甲基纤维素钠(CMC)粉体机械搅拌混合均匀，同时进行过紫外光照射处理，通过给料器加入充填料仓中混合搅拌；搅拌均匀后，将充填料浆通过管道泵送输送至井下采空区充填施工。本发明通过纳米纤维素与羧甲基纤维素钠的复配增强充填料浆，纳米纤维素可有效提高料浆的水化程度，改善料浆保水性及和易性，大大增加充填体致密性及强度，羧甲基纤维素钠有助于纳米纤维素的分散，加快尾砂絮凝沉降，提高充填料浆浓度，增加充填体的致密性，从而提高了充填料浆的力学性能，降低充填成本。

技术领域

本发明涉及采矿充填技术领域，特别是指一种纳米纤维素增强充填料浆的制备方法。

背景技术

深部开采是未来矿业发展的必然趋势，而深部开采面临着复杂的工程地质环境，尤其是高地应力引发的地压灾害，是未来深部开采的核心问题之一。为有效解决深部开采的地压问题，充填法成为深部矿体的首选开采方法之一。

所谓充填法开采，就是矿体开采结束后，将形成的采空区进行填充，以支撑围岩，防止采空区的突然冒落破坏，引发连锁地压灾害。常用的充填材料主要是将矿山尾砂固废、水泥和水按照一定比例混合形成一定浓度的料浆，通过管道输送到采空区中，充填料浆固化后具有一定的强度，可实现对围岩的支撑、变形控制、应力转移等作用。

然而，随着开采深度的持续增长，对充填体的强度要求越来越高，影响强度的主要原因包括水泥用量、料浆浓度、地下水及管理等。为满足深部开采对充填的要求，通常采用膏体充填的方法，即通过对充填站进行改造或重建，采用深锥浓密机替代传统砂仓，可有效提高料浆浓度，提升充填体的强度，大量实际生产经验表明，该方法具有良好的效果，但该方法需要投入大量的设备，技术要求高，生产规模较小的矿山无力承担高昂的投入，限制了膏体充填法的发展。

同时，也有学者通过添加外加剂改善充填体质量，如纤维增强材料(玻璃纤维、聚丙烯纤维、碳纤维等)、粉煤灰、矿渣等，但这些材料对充填体强度提升跳过有限，且不会降低水泥用量。另外，也有采用其他胶凝材料替代水泥，改善充填体性能，但胶凝材料与水泥相比性能没有显著提升，且成本仍然较高。因此，亟需创新现有的充填体配比技术，提高充填体性能，满足深部开采对充填材料强度的需求。

发明内容

本发明针对深部开采环境对充填体要求高、充填难度大、充填设施投资高、质量难以保障等问题，提供一种纳米纤维素增强充填料浆的制备方法，可大大增强充填料浆的保水性、和易性及屈服应力，形成的充填体强度高、结构致密，而在满足强度需求的条件下，减小水泥单耗，降低充填成本。

该方法包括步骤如下：

S1：将纳米纤维素干粉与羧甲基纤维素钠(CMC)粉体在搅拌仓中混合，通过机械搅拌均匀，并同时进行紫外光照射处理；

S2：S1中混合均匀后的混合料经搅拌仓底部转载至皮带运输机上，向给料器运输，皮带运输机两侧间隔1m～2m均匀放置紫外光发生设备进行紫外光照射；

S3：皮带运输机将混合料送至给料器后，逐次向充填料浆搅拌仓中添加，添加过程中保持高速搅拌，保证搅拌均匀；搅拌均匀后，将充填料浆通过管道泵送输送至井下采空区充填施工。

其中，S1中纳米纤维素干粉为经酸解法、氧化法或高压均质法等手段制备的纤维素纳米纤维(CNF)或纳米纤维素晶(CNC)，粒径范围为30～100nm。

S1中纳米纤维素干粉用量为S3中充填料浆中水泥质量的0.01％～1％。

S1中羧甲基纤维素钠粉体用量为S3中充填料浆中水泥质量的0.2％～1％。

S1中搅拌仓机械搅拌采用磁力搅拌器或顶置式搅拌器，搅拌速率为50～100r/min，连续搅拌时间1～2h。

紫外光采用高压汞灯产生，汞蒸气压力为105～106kPa，波长300～400nm，持续照射。