[发明专利]具有可调凝高流态高稳定性的沿空留巷巷旁充填材料及其制备方法

说明书

本发明涉及矿井巷道工程支护技术领域，尤其是具有可调凝高流态高稳定性的沿空留巷巷旁充填材料及其制备方法，经过对胶凝料、泵送料、复合助剂原料成分以及用量的恰当的控制，使胶凝料、泵送料、复合助剂与水分别混合而得的胶凝中间料具有长时不凝、泵送中间料具有可泵性能好，备用工时长的特点，并在混合充填后在30min内凝固，在2h内达到1.2MPa以上、24h后达到4.0MPa以上，最终达到6.0～15.0MPa以上的抗压强度；在达到良好的充填支护性能的同时，大幅度降低施工难度和工人劳动强度，并可实现煤矸石、工业副产品石膏等工业固废的综合利用。

技术领域

本发明涉及矿井巷道工程支护技术领域，尤其是具有可调凝高流态高稳定性的沿空留巷巷旁充填材料及其制备方法。

背景技术

沿空留巷是指采矿工作面回采期间，通过沿采空区边缘保留、维护原回采巷道，将其继续作为相邻工作面回采巷道的矿山开采技术，是无矿柱开采最为常见的采矿方式，在我国得到了推广应用。沿空留巷开采技术能够有效减少巷道掘进量，减少护巷矿柱的损失，增加资源回收率。对于煤矿开采时，能够解决上隅角瓦斯积聚问题，避免出现自然起火，同时，还能够提升煤炭资源采出率，延长矿井的服务年限，有利于煤矿井安全生产的重大护巷，实现煤矿山的往复式开采。因此，沿空留巷巷旁充填接顶效果和充填体支护成为了维持巷道稳定的关键。

目前，沿空留巷巷道充填支护主要是采用水泥砌块充填、高水材料充填等。水泥砌块充填具有强度高，但存在施工难度大，劳动力消耗大、效率低等技术难题；高水材料充填具有效率高，但存在充填强度低，材料稳定性差等问题。

基于此，现有技术中出现了关于沿空留巷巷道充填材料的相关研究，例如：专利申请号为202110328722.X的镁-煤渣基新型铺路和矿用充填材料及其制备方法，公开了为解决煤化工和炼镁两大支柱行业的固废处置问题，实现固废再生利用，采用了镁-煤渣基胶凝材料，利用煤渣作为基础原料，添加粉煤灰、煤气化渣制备而成，再辅以建筑垃圾、煤矸石、风积沙、炉渣和脱硫石膏等骨料，并添加缓凝剂、减水剂、早强剂和减阻剂制备成铺货与矿用充填材料，达到替代水泥而降低成本的目的。

再例如：专利申请号为202110950968.0的用改性工业石膏固化赤泥的沿空留巷巷旁充填支护材料及制备方法，采用赤泥、改性工业石膏、复合助剂作为原料，将赤泥打散破碎至3mm以下，将复合助剂、改性工业石膏与打散破碎后的赤泥进行预混得到固体混合料，将水与固体混合料进行混合并强力搅拌，得到充填膏体料浆，将膏体料浆输送充填，实现充填后1h内实现初凝，7天抗压强度＞12MPa，28天抗压强度＞15MPa。

再例如：专利申请号为202110749076.4的巷旁充填材料，利用低成本多组元固废协同制备膏体类巷旁充填材料，将物料以“一锅法”的方式充分混合，使得充填效率提高，避免了多管道运输和多设备搅拌，且利用了大宗固废资源(如粉煤灰、赤泥、粒化高炉矿渣、电解锰渣、稻壳灰、冶炼废渣或煤矸石等)，以达到固废资源化充分利用的目的。经更加合理的水灰比条件下，满足了施工工艺和充填性能，又具备了凝结时间短，早期强度高等特性。

可见，现有技术对于沿空留巷巷道充填材料已经作出了相应的研究。然而，这些技术所针对的技术问题主要集中在：

水泥基砌块充填存在劳动强度大、施工效率低的问题；水泥基流态充填材料存在现场施工凝固速度慢的问题；高水充填材料存在易泌水离析堵塞泵管带来的工作效率问题；

基于此，本研究者在硫铝酸盐基早强快硬胶凝材料的基础上结合复合硼酸钙包覆调凝机理、硫铝酸盐—石膏微膨胀机理、自密实混凝土工作性能控制技术、高性能混凝土力学性能控制技术、充填体纤维增韧技术等技术的特点，集成开发的一种具有易泵送、抗泌水离析性能好、凝结时间可调控、制品微膨胀、抗劈压性能优异、目标强度现场可调控的用于沿空留巷巷旁充填材料的一种新材料。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供具有可调凝高流态高稳定性的沿空留巷巷旁充填材料及其制备方法。