[发明专利]一种用于固碳与封堵井下裂隙的全固废韧性材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于固碳与封堵井下裂隙的全固废韧性材料及其制备方法，该全固废韧性材料由以下重量百分比的原料制成：胶凝组分47~65%、增韧组分3~10%，其余为水；其中胶凝组分由脱硫石膏、粉煤灰、电石渣、钢屑废料制得，增韧组分由废橡胶颗粒、钢渣、煤矸石粉和水制得。先将胶凝组分加入水中，常温下搅匀，再加入增韧组分搅拌均匀，最后通入CO₂常温常压下搅拌反应即得。本发明的全固废韧性材料不使用水泥，固废利用率高、绿色环保、成本低廉，具有很强的CO₂吸附与固碳特性，以及优异的韧性抗断裂及弹性变形特性，能抵消矿压等外力作用导致的材料变形破坏、裂隙二次漏风等题，实现CO₂的永久封存以及对漏风裂隙的持久封堵。

技术领域

本发明涉及堵漏材料技术领域，具体涉及一种用于固碳与封堵井下裂隙的全固废韧性材料及其制备方法。

背景技术

为了提高煤炭资源的采出率，我国矿井推行窄煤柱沿空掘巷布置方式，受采掘扰动的影响，煤矿井下采空区煤柱和密闭墙原始平衡状态被破坏，发生变形、片帮甚至垮落，煤岩体内部裂隙发育形成了漏风通道，为煤自燃提供了供氧条件，增加煤自燃发火危险性。

为解决这一问题，煤矿井下通常采用水泥基堵漏材料对漏风裂隙进行封堵，以此达到减小漏风、防治煤自燃的目的。利用水泥基堵漏材料对井下裂隙进行封堵时，一方面会需要消耗大量的水泥，导致封堵裂隙的成本较高；另一方面，水泥基堵漏材料的脆性大、抗变形能力差，导致在矿压作用下极易产生新的裂隙、形成二次漏风通道，无法满足煤矿井下裂隙长效封堵的需求。

CN103396075A、CN106986597A、CN113248228A分别公开了井下堵漏风材料配方及制备方法，通过在水泥体系中添加粉煤灰、膨润土、石膏等物质降低材料的水泥用量，但上述专利涉及的材料仍是以水泥为主要原料，无法解决水泥基材料受压后易破碎开裂的问题，无法消除矿压等外力的干扰，不能实现对井下漏风裂隙的长效封堵。另外，由于水泥等原材料生成过程中CO₂排放量大、不环保，且材料配方中含有脂肪醇聚氧乙烯醚、纤维素等有机物质，在煤矿井下高温高湿环境下易热分解释放出有毒有害物质。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于固碳与封堵井下裂隙的全固废韧性材料，该材料的原料以固废为主，成本低，不使用水泥等高碳排放原料，具有绿色环保、韧性强、持久封堵裂隙、能够永久固定封存CO₂等优点，实现对煤矿井下漏风裂隙的长效封堵，最终实现对矿井煤炭自燃的高效持久防治。

本发明的另一目的是提供上述用于固碳与封堵井下裂隙的全固废韧性材料的制备方法，整个制备过程既不添加任何强酸、强碱等有害物质，也未使用高温、高压等苛刻环境条件，适合工业化生产。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种用于固碳与封堵井下裂隙的全固废韧性材料，由以下重量百分比的原料制成：胶凝组分47~65%、增韧组分3~10%，其余为水；所述的胶凝组分由脱硫石膏、粉煤灰、电石渣、钢屑废料按60~68：20~25：5~10：2~5的重量比，经物理共混制得；所述的增韧组分由废橡胶颗粒、钢渣、煤矸石粉、水按10~12、4~5、1~2、1~3的重量比，经气雾润湿、物理干混、静置水化和冷冻干燥后制得。

优选的，所述的胶凝组分的制备过程如下：

1.1）按比例分别称取脱硫石膏、粉煤灰、电石渣，球磨混合均匀，得到混合胶凝粉体；

1.2）按比例将钢屑废料加入到上述混合胶凝粉体中，利用三维混合机混合均匀，得到胶凝组分。

优选的，所述的增韧组分的制备过程如下：

2.1）按比例分别称取废橡胶颗粒和水，将水雾化后充分润湿废橡胶颗粒，得到橡胶湿颗粒；

2.2）按比例分别称取钢渣和煤矸石粉，加入上述橡胶湿颗粒中，在常温下利用三维混合机混合，将钢渣和煤矸石粉充分粘附在橡胶湿颗粒上，静置24h后得到水化后的增韧组分；