一种基于粉煤灰的废弃煤矿填充料制造技术

本发明专利技术涉及煤矿填充料技术领域，具体公开了一种基于粉煤灰的废弃煤矿填充料，煤矿填充料按质量百分比计，包括30％‑40％的粉煤灰、20％‑40％的水泥、10％‑20％的沙子、5％‑10％的石子、10％‑15％的石灰、0.5～1.5kg/m

【技术实现步骤摘要】
一种基于粉煤灰的废弃煤矿填充料
本专利技术涉及煤矿填充料
，特别涉及一种基于粉煤灰的废弃煤矿填充料。
技术介绍
煤炭资源开采是国家能源安全的重要保障，目前我国很多矿井已进入后期煤柱回采，而随着护巷煤柱的开采，井下压力显现严重，因而带来严重的安全问题。研究表明围岩在高应力的条件下会出现流变性的特点，整个过程中出现不等变形，并且底鼓是围岩变形中最常出现的问题。同时在高应力作用下，在煤矿开采中深层地下出现岩爆的可能性增大，而且引起巷道的不等变形，在不断的掘进过程中使断层继续发育，影响巷道的支护。因此瓦斯，突水，巷道变形，以及深部松软破碎围岩巷道的支护等问题是制约煤矿安全开采的重要因素，如何解决问题，已成为目前深部煤炭资源开采中的一项技术难题。注浆法是主要将具有充填胶结性能的材料，利用注浆设备将其注入到地层的裂隙孔隙或孔洞中，增大内摩擦角提高岩体阻力，同时将其中的水分与空气赶走，将原来松散的土粒或破碎岩石裂隙胶结成一个整体，形成一个具有较高强度，防水抗渗性能强和化学稳定性良好的结合体，以达到填充加固或堵水的目的。目前市面上常见的煤矿用填充材料采用多种高分子化合物经过复配加入适量的交联剂、稳定剂和固化剂，在特定条件下反应能预制成块状泡沫体，这样的泡沫体因重量轻、密闭性能好，广泛应用于煤矿和隧道的临时(永久)密闭、煤岩空洞和煤层裂隙的充填、防火墙的构筑、有毒有害气体的封堵和冒顶支护等区域。但由于其主要成分为有机材料，其防腐蚀性能较差，强度也无法承受围岩变形产生的高应力，同时耐火性也无法满足地下煤矿巷道的高要求。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于粉煤灰的废弃煤矿填充料，以解决现有的填充材料防腐蚀性能较差，强度也无法承受围岩变形产生的高应力，同时耐火性也无法满足地下煤矿巷道的高要求的问题。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种基于粉煤灰的废弃煤矿填充料，所述煤矿填充料按质量百分比计，包括30％-40％的粉煤灰、20％-40％的水泥、10％-20％的沙子、5％-10％的石子、10％-15％的石灰、0.5～1.5kg/m3的混杂纤维和3.5％-15％的无机添加剂，所述混杂纤维为钢纤维、玻璃纤维、碳纤维或玄武岩纤维中的两种及以上，不同纤维的长度不同。本技术方案的技术原理和效果在于：1、本方案中的填充料与水形成注浆料，其注浆后1d的强度达到10MPa以上，28d以后达到35MPa以上，模拟腐蚀实验结果显示，抗压强度耐腐蚀系数在28d为1.16，100d之后仍大于1，表明该填充料具有优异的耐腐蚀性，在煤矿巷道酸性腐蚀环境下使用，依然能够保持较好的强度，能够承受围岩变形产生的高应力，满足煤矿巷道支护的需要。2、本方案中由于采用的所有原料均为无机材料，其在煤矿巷道中使用时能够极大提高支护的耐火性能，由于传统的填充料中为高分子有机材料，虽具有一定的阻燃能力，但在火情发生时，有机材料即便不会发生燃烧，但其中含有的有机成分会在高温下产生碳化等多种反应，使得支护的强度下降，且容易剥离，而本方案中的填充料在高温下依然能够保持一定的强度，延长了煤矿巷道支护的使用寿命。3、本方案中在填充料中掺加混杂纤维体现了复合材料设计的思想，大大增加其抗裂性能、韧性及抗渗性，使之更能符合新型建筑材料的要求。采用混杂纤维的优点在于，如果采用单一纤维对填充料进行加强或增韧，始终存在一些难以克服的弊端，如单独选用钢纤维，虽然其强度高，但由于其体积含量受到限制，分散、搅拌困难，且脆性也较大；另外如果单独选用碳纤维，虽然其具备低弹高延性，可提高填充料的韧性，但增强作用不明显，强度无法达到使用要求。因此，通过选用混杂纤维则可以避免以上的问题，既可以提高填充料的强度又能够提高填充料的韧性。采用混杂纤维的另一个优点在于，由于混杂纤维为不同种类不同长度的纤维，因此具有不同的密度，所以在搅拌时其在填充料中的分布情况也是不同的，由于其密度不同，因此其在填充料中的浮力不同，所以在搅拌过程中容易分散，不容易聚集团聚，而且由于混杂纤维的长度不同，有长有短，不容易发生纠缠，因此也不容易团聚在一起。4、本方案中采用粉煤灰作为填充料的基础原料，一方面由于粉煤灰作为煤矿生产的废弃物，具有成本低，来源广泛的优点，实现了废弃物回收再利用，另外以粉煤灰为基础的填充料还具备结合强度高的优点，可以满足地下煤矿巷道工程加固止水的需求，避免永久性巷道支护后存在经常性冒顶、片帮、底鼓等现象，本方案针对粉煤灰为基础开发出新型煤矿巷道注浆料，对地下矿山的安全稳定、采煤安全生产和工人职业健康均具有重要的意义，符合煤炭行业长远发展的需要。另一方面，粉煤灰能够增强填充料的耐腐蚀性与抗硫化的能力，例如粉煤灰中含有大量活性的SiO2和Al2O3，在填充料内部与水泥的水化产物Ca(OH)2等碱性物质发生二次水化反应，生成水化硅酸钙、铝酸钙等胶凝物质，对填充料能起到增强作用，同时这些凝胶物质可以渗入填充料的裂缝中去，将这些缝隙填充，从而阻碍硫化物的渗入，提高耐腐蚀性的效果。进一步，所述砂子为河沙或高强度机制砂，且通过0.5mm的筛网的砂子质量占比为25％～50％，通过0.25mm的筛网的砂子质量占比为25％～50％。有益效果：这种砂子与水和其他填充料拌合在一起时，在泵送时可起润滑作用。原因在于，这样的砂子形成的填充料在粗骨料间起到润滑和类似滚珠的作用，可以减小粗骨料间的摩擦力，所以在一定范围内，随着砂子细度即粒径的增加填充料的流动性增强，但达到一定程度后会砂子细度继续增加会导致填充料浆体的包裹性变差，同时流动性降低，因此保证砂子的细度在一定范围内能够保证浆料良好的流动性，而“通过0.5mm筛网的砂子质量占比为25％～50％，通过0.25mm筛网的砂子质量占比为25％～50％”这样一个配比是专利技术人通过长期摸索得到的填充料注浆的最佳流动性配比。进一步，所述粉煤灰的含煤量低于15％，强度不小于60MPa，最大粒径不超过10mm，且粉煤灰中粒径7mm<Ds<10mm占45％，Ds<7mm占40％。有益效果：采用这样的粒径能够防止堵管发生。进一步，所述石子为二级花岗岩石子，比表面积为290m2/kg，细度为25％，比重为2.0-3.9。有益效果：选用二级花岗岩石子能够进一步增强填充料的强度。进一步，所述石灰为90级，比表面积为220m2/kg，密度为2.6g/cm3。有益效果：选用90级的石灰能够满足注浆料对强度与耐腐蚀性的要求。进一步，所述混杂纤维为1mm～50mm的短切纤维。有益效果：一方面本方案中的填充料用于地下煤矿巷道的支护填充，煤矿巷道通常是比较狭窄的，而采用1mm～50mm的短切纤维，使得巷道表面比较平整光滑，相反若采用平均长度较长的长切纤维，则会使得填充料后表面粗糙，对过往工作人员造成划伤的危险。另一方面，采用长纤维会使得纤维之间的接触点较多，在搅拌混合时不宜分散，容易纠缠成团，会降低纤维对填充料的强化作用。进一步，所述无机添加剂按质量百分比计包括：1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于粉煤灰的废弃煤矿填充料，其特征在于：所述煤矿填充料按质量百分比计，包括30％-40％的粉煤灰、20％-40％的水泥、10％-20％的沙子、5％-10％的石子、10％-15％的石灰、0.5～1.5kg/m

【技术特征摘要】
1.一种基于粉煤灰的废弃煤矿填充料，其特征在于：所述煤矿填充料按质量百分比计，包括30％-40％的粉煤灰、20％-40％的水泥、10％-20％的沙子、5％-10％的石子、10％-15％的石灰、0.5～1.5kg/m3的混杂纤维和3.5％-15％的无机添加剂，所述混杂纤维为钢纤维、玻璃纤维、碳纤维或玄武岩纤维中的两种及以上，不同纤维的长度不同。


2.根据权利要求1所述的一种基于粉煤灰的废弃煤矿填充料，其特征在于：所述砂子为河沙或高强度机制砂，且通过0.5mm的筛网的砂子质量占比为25％～50％，通过0.25mm的筛网的砂子质量占比为25％～50％。


3.根据权利要求1所述的一种基于粉煤灰的废弃煤矿填充料，其特征在于：所述粉煤灰的含煤量低于15％，强度不小于60MPa，最大粒径不超过10mm，且粉煤灰中粒径7mm<Ds<10mm占45％，Ds<7mm占40％。


4.根据权利要求1所述的一种基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯晶，陈琳，利建雨，汪俊，常雅，
申请(专利权)人：陕西拉发纪新材料科技有限公司，昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61