一种煤矸石基矿山充填材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种掺有煤矸石与矿渣的充填体。该充填体的材料为煤矸石粉70％

【技术实现步骤摘要】
一种煤矸石基矿山充填材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及充填材料
，尤其涉及一种自燃煤矸石制备充填材料配比方法。

技术介绍

[0002]煤炭是世界上储量最多、分布最广的常规能源，也是及其重要的战略资源，煤炭的开采形成了较多的采空区，引起地面沉降等问题，给人民群众的日常生活以及矿山企业的正常生产带来了严重影响；矿业和工业的生产过程中了大量的固体废弃物，如煤矸石、矿渣等；固废的堆存带来了严重的生态环境危机，通过矿山充填将固体废弃物充填入采空区，不仅能解决固废堆存带来的环境污染问题，还能有效维护采场稳定以及消除采空区带来的地质灾害等问题，故而提出了一种以自燃煤矸石与矿渣两种固体废弃物制备充填材料配比方法来解决上述提出的问题。
[0003]煤矸石是煤炭资源的主要伴生废物之一，约占煤炭产量的15％
‑
20％，自燃煤矸石是在自然环境中堆存自燃过后的矸石，主要成分为Al2O3与SiO2，常用作混凝土轻集料；矿渣是高温炼铁过程中产生的一种工业副产品，主要成分为CaO、SiO2和Al2O3，常用作水泥掺合料；煤矸石以及矿渣均为产量大且对环境有危害的固体废弃物，在制备充填体方面相关研究逐渐增多，研究发现，使用这两材料制备充填体具有良好的性能，能较好满足充填的强度及流动性要求。
[0004]随着我国煤炭工业的快速发展，充填采矿工艺也在逐步推广应用，然而目前充填胶凝材料以硅酸盐水泥为主，以破碎后的煤矸石充当骨料，不仅成本高，而且性能不稳定；因此，急需开发一种新型胶凝材料来解决现存的问题，选用煤矸石、矿渣制备胶凝材料可以充分利用排放到自然环境中的固废，既解决了矸石堆存的问题，又降低了充填采矿工艺的成本，实现了煤炭工业的绿色持续发展。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：针对现有技术中的不足，本专利技术的目的在于提供一种煤矸石基矿山充填材料的制备方法，本专利技术是对固废的充分利用，解决采空区地面沉陷问题。
[0006]技术方案：本专利技术需要对煤矸石磨细处理。
[0007]煤矸石基矿山充填材料制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)首先将煤矸石进行破碎，使破碎后的粒径分布在0
‑
13.2mm的范围，其中，粒径范围在4.75
‑
13.2mm内的煤矸石作为粗骨料，粒径范围小于4.75mm的煤矸石作为细骨料，备用；所述煤矸石为自燃煤矸石，其化学成分为SiO2：33％
‑
55％、Al2O3：13％
‑
20％，SiO2、Al2O3为含胶凝活性的物质，且不含放射性元素。
[0009](2)将步骤(1)中的部分细骨料在球磨机中粉磨30min
‑
35min，并用270目、300目标准筛进行筛分，得到粒径小于300目的煤矸石粉末；
[0010](3)将矿渣与步骤(2)中的煤矸石粉末混合并搅拌2min
‑
3min，搅拌均匀后得到所
述胶凝材料，其中煤矸石粉末与矿渣的质量配比为：煤矸石粉末：70％
‑
100％；矿渣：0
‑
30％；(4)取步骤(1)中粗、细粒径煤矸石与步骤(3)中的胶凝材料混合并搅拌3min
‑
5min，其中骨料与胶凝材料的质量配比为：3
‑
5，细粒径煤矸石与粗粒径煤矸石的质量配比为：1
‑
2.3:1；
[0011](5)取化学激发剂加入水中搅拌均匀制成激发溶液，其中所述化学激发剂为NaOH，激发剂与胶凝材料质量配比为：2
‑
6：100，质量浓度变化范围为：81％
‑
83％；
[0012](6)取步骤(4)中混合均匀后的材料与步骤(5)中的激发溶液混合搅拌均匀制成矿山胶结充填材料；
[0013]进一步地，所述步骤(3)中的矿渣为S95级矿渣。
[0014]进一步地，所述步骤(5)中的化学激发剂为市售NaOH分析纯固体颗粒。
[0015]本专利技术的有益效果：(1)利用本专利技术配方制备的煤矸石基胶结充填材料工艺简单，实现了固废的利用，并且降低了煤矿企业充填开采的成本，获得了具有良好力学性能的充填材料，有利于充填开采技术的发展。
[0016](2)本专利技术解决了煤矸石的堆存所带来的的环境污染等问题，实现了煤矸石的规模化利用，为煤矸石资源化利用提供了新的途径，符合可持续发展的理念。
[0017](3)本专利技术通过调节复合活化后的煤矸石粉、矿渣、粗骨料与细骨料的比例，可以获得符合不同工况下的充填材料，无水泥掺入，有效提高了固体废弃物的资源利用率，起到了绿色环保的作用。
附图说明
[0018]图1为本专利技术煤矸石基矿山充填材料制备工艺图，图2为本专利技术煤矸石基矿山充填材料部分实施例1
‑
3的各龄期抗压强度折线图。
具体实施方式
[0019]下面结合本专利技术的实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0020]实施例1：(1)首先将大块煤矸石用颚式破碎机破碎并进行筛分，使筛分后的煤矸石粒径分布在0
‑
13.2mm的范围，其中，粒径范围在4.75
‑
13.2mm内的煤矸石作为粗骨料，粒径范围小于4.75mm的煤矸石作为细骨料；所述煤矸石有效化学成分为：SiO2：55.19％、Al2O3：13.64％。
[0021](2)称量步骤(1)中的细骨料7kg，放在球磨机中粉磨30min，之后用270目、300目标准筛进行筛分，得到粒径小于300目的煤矸石粉末备用；
[0022](3)称量3kg矿渣与步骤(2)中的煤矸石粉末混合并搅拌2min，充分混合后得到所述胶凝材料。(4)称量步骤(1)中粗粒径煤矸石12kg、细粒径煤矸石18kg与步骤(3)中的胶凝材料混合并搅拌3min使之混合均匀。
[0023](5)称量化学激发剂0.6kg加入8.9kg水中搅拌均匀制成激发溶液。
[0024](6)取步骤(4)中混合均匀后的材料与步骤(5)中的激发溶液混合搅拌均匀制成矿山胶结充填材料，进行坍落度、抗压强度的测试。
[0025]表1
[0026]实施例2：(1)首先将大块煤矸石用颚式破碎机破碎并进行筛分，使筛分后的煤矸石粒径分布在0
‑
13.2mm的范围，其中，粒径范围在4.75
‑
13.2mm内的煤矸石作为粗骨料，粒径范围小于4.75mm的煤矸石作为细骨料；所述煤矸石有效化学成分为：SiO2：55.19％、Al2O3：13.64％。
[0027](2)称量步骤(1)中的细骨料8.5kg，放在球磨机中粉磨30min，之后用270目、300目标准筛进行筛分，得到粒径小于300目的煤矸石粉末备用；
[0028](3)称量1.5kg矿渣与步骤(2)中的煤矸石粉末混合并搅拌2min，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矸石基矿山充填材料及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)首先将大块煤矸石进行破碎，使破碎后的粒径分布在0
‑
13.2mm的范围，其中，粒径范围在4.75
‑
13.2mm内的煤矸石作为粗骨料，粒径范围小于4.75mm的煤矸石作为细骨料，备用；(2)将步骤(1)中的部分细骨料在球磨机中粉磨30min
‑
35min，并用270目、300目标准筛进行筛分，得到粒径小于300目的煤矸石粉末；(3)将矿渣与步骤(2)中的煤矸石粉末混合并搅拌2min
‑
3min，搅拌均匀后得到所述胶凝材料，其中煤矸石粉末与矿渣的质量配比为：煤矸石粉末：70％
‑
100％；矿渣：0
‑
30％；(4)取步骤(1)中粗、细粒径煤矸石与步骤(3)中的胶凝材料混合并搅拌3min
‑
5min，其中骨料与胶凝材料的质量配比为：3
‑
5，细粒径煤矸石与粗粒径煤矸石的质量配比为：1
‑
2.3...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙琦，马瑞峰，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：