一种基于煤矸石的无机注浆料及其制备方法和应用技术

本申请涉及注浆材料的技术领域，具体公开了一种基于煤矸石的无机注浆料及其制备方法和应用，所述无机注浆料包括以下重量份数的原料：煤矸石35

【技术实现步骤摘要】
一种基于煤矸石的无机注浆料及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及注浆材料的
，具体涉及一种基于煤矸石的无机注浆料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]煤矿开采过程中经过洗煤及选煤等流程后会产生大量的固体废弃物，如煤矸石等固体废弃物处理起来浪费人力物力给煤矿生产带来较大经济压力，而煤矸石等废弃物的大量堆积不仅严重浪费了土地资源，并且煤矸石的暴露与空气与水接触发生反应将带来二次污染甚至爆炸等灾害，带来巨大的安全隐患。
[0003]近些年煤炭资源的不断采掘使得浅层煤炭基本消耗一空，深部复杂地质条件下的开采不仅对技术装备条件的要求较高，并且给采空区的处理带来更大的挑战。采掘完成后形成采空区，由于失去了原始煤层的支撑作用，顶板将在上覆岩层压力的作用下垮落并且危及地表，造成地表沉陷并带来水土流失、房屋倒塌等地质灾害问题，严重影响国民的生命与安全生产，解决采空区治理带来的地质环境问题刻不容缓。
[0004]为控制和减轻地表塌陷，目前采取的主要技术途径有部分开采、覆岩离层带注浆和充填开采等。其中，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。
[0005]目前市面上常见的煤矿用填充材料分为三种，第一种是水泥或在水泥中掺加外加剂制成料浆，但其存在可溶性差、凝结时间长、控制困难等问题；第二种以水玻璃和水泥作为主料，进行双液注入，此种方法比水泥可溶性好，凝结时间段易控制，但结石强度低、工艺要求高；第三种为树脂型材料，结石强度高、膨胀率高，但其易燃、不稳定、机械化程度低。

技术实现思路

[0006]为了充分利用煤矸石，同时有效控制地表塌陷带来的地质灾害问题，本申请提供一种基于煤矸石的无机注浆料及其制备方法和应用，本申请的无机注浆料具备结构强度高，可注性好，稳定性好，不离析，不沁水，流动性好，成本低，高利废率的优点。
[0007]第一方面，本申请提供一种基于煤矸石的无机注浆料及其制备方法和应用，采用如下的技术方案：一种基于煤矸石的无机注浆料，包括以下重量份数的原料：煤矸石35
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45份，钢渣4
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6份，气化炉渣10
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20份，复合激发剂5
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10份，水泥10
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20份，石膏1
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4份，矾土2
‑
6份；其中，所述复合激发剂为硅酸钠、硫酸钠、碳酸钠、氢氧化钠按照1
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3:1
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4:1
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3:1
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4的重量比配置而成。
[0008]煤矸石中的矿物成分主要由高岭土、石英、蒙脱石、长石、伊利石、石灰石、硫化铁、氧化铝组成；煤矸石中的化合物主要由SiO2、Al2O3、K2O、Fe2O3、CaO、MgO、SO3、P
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等氧化物组
成，煤矸石中SiO2的含量介于40％～70％之间，Al2O3的含量介于15％～30％之间。钢渣是由生铁中的硅、锰、磷、硫等杂质在熔炼过程中氧化而成的各种氧化物以及这些氧化物与溶剂反应生成的盐类所组成。钢渣的主要化学成分为CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、 MgO和少量f
‑
CaO、MnO、FeO、P2O5及金属Fe，其成分与水泥相似。而气化炉渣的主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO。本申请通过复合激发剂对煤矸石、钢渣和气化炉渣进行活化，其中复合激发剂中的硅酸钠、硫酸钠、碳酸钠、氢氧化钠之间的复配形成碱性环境，使得气化炉渣中的活性玻璃体、钢渣和煤矸石中的SiO2和Al2O3等活性成分浸出，形成具有胶凝作用的注浆材料，相比水泥材料造价更低，且材料来源广泛；同时上述复合激发剂能够使得煤矸石颗粒溶解和重聚，对气化炉渣
‑
钢渣
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煤矸石体系的注浆料的强度形成具有促进作用；而且上述复合激发剂能够促使煤矸石、气化炉渣以及钢渣中的Si
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O、Al
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O键在水化反应中快速断裂，从而大大提高了煤矸石、气化炉渣以及钢渣的活性，在复合激发剂的激发下，硅酸盐单体和铝酸盐单体从颗粒表面溶解扩散到溶液中去，扩散反应降低了硅铝酸盐单体的浓度，促使溶解反应继续，溶液中的硅酸盐和铝酸盐发生重聚反应，形成不同聚合程度的铝硅酸盐凝胶，主要结构有Si
‑
O
‑
Si和Al
‑
O
‑
Si两种，即本申请主要利用地质聚合物反应机理，生成由 AlO4和SiO4四面体结构单元组成三维立体网状结构的无机聚合物，该地质聚合物提高注浆材料的强度，该类注浆材料耐久性也得到了提高。另外，煤矸石中的伊利石、高岭土等粘土矿物，可防止注浆料沉淀，提高悬浮性，降低析水率，提高注浆料的抗渗性能。
[0009]优选的，所述钢渣为压碎值小于5％同时游离氧化钙含量小于3％的钢渣。
[0010]优选的，所述水泥为超细水泥。
[0011]优选的，所述石膏为二水石膏。
[0012]在一些具体的实施方式中，所述复合激发剂中硅酸钠、硫酸钠、碳酸钠、氢氧化钠的重量比可以为(2
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3:1
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4:1
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3:1
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4)、(1
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3:2
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4:1
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3:1
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4)、(1
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3:3
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4:1
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3:1
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4)、(1
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3:1
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4:2
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3:1
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4)、 (1
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3:1
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4:1
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3:2
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4)、(1
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3:1
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4:1
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3:3
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4)、(2
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3:2
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4:1
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3:1
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4)、(2
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3:3
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4:1
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3:1
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4)、(2
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3:2
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4:2
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3:1
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4)、 (2
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3:2
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4:2
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3:2
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4)、(2
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3:2
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4:2
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3:3
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4)。
[0013]优选的，所述复合激发剂为硅酸钠、硫酸钠、碳酸钠、氢氧化钠按照2
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于煤矸石的无机注浆料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：煤矸石35
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45份，钢渣4
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6份，气化炉渣10
‑
20份，复合激发剂5
‑
10份，水泥10
‑
20份，石膏1
‑
4份，矾土2
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6份；其中，所述复合激发剂为硅酸钠、硫酸钠、碳酸钠、氢氧化钠按照1
‑
3:1
‑
4:1
‑
3:1
‑
4的重量比配置而成。2.根据权利要求1所述的基于煤矸石的无机注浆料，其特征在于：所述复合激发剂为硅酸钠、硫酸钠、碳酸钠、氢氧化钠按照2
‑
3:3
‑
4:2
‑
3:2
‑
4的重量比配置而成。3.根据权利要求2所述的基于煤矸石的无机注浆料，其特征在于：所述复合激发剂为硅酸钠、硫酸钠、碳酸钠、氢氧化钠按照3:4:3:2的重量比配置而成。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的基于煤矸石的无机注浆料，其特征在于：所述煤矸石的比表面积≥400m2/kg，SiO2和Al2O3总质量份数≥70％。5.根据权利要求4所述的基于煤矸石的无机注浆料，其特征在于：所述煤矸石采用如下方法制备：煤矸石经过破碎后进行筛分处理，随后筛分出煤矸石中的煤，将煤矸石中的含煤量...

【专利技术属性】
技术研发人员：李豪，戴诗媛，文俊强，
申请(专利权)人：北京驻地新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：