【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于矿山充填开采，具体涉及一种矿用低泌水自强化固废充填材料、制备方法及应用。
技术介绍
1、煤炭开采过程中产生大量地下采空区，易导致地表裂缝、塌陷等地质灾害出现，并且也会产生大量煤矸石等废弃物。据统计，我国煤矸石堆存量已超70亿吨，且在自然环境下煤矸石易风化崩解，长期堆存可对环境产生不利影响。
2、随着矿山安全环保要求不断提升，能够有效减少煤矿开采导致的地质灾害、保护生态环境的胶结充填技术在煤矿开采领域的应用愈加广泛。煤矿胶结充填中，多以煤矸石为骨料、水泥为胶凝材料混合水制备充填料浆。风化煤矸石易于破碎、耗能少，但其破碎后颗粒级配存在缺陷，易出现料浆离析现象，且水泥用量大、泌水率高、充填体抗沉缩性能差，影响井下生产效率和矿山低碳发展。目前，充填开采领域针对煤矸石、粉煤灰、矿渣等固废材料的利用开展了相关工作，但在充填料浆低泌水、自强化、抗沉缩等多功能协同方面仍存在不足。因此，如何充分利用风化煤矸石、粉煤灰、矿渣等大宗固废材料，实现多组分协同作用，制备结构稳定性强、充填效果好、具有抗沉缩性能的充填料浆，是亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种矿用低泌水自强化固废充填材料、制备方法及应用，这种矿用低泌水自强化固废充填材料以固废为主要原料，利用不同材料组分之间的协同作用，具有料浆结构稳定、泌水率低、接顶率高、抗沉缩性能好的优点，适用于矿山井下充填。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予
3、一种矿用低泌水自强化固废充填材料，以重量份数计包括以下原料组分：风化煤矸石340～480份、水泥20～25份、粉煤灰30～40份、矿渣粉30～40份、硅酸钠0.3～0.7份、生石灰5～7份、氧化镁3～5份、吸水树脂0.05～0.1份、纤维0.2～0.4份和水160～245份。
4、本专利技术还具有如下技术特征：
5、具体的，所述风化煤矸石中sio2含量为55～60wt％，al2o3含量为20～25wt％，fe2o3含量为5～9wt％，so3含量为3～6wt％。
6、更进一步的，所述粉煤灰中sio2含量为40～45wt％，al2o3含量为36～42wt％；所述矿渣粉中cao含量为38.0～42.0wt％，sio2含量为27.0～32.0wt％，al2o3含量为15.0～18.0wt％，mgo含量为5.0～10wt％；所述生石灰中cao含量大于90.0wt％。
7、更进一步的，所述吸水树脂选自聚丙烯酸系高分子吸水树脂、纤维素基高吸水树脂和聚丙烯酰胺类高吸水树脂中的一种或几种。
8、更进一步的，所述纤维选自聚丙烯纤维或玄武岩纤维中的一种，且所述纤维直径为15～35μm、长度为6～20mm。
9、更进一步的，所述风化煤矸石粒径≤20mm；所述吸水树脂粒径为10～20μm。
10、更进一步的，所述矿用低泌水自强化固废充填材料的塌落度为24～27cm，泌水率＜1％，3天抗压强度为1～2mpa，28天抗压强度为3～6mpa，干燥收缩为-20～0mm/m。
11、本专利技术还保护一种矿用低泌水自强化固废充填材料的制备方法，包括以下步骤：
12、步骤1、对风化煤矸石进行筛分，以粒径大于150μm的风化煤矸石作为煤矸石骨料、以粒径小于150μm的风化煤矸石作为煤矸石粉料；
13、步骤2、对煤矸石粉料进行活化，得到活性煤矸石粉；
14、步骤3、取配方量的煤矸石骨料、活性煤矸石粉、粉煤灰和矿渣粉混合搅拌均匀，得到充填干料a；
15、步骤4、取配方量的水泥、生石灰、吸水树脂、氧化镁和纤维混合搅拌均匀，得到充填干料b；
16、步骤5、将配方量的硅酸钠和水混合得到硅酸钠水溶液；
17、步骤6、将充填干料a、充填干料b和硅酸钠水溶液混合，即得；
18、其中，所述矿用低泌水自强化固废充填材料以重量份数计包括以下原料组分：风化煤矸石340～480份、水泥20～25份、粉煤灰30～40份、矿渣粉30～40份、硅酸钠0.3～0.7份、生石灰5～7份、氧化镁3～5份、吸水树脂0.05～0.1份、纤维0.2～0.4份和水160～245份。
19、本专利技术还保护上述矿用低泌水自强化固废充填材料用于充填开采的应用；或上述矿用低泌水自强化固废充填材料的制备方法制得的矿用低泌水自强化固废充填材料用于充填开采的应用。
20、本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：
21、(1)本专利技术提供的充填材料具有结构稳定、泌水率低的优点，以吸水树脂作为调节剂，能够有效降低拌和初期料浆内颗粒间自由水分布，降低料浆的泌水，且随着水化反应的进行，吸水树脂能够逐渐释放水分用于充填体内部胶凝材料的后期水化，实现充填材料体系水分的自控；通过添加纤维在充填料浆内部建立基体骨架，结合胶凝材料的水化作用在充填体内部形成网络，以阻滞充填体发生损伤后的裂纹扩展。
22、(2)本专利技术的制备方法所用的主要固体原料均为固废材料，利用多种固废的特性、基于多组分添加剂的功能协同，达到充填材料结构稳定、泌水率低、固化过程自强化等目标，可以有效节约矿山充填生产成本，实现矿业领域大宗固废的资源化处置，降低矿区地质灾害和环境污染风险，减少生态治理成本，为矿山创造经济效益的同时也促进矿业绿色低碳发展。
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1.一种矿用低泌水自强化固废充填材料，其特征在于，以重量份数计包括以下原料组分：风化煤矸石340～480份、水泥20～25份、粉煤灰30～40份、矿渣粉30～40份、硅酸钠0.3～0.7份、生石灰5～7份、氧化镁3～5份、吸水树脂0.05～0.1份、纤维0.2～0.4份和水160～245份。
2.如权利要求1所述的矿用低泌水自强化固废充填材料，其特征在于，所述风化煤矸石中SiO2含量为55～60wt％，Al2O3含量为20～25wt％，Fe2O3含量为5～9wt％，SO3含量为3～6wt％。
3.如权利要求1所述的矿用低泌水自强化固废充填材料，其特征在于，所述粉煤灰中SiO2含量为40～45wt％，Al2O3含量为36～42wt％；所述矿渣粉中CaO含量为38.0～42.0wt％，SiO2含量为27.0～32.0wt％，Al2O3含量为15.0～18.0wt％，MgO含量为5.0～10wt％；所述生石灰中CaO含量大于90.0wt％。
4.如权利要求1所述的矿用低泌水自强化固废充填材料，其特征在于，所述吸水树脂选自聚丙烯酸系高分子吸水树脂、纤维
5.如权利要求1所述的矿用低泌水自强化固废充填材料，其特征在于，所述纤维选自聚丙烯纤维或玄武岩纤维中的一种，且所述纤维直径为15～35μm、长度为6～20mm。
6.如权利要求1所述的矿用低泌水自强化固废充填材料，其特征在于，所述风化煤矸石粒径≤20mm；所述吸水树脂粒径为10～20μm。
7.如权利要求1所述的矿用低泌水自强化固废充填材料，其特征在于，所述矿用低泌水自强化固废充填材料的塌落度为24～27cm，泌水率＜1％，3天抗压强度为1～2MPa，28天抗压强度为3～6MPa，干燥收缩-20～0mm/m。
8.一种矿用低泌水自强化固废充填材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.如权利要求1～7中任一项所述的矿用低泌水自强化固废充填材料用于充填开采的应用；或如权利要求8所述的矿用低泌水自强化固废充填材料的制备方法制得的矿用低泌水自强化固废充填材料用于充填开采的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种矿用低泌水自强化固废充填材料，其特征在于，以重量份数计包括以下原料组分：风化煤矸石340～480份、水泥20～25份、粉煤灰30～40份、矿渣粉30～40份、硅酸钠0.3～0.7份、生石灰5～7份、氧化镁3～5份、吸水树脂0.05～0.1份、纤维0.2～0.4份和水160～245份。
2.如权利要求1所述的矿用低泌水自强化固废充填材料，其特征在于，所述风化煤矸石中sio2含量为55～60wt％，al2o3含量为20～25wt％，fe2o3含量为5～9wt％，so3含量为3～6wt％。
3.如权利要求1所述的矿用低泌水自强化固废充填材料，其特征在于，所述粉煤灰中sio2含量为40～45wt％，al2o3含量为36～42wt％；所述矿渣粉中cao含量为38.0～42.0wt％，sio2含量为27.0～32.0wt％，al2o3含量为15.0～18.0wt％，mgo含量为5.0～10wt％；所述生石灰中cao含量大于90.0wt％。
4.如权利要求1所述的矿用低泌水自强化固废充填材料，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈崇枫，孙四清，贾立龙，张跃宏，武博强，朱世彬，许晨，辛欣，
申请(专利权)人：中煤科工西安研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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