1.本發(fā)明屬于采空區(qū)充填材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種面向大空洞采空區(qū)的全工業(yè)
固廢類充填材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
2.我國作為產(chǎn)煤大國，煤炭開采以井工作業(yè)為主，地下煤礦被開采后形成采空區(qū)，如果不對采空區(qū)進行處理，引起地表沉降，修建的建筑物、水利和交通等工程都將產(chǎn)生變形甚至破壞，且這種變形在較長時間內(nèi)是不斷發(fā)展的。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國采煤沉陷面積已超過2000km2，且仍以每年200km2的面積不斷擴大。
3.對于采空區(qū)的治理，主要以壓力注漿法為主，目前應(yīng)用于采空區(qū)注漿回填的材料主要是水泥漿類材料，這些材料應(yīng)用于采空區(qū)注漿工程時，不同程度地存在析水率高、穩(wěn)定性差和結(jié)石率低等性能缺陷。由于大空洞采空區(qū)填補空間大、深度大、積水多、環(huán)境復(fù)雜，采用傳統(tǒng)注漿材料和工藝所需要的注漿量非常大，工程造價方面難以接受。
4.煤矸石作為一種工業(yè)固體廢棄物，伴隨著煤炭開采而大量堆放形成許多矸石山。煤矸石不但占用儲存空間，還污染大氣和水質(zhì)，對人類的危害極其嚴(yán)重；赤泥是
氧化鋁生產(chǎn)過程產(chǎn)生的固廢，為極細(xì)微的顆粒狀堿性固體廢物，我國每年都會生產(chǎn)大量的氧化鋁，在這個過程中就會產(chǎn)生大量的赤泥固廢，赤泥的堆放需要占用大量的土地，破壞周圍環(huán)境，此外，高堿性的赤泥在雨季易于滲透進入地下水源，污染群眾生產(chǎn)、生活用水。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
5.為解決上述技術(shù)問題，解決大空洞類采空區(qū)充填材料的難題，本發(fā)明提供了一種面向大空洞采空區(qū)的全工業(yè)固廢類充填材料及其制備方法，其特征在于，將高堿性的赤泥與一定摻比的堿激發(fā)劑進行復(fù)配，對粉煤灰的水化活性進行復(fù)合堿激發(fā)，作為材料體系的膠結(jié)漿料，以破碎分檔后的煤矸石作為骨料，根據(jù)充填環(huán)境和工藝性要求摻入一定量外加劑，混合得到全工業(yè)固廢類充填材料。
6.本發(fā)明所述的面向大空洞采空區(qū)的全工業(yè)固廢類充填材料包括粉煤灰、煤矸石、赤泥、水、復(fù)合堿激發(fā)劑，各組分摻量為：粉煤灰224
?
252kg/m3、煤矸石1294.4
?
1456.2kg/m3、赤泥160
?
180kg/m3、水307.2
?
345.6kg/m3、復(fù)合堿激發(fā)劑40
?
45kg/m3。
7.所述煤矸石為采煤或洗煤過程中排放的固體廢物。具體包括洗煤廠的洗矸、煤炭生產(chǎn)中的手選矸、半煤巷和巖巷掘進中排出的煤和巖石、和煤矸石一起堆放的煤系之外的白矸的混合物中的一種幾種。
8.所述粉煤灰級別為等外級以上，來自燃煤電廠煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細(xì)灰。
9.所述赤泥為氧化
鋁工業(yè)堿法處理
鋁土礦后排放的工業(yè)殘渣，包括燒結(jié)法赤泥、拜耳法赤泥、聯(lián)合法赤泥中一種或幾種。所述赤泥的浸出液的ph值大于10。
10.所述的復(fù)合堿激發(fā)劑的制備方法為：將赤泥在105℃下烘干24h，然后進行粉碎、磨細(xì)，要求出料的細(xì)度不大于0.1mm；將硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽中的一種或幾種與磨細(xì)的赤泥，苛性堿，水泥混合調(diào)配得到模數(shù)為0.5
?
1.5的復(fù)合堿激發(fā)劑。
11.所述充填材料還包括促凝劑、增稠劑、減水劑中的一種或幾種。
12.所述促凝劑為氯鹽、硫酸鹽、硝酸鹽中的一種或幾種。促凝劑在環(huán)境溫度5℃以下時使用，摻量為赤泥和粉煤灰總質(zhì)量的1
?
2％。
13.所述增稠劑為無機增稠劑(膨潤土)、纖維素類增稠劑(甲基纖維素、羥乙基纖維素)、聚丙烯酸類增稠劑中的一種或幾種。在采空區(qū)下方有流動水或者大水量時使用，摻量為赤泥和粉煤灰總質(zhì)量的0.05
‰?
0.1
‰
。
14.所述減水劑為脂肪族高效減水劑、氨基高效減水劑、聚羧酸高效減水劑中的一種或幾種。在保證充填材料強度和施工和易性的前提下減少水的用量時使用，摻量為赤泥和粉煤灰總質(zhì)量的0.5
‰?
1.5
‰
。
15.本發(fā)明所述的面向大空洞采空區(qū)的全工業(yè)固廢類充填材料的制備方法為：
16.步驟一：將煤矸石經(jīng)顎式
破碎機或圓錐破碎機破碎，經(jīng)
振動篩篩分，按照4.75mm以下、4.75
?
9.5mm、9.5
?
16mm進行分檔，備用；粒徑大于16mm的煤矸石進行重新破碎；
17.步驟二：將步驟一中得到的煤矸石、復(fù)合堿激發(fā)劑與粉煤灰、赤泥、水按照配比進行攪拌混合，攪拌時間大于120s。
18.與現(xiàn)有的采空區(qū)注漿回填材料技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
19.(1)本發(fā)明制備的基于煤矸石等工業(yè)固廢的充填材料，穩(wěn)定性好，結(jié)實率高，可以大量消化煤矸石、粉煤灰、赤泥等工業(yè)固體廢棄物，工程造價大幅降低，適用于大空洞采空區(qū)的處治回填；
20.(2)本發(fā)明制備的處治回填材料，能大量消化煤矸石、赤泥和粉煤灰，有效降低了煤矸石等固廢因大量堆積對環(huán)境的種種污染；
21.(3)節(jié)約水泥和砂石等資源，有效緩解水泥生產(chǎn)帶來的高能耗、高污染問題，有利于保護環(huán)境，達(dá)到降本增效，節(jié)能環(huán)保，節(jié)約土地資源的效果。
22.(4)
具體實施方式
23.下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行進一步的解釋說明。應(yīng)當(dāng)明確，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
24.實施例1:
25.面向大空洞采空區(qū)的全工業(yè)固廢類充填材料各組成摻量如下表：
[0026][0027]
配制方法如下：
[0028]
(1)將煤矸石經(jīng)顎式破碎機、圓錐破碎機進行破碎，經(jīng)振動篩篩分，按照4.75mm以下、4.75
?
9.5mm、9.5
?
16mm進行分檔，備用；粒徑大于16mm的煤矸石進行重新破碎；
[0029]
(2)將部分赤泥在105℃下烘干24h，然后進行粉碎、磨細(xì)，要求出料的細(xì)度為不大于0.1mm；將磨細(xì)的赤泥與苛性堿、水泥、硅酸鈉進行調(diào)配，得到模數(shù)為0.5的復(fù)合堿激發(fā)劑；
[0030]
(3)將之前得到的不同粒徑煤矸石、復(fù)合堿激發(fā)劑與粉煤灰、水、赤泥按比例進行攪拌混合，攪拌時間大于120s。
[0031]
(4)
[0032]
實施例2:
[0033]
面向大空洞采空區(qū)的全工業(yè)固廢類充填材料各組成摻量如下表：
[0034][0035]
配制方法如下：
[0036]
(1)將煤矸石經(jīng)顎式破碎機、圓錐破碎機進行破碎，經(jīng)振動篩篩分，按照4.75mm以下、4.75
?
9.5mm、9.5
?
16mm進行分檔，備用；粒徑大于16mm的煤矸石進行重新破碎；
[0037]
(2)將部分赤泥在105℃下烘干24h，然后進行粉碎、磨細(xì)，要求出料的細(xì)度為不大于0.1mm；將磨細(xì)的赤泥與苛性堿、水泥、鋁酸鈉進行調(diào)配，得到模數(shù)為0.8的復(fù)合堿激發(fā)劑；
[0038]
(3)將之前得到的不同粒徑煤矸石、復(fù)合堿激發(fā)劑與粉煤灰、水、赤泥按比例進行攪拌混合，攪拌時間大于120s。
[0039]
實施例3:
[0040]
面向大空洞采空區(qū)的全工業(yè)固廢類充填材料各組成摻量如下表：
[0041][0042]
配制方法如下：
[0043]
(1)將煤矸石經(jīng)顎式破碎機、圓錐破碎機進行破碎，經(jīng)振動篩篩分，按照4.75mm以下、4.75
?
9.5mm、9.5
?
16mm進行分檔，備用；粒徑大于16mm的煤矸石進行重新破碎；
[0044]
(2)將部分赤泥在105℃下烘干24h，然后進行粉碎、磨細(xì)，要求出料的細(xì)度為不大于0.1mm；將磨細(xì)的赤泥與苛性堿、硅酸鈉進行調(diào)配，得到模數(shù)為1.0的復(fù)合堿激發(fā)劑；
[0045]
(3)將之前得到的不同粒徑煤矸石、復(fù)合堿激發(fā)劑與粉煤灰、水、赤泥按比例進行攪拌混合，攪拌時間大于120s。
[0046]
在上述三個實施例中，根據(jù)不同的環(huán)境條件和工作性要求，選用了不同的外加劑。實施例2中在采空區(qū)下方有流動水或者大水量時，需要加入增稠劑調(diào)節(jié)材料體系的保水性能，從而提高材料的防水性能；實施例3中是指在環(huán)境溫度5℃以下時，則需要加入促凝劑調(diào)節(jié)材料的硬化速率。
[0047]
下表為不同配比注漿回填材料體系的性能：
[0048]技術(shù)特征：
1.一種面向大空洞采空區(qū)的全工業(yè)固廢類充填材料，其特征在于，所述充填材料包括粉煤灰、煤矸石、赤泥、水、復(fù)合堿激發(fā)劑，各組分摻量為：粉煤灰224
?
252kg/m3、煤矸石1294.4
?
1456.2kg/m3、赤泥160
?
180kg/m3、水307.2
?
345.6kg/m3、復(fù)合堿激發(fā)劑40
?
45kg/m3。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向大空洞采空區(qū)的全工業(yè)固廢類充填材料，其特征在于，所述煤矸石為采煤或洗煤過程中排放的固體廢物。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向大空洞采空區(qū)的全工業(yè)固廢類充填材料，其特征在于，所述粉煤灰來自燃煤電廠煤燃燒后的煙氣中收捕下來的細(xì)灰。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向大空洞采空區(qū)的全工業(yè)固廢類充填材料，其特征在于，所述赤泥的浸出液的ph值大于10。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向大空洞采空區(qū)的全工業(yè)固廢類充填材料，其特征在于，所述的復(fù)合堿激發(fā)劑的制備方法為：將赤泥在105℃下烘干24h，然后進行粉碎、磨細(xì)，要求出料的細(xì)度不大于0.1mm；將硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽中的一種或幾種與磨細(xì)的赤泥，苛性堿，水泥混合調(diào)配得到模數(shù)為0.5
?
1.5的復(fù)合堿激發(fā)劑。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向大空洞采空區(qū)的全工業(yè)固廢類充填材料，其特征在于，所述充填材料還包括促凝劑、增稠劑、減水劑中的一種或幾種。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的面向大空洞采空區(qū)的全工業(yè)固廢類充填材料，其特征在于，所述促凝劑為氯鹽、硫酸鹽、硝酸鹽中的一種或幾種；促凝劑在環(huán)境溫度5℃以下時使用，摻量為赤泥和粉煤灰總質(zhì)量的1
?
2％。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的面向大空洞采空區(qū)的全工業(yè)固廢類充填材料，其特征在于，所述增稠劑為無機增稠劑、纖維素類增稠劑、聚丙烯酸類增稠劑中的一種或幾種；摻量為赤泥和粉煤灰總質(zhì)量的0.05
‰?
0.1
‰
。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的面向大空洞采空區(qū)的全工業(yè)固廢類充填材料，其特征在于，所述減水劑為脂肪族高效減水劑、氨基高效減水劑、聚羧酸高效減水劑中的一種或幾種，摻量為赤泥和粉煤灰總質(zhì)量的0.5
‰?
1.5
‰
。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向大空洞采空區(qū)的全工業(yè)固廢類充填材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法具體步驟為：步驟一：將煤矸石經(jīng)顎式破碎機或圓錐破碎機破碎，經(jīng)振動篩篩分，按照4.75mm以下、4.75
?
9.5mm、9.5
?
16mm進行分檔，備用；粒徑大于16mm的煤矸石進行重新破碎；步驟二：將步驟一中得到的煤矸石、復(fù)合堿激發(fā)劑與粉煤灰、赤泥、水按照配比進行攪拌混合，攪拌時間大于120s。
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種一種面向大空洞采空區(qū)的全工業(yè)固廢類充填材料及其制備方法。所述的充填材料包括粉煤灰、煤矸石、赤泥、水、復(fù)合堿激發(fā)劑，各組分摻量為：粉煤灰224
技術(shù)研發(fā)人員：榮亞鵬 張宏武 張艷聰 孔繁盛 邊偉 郝小彤 鄭齊銀 李曉亮 郝敏 劉少煒
受保護的技術(shù)使用者：山西交科巖土工程有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2020.12.31
技術(shù)公布日：2021/4/27
聲明：
“面向大空洞采空區(qū)的全工業(yè)固廢類充填材料及其制備方法與流程” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：山西交科巖土工程有限公司
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2024年11月01日 ~ 04日 
