專利名稱：一種用于煤礦充填采空區(qū)的泡沫填體及制備充填方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于煤礦充填采空區(qū)的泡沫填體及充填方法，主要適用于煤礦采空區(qū)的充填和地下工程中充填及抗震層使用。
背景技術(shù)：
我國是一個(gè)煤炭消費(fèi)和生產(chǎn)大國，長期的煤炭開采形成大面積的地下采空區(qū)。目前根治地表沉陷及采動(dòng)損害的最直接有效地方法就是采空區(qū)回填。長期以來，國內(nèi)外主要采用的技術(shù)包括干式充填、水砂充填以及膠結(jié)充填三種方法。其中膠結(jié)充填采空區(qū)法后膠 結(jié)充填的材料膠結(jié)后強(qiáng)度大，顯著減少原材料的使用，也可用于埋藏深、地壓大、圍巖不穩(wěn)固的中厚以上礦體，使用膠結(jié)充填已成為煤礦采空區(qū)回填的必然趨勢(shì)。傳統(tǒng)水泥膠結(jié)充填體所用水泥量大，增加噸煤成本單價(jià)。降低水泥用量及成本，是尋找適用于礦山新型充填材料的有效途徑。泡沫充填體具有輸送方便、流動(dòng)性好、價(jià)格便宜，利用不同級(jí)配的尾礦礦粉和水泥進(jìn)行配比，可以保持一定的強(qiáng)度，完全可以作為一種新型的充填體在煤礦采空區(qū)回填中使用。近年來隨著煤炭消耗量的增大，粉煤灰的產(chǎn)量居高不下，這些粉煤灰常年堆放在我們?nèi)遮吘o張的良田、河道內(nèi)，對(duì)環(huán)境的污染相當(dāng)大，采用大摻量粉煤灰混凝土和生產(chǎn)大摻量粉煤灰泡沫混凝土，實(shí)現(xiàn)了粉煤灰應(yīng)用的“減量化、無害化、資源化”問題。隨之形成以“環(huán)境材料”為主體的格局，因此大摻量粉煤灰泡沫充填體用于煤礦采空區(qū)充填，不僅具有良好的社會(huì)效益，而且具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于煤礦充填采空區(qū)的泡沫填體及其制備充填方法，采用大摻量粉煤灰生產(chǎn)大摻量粉煤灰泡沫混凝土，實(shí)現(xiàn)粉煤灰的“減量化、無害化、資源化”問題。本發(fā)明是以如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種用于煤礦充填采空區(qū)的泡沫填體，泡沫充填體包括水、粉煤灰、膠凝材料、外摻料、活性劑及泡沫，經(jīng)攪拌制漿制成；各原料的重量份為粉煤灰60-70份，水泥20-40份，水20-45份，減水劑0. 2-0. 6份，促凝劑0. 4-1. 6份，活性劑0-20份，泡沫為膠凝漿液體積的百分比100-250% ；
所述水泥為強(qiáng)度等級(jí)為32. 5級(jí)或42. 5級(jí)的硅酸鹽水泥，其性能符合GB175-1999《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》的規(guī)定；
所述粉煤灰為二級(jí)或三級(jí)粉煤灰，其性能符合GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》規(guī)定；
所述減水劑為聚羧酸類高性能減水劑；
所述促凝劑為硫酸鹽型；
所述發(fā)泡劑為JT復(fù)合動(dòng)物蛋白發(fā)泡劑；
所述活性劑為石膏；
所述水為正常飲用水或中水；上述的用于煤礦充填采空區(qū)的泡沫填體，泡沫充填體各原料的重量份優(yōu)選為粉煤灰65份，水泥35份，水45份，減水劑0. 35份，促凝劑0. 7份，活性劑0份，泡沫膠凝漿液體積的百分比為100%。上述的用于煤礦充填采空區(qū)的泡沫填體的制備充填方法，包括原材料預(yù)處理、各充填材料儲(chǔ)存、膠結(jié)漿液配制及混泡注漿四個(gè)步驟
(1)原材料預(yù)處理粉煤灰和水泥過標(biāo)準(zhǔn)篩，以防其中的結(jié)塊在泡沫漿液沉積；標(biāo)準(zhǔn)篩目數(shù)根據(jù)泵送漿液中粒徑能力選擇；
(2)各充填材料儲(chǔ)存按比例稱取各原料，儲(chǔ)存待用；
(3)膠結(jié)漿液配制在攪拌機(jī)內(nèi)將水泥、粉煤灰、減水劑和活性劑放入，拌合至均勻，同時(shí)按比例加水，勻速攪拌至均勻，待加泡沫；
(4)混泡注漿發(fā)泡劑與水按照配比混合制取發(fā)泡液，按照I體積的發(fā)泡劑和50-60 體積的水配比混合制取發(fā)泡液；將發(fā)泡液通過發(fā)泡機(jī)，先封閉發(fā)泡機(jī)閥門，進(jìn)液后開啟出泡閥門，用量具量測所需泡沫量；攪拌機(jī)不停機(jī)，在攪拌狀態(tài)下混泡，低速下30-50r/min加入總配比泡沫總量的1/4,膠凝衆(zhòng)液混均勻，然后高速60-120r/min加入剩余泡沫量攪拌5-6min，攪拌結(jié)束前Imin內(nèi)加入促凝劑；混泡過程結(jié)束后將均勻膠凝漿體通過泵送注入到煤礦采空區(qū)進(jìn)行充填。檢測數(shù)據(jù)顯示，本發(fā)明充填體各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如下
該填體膠凝固漿時(shí)間3-4d，28d后單軸受壓強(qiáng)度為0. 5-1. 7MPa，表觀密度650_940kg/m3，可泵送時(shí)間llh，導(dǎo)熱系數(shù)0. 255-0. 376W/ (m k)。本發(fā)明的有益效果是制備生產(chǎn)出來的泡沫填體可以顯著增加粉煤灰用量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)、抗裂、保溫和抗震等功能，產(chǎn)品穩(wěn)定可靠。尤其是在粉煤灰產(chǎn)量較大地區(qū)，可就地取材，真正實(shí)現(xiàn)了粉煤灰應(yīng)用的“減量化、無害化、資源化”問題，現(xiàn)場應(yīng)用前景廣闊，有顯著經(jīng)濟(jì)效益。


圖I是本發(fā)明制備充填的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)的描述本發(fā)明的方法和效果，但本發(fā)明不限于此一實(shí)施例。(一)原料及各組分重量份粉煤灰65份，水泥35份，水45份，減水劑0.35份，促凝劑0. 7份，活性劑0份，泡沫膠凝漿液體積的百分比為100%。水泥為強(qiáng)度等級(jí)為32. 5級(jí)或42. 5級(jí)的硅酸鹽水泥，其性能符合GB175-1999《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》的規(guī)定；
粉煤灰為三級(jí)粉煤灰，其性能符合GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》規(guī)
定;
減水劑為聚羧酸類高性能減水劑；
促凝劑為硫酸鹽型；
發(fā)泡劑為JT復(fù)合動(dòng)物蛋白發(fā)泡劑；活性劑為石膏；
水為正常飲用水。(二)制備充填方法按附圖所示流程進(jìn)行。(I)原材料預(yù)處理粉煤灰和水泥過工程用4目標(biāo)準(zhǔn)篩，以防其中的結(jié)塊在泡沫漿液沉積。(2)各充填材料儲(chǔ)存量取如下重量 份數(shù)的組分，粉煤灰60-70份，水泥20-40份，水20-45份，減水劑0. 2-0. 6份，促凝劑0. 4-1. 6份，活性劑0_20份；原材料儲(chǔ)存待用。(3)膠結(jié)漿液配制在攪拌機(jī)內(nèi)將水泥、粉煤灰、減水劑和活性劑放入，拌合至均勻，同時(shí)按比例加水，勻速攪拌至均勻，待加泡沫。(4)混泡注漿發(fā)泡劑與水按照配比混合制取發(fā)泡液，按照I體積的發(fā)泡劑和50-60體積的水配比混合制取發(fā)泡液；將發(fā)泡液通過發(fā)泡機(jī)，先封閉發(fā)泡機(jī)閥門，進(jìn)液后開啟出泡閥門，用量具量測所需泡沫量；攪拌機(jī)不停機(jī)，在攪拌狀態(tài)下混泡，低速下30-50r/min加入總配比泡沫總量的1/4,膠凝衆(zhòng)液混均勻，然后高速60-120r/min加入剩余泡沫量攪拌5-6min，攪拌結(jié)束前Imin內(nèi)加入促凝劑；混泡過程結(jié)束后將均勻膠凝漿體通過泵送注入到煤礦采空區(qū)進(jìn)行充填。(5)上述制備漿液充填完畢后，根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行(I)、(2)、(3)、(4)的循環(huán)操作。檢測數(shù)據(jù)顯示，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如下
該填體膠凝固漿時(shí)間約3. 5d，28d后單軸受壓強(qiáng)度為0. 9MPa，表觀密度790kg/m3，可泵送時(shí)間8h，導(dǎo)熱系數(shù)0. 276W/ (m k)。
權(quán)利要求
1.一種用于煤礦充填采空區(qū)的泡沫填體，其特征是，泡沫充填體包括水、粉煤灰、膠凝材料、外摻料、活性劑及泡沫，經(jīng)攪拌制漿制成；各原料的重量份為粉煤灰60-70份，水泥20-40份，水20-45份，減水劑O. 2-0. 6份，促凝劑O. 4-1. 6份，活性劑0-20份，泡沫為膠凝漿液體積的百分比100-250% ； 所述水泥為強(qiáng)度等級(jí)為32. 5級(jí)或42. 5級(jí)的硅酸鹽水泥，其性能符合GB175-1999《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》的規(guī)定； 所述粉煤灰為二級(jí)或三級(jí)粉煤灰，其性能符合GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》規(guī)定； 所述減水劑為聚羧酸類高性能減水劑； 所述促凝劑為硫酸鹽型； 所述發(fā)泡劑為JT復(fù)合動(dòng)物蛋白發(fā)泡劑； 所述活性劑為石膏； 所述水為正常飲用水或中水； 根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于煤礦充填采空區(qū)的泡沫填體，其特征在于泡沫充填體包括水、粉煤灰、膠凝材料、外摻料、活性劑及泡沫，經(jīng)攪拌制漿制成；各原料的重量份為粉煤灰65份，水泥35份，水45份，減水劑O. 35份，促凝劑O. 7份，活性劑O份，泡沫膠凝漿液體積的百分比為100%。
2.—種權(quán)利要求I或2所述的用于煤礦充填采空區(qū)的泡沫填體的制備充填方法，其特征在于，包括原材料預(yù)處理、各充填材料儲(chǔ)存、膠結(jié)漿液配制及混泡注漿四個(gè)步驟 (O原材料預(yù)處理粉煤灰和水泥過標(biāo)準(zhǔn)篩，以防其中的結(jié)塊在泡沫漿液沉積；標(biāo)準(zhǔn)篩目數(shù)根據(jù)泵送漿液中粒徑能力選擇； (2)各充填材料儲(chǔ)存按比例稱取各原料，儲(chǔ)存待用； (3)膠結(jié)漿液配制在攪拌機(jī)內(nèi)將水泥、粉煤灰、減水劑和活性劑放入，拌合至均勻，同時(shí)按比例加水，勻速攪拌至均勻，待加泡沫； (4)混泡注漿發(fā)泡劑與水按照配比混合制取發(fā)泡液，按照I體積的發(fā)泡劑和50-60體積的水配比混合制取發(fā)泡液；將發(fā)泡液通過發(fā)泡機(jī)，先封閉發(fā)泡機(jī)閥門，進(jìn)液后開啟出泡閥門，用量具量測所需泡沫量；攪拌機(jī)不停機(jī)，在攪拌狀態(tài)下混泡，低速下30-50r/min加入總配比泡沫總量的1/4,膠凝衆(zhòng)液混均勻，然后高速60-120r/min加入剩余泡沫量攪拌5-6min，攪拌結(jié)束前Imin內(nèi)加入促凝劑；混泡過程結(jié)束后將均勻膠凝漿體通過泵送注入到煤礦采空區(qū)進(jìn)行充填。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于煤礦充填采空區(qū)的泡沫填體及其制備充填方法，屬煤礦采空區(qū)的充填和地下工程充填技術(shù)領(lǐng)域。泡沫充填體各組分按照重量份組成粉煤灰60-70份，水泥20-40份，水20-45份，減水劑0.2-0.6份，促凝劑0.4-1.6份，活性劑0-20份，泡沫膠凝漿液體積的百分比為100-250%。該填體膠凝固漿時(shí)間約3-4d，28d后單軸受壓強(qiáng)度為0.5-1.7MPa，表觀密度650-940kg/m3，可泵送時(shí)間11h，導(dǎo)熱系數(shù)0.255-0.376W/(m·k)。可用于煤礦充填采空區(qū)的充填，有益效果是本泡沫填體顯著增加了粉煤灰用量，制備簡單成本較低，具有輕質(zhì)、抗裂、保溫和抗震等功能，現(xiàn)場應(yīng)用前景廣闊，有顯著經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)C04B28/04GK102701672SQ201210164699
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月25日
發(fā)明者丁陳建, 劉明, 劉輝, 張洪樂, 李志永, 王琳, 蔡為益, 陶祥令, 馬金榮 申請(qǐng)人:徐州中國礦大巖土工程新技術(shù)發(fā)展有限公司