本發(fā)明屬于煤礦開采過程中的充填技術領域，特別是涉及一種礦用無機超細發(fā)泡充填材料及其制備方法和使用方法。

背景技術：

我國煤炭資源豐富，煤是我國的主要能源，在能源結構中占據(jù)主導地位，煤炭工業(yè)的健康、穩(wěn)定、持續(xù)地發(fā)展是關系到國家能源安全的重大問題。

目前煤礦井下使用的聚氨酯高分子充填材料，其阻燃性差、反應溫度高，且會給煤礦生產(chǎn)帶來很大的安全隱患。而水泥基無機充填材料，一般是由水泥、粉煤灰、煤矸右等制備的，其輸送性能差、凝固慢、強度低且增長緩慢，不利于煤礦生產(chǎn)的需要。

技術實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種礦用無機超細發(fā)泡充填材料，采用硫鋁酸鹽水泥、膨潤土和粉煤灰作為主體材料，并輔以發(fā)泡劑和減水劑，所得到的無機超細發(fā)泡充填材料用于煤礦填充，具有高流動性、快速凝固、微膨脹、強度高、綠色環(huán)保等特性，不僅可以替代有機高分子化學充填材料，也可以代替水泥基無機充填材料。本發(fā)明還提供了上述礦用無機超細發(fā)泡充填材料的制備方法和使用方法。

本發(fā)明采用的技術方案是：

一種礦用無機超細發(fā)泡充填材料，由如下重量份的原料組成：硫鋁酸鹽水泥8～18份，膨潤土25～40份，珍珠巖3～10份，粉煤灰30～45份，發(fā)泡劑3～8份和減水劑0.3～1份。

本發(fā)明所述的礦用無機超細發(fā)泡充填材料，其中，由如下重量份的原料組成：硫鋁酸鹽水泥12～15份，膨潤土35～40份，珍珠巖5～7份，粉煤灰36～40份，發(fā)泡劑4～5份和減水劑0.5～1份。

本發(fā)明所述的礦用無機超細發(fā)泡充填材料，其中，由如下重量份的原料組成：硫鋁酸鹽水泥15份，膨潤土37份，珍珠巖7份，粉煤灰36份，發(fā)泡劑4.5份和減水劑0.5份。

本發(fā)明所述的礦用無機超細發(fā)泡充填材料，其中，所述硫鋁酸鹽水泥的粒度篩選40μm達到95％的硫鋁酸鹽水泥。

本發(fā)明所述的礦用無機超細發(fā)泡充填材料，其中，所述發(fā)泡劑為動物蛋白發(fā)泡劑或植物蛋白發(fā)泡劑。

本發(fā)明所述的礦用無機超細發(fā)泡充填材料，其中，所述減水劑為木質(zhì)素磺酸鈣。

本發(fā)明還提供了上述礦用無機超細發(fā)泡充填材料的制備方法，包括以下步驟：分別將所述硫鋁酸鹽水泥，膨潤土，珍珠巖，粉煤灰，發(fā)泡劑和減水劑磨細，各原料粒度范圍均為40μm達到95％以上，然后將各原料混合均勻，得到分散均勻的復合型粉末狀產(chǎn)品，再包裝即可。

本發(fā)明所述的礦用無機超細發(fā)泡充填材料的制備方法，其中，所述混合為在混料機中混合10～20min。

本發(fā)明另外還提供了上述礦用無機超細發(fā)泡充填材料的使用方法，包括以下步驟：將所述的礦用無機超細發(fā)泡充填材料與水混合，得到均勻的漿體，通過管道輸送的方式輸送至需要加固或充填的部位進行灌注即可。

本發(fā)明所述的礦用無機超細發(fā)泡充填材料的使用方法，其中，所述水與所述充填材料按照1：0.4～1.5的比例混合。

本發(fā)明中硫鋁酸鹽水泥的作用是膠凝材料；膨潤土具有較好的可塑性和較強的粘結性；本發(fā)明利用了膨潤土的潤滑性，粘結密封性，增稠性及膠凝性，其作用是增加和調(diào)節(jié)充填材料的韌性。膨潤土對人體無害，具有較好的環(huán)保性能。利用膨潤土吸水膨脹的特性與發(fā)泡劑協(xié)同發(fā)泡。

珍珠巖是一種輕質(zhì)、多功能新型材料，具有表觀密度輕、導熱系數(shù)低、化學穩(wěn)定性好、使用溫度范圍廣、吸濕能力小，且無毒、無味、防火、吸音等特點，珍珠巖原砂經(jīng)細粉碎和超細粉碎，其作用是增加充填材料的強度，在本發(fā)明中作為超細骨料使用。

本發(fā)明中粉煤灰起到充填材料的增強劑作用。粉煤灰有很強的吸水性，粉煤灰活化之后作為低標號水泥使用，大大降低了水泥在充填材料中用量(僅為8-18％)，從而大幅度降低了充填成本，可以改善充填料漿的綜合性能，如耐久性。

發(fā)泡劑具有很強的水合性質(zhì)、表面性質(zhì)等。在本發(fā)明中作為表面活性劑來進行發(fā)泡。發(fā)泡劑用于充填材料中，降低了相同空間填充下料漿用量，節(jié)約成本，并且該充填材料還具有制備簡單、輕質(zhì)、抗裂、保溫等功能，現(xiàn)場應用前景廣闊，有較好的經(jīng)濟效益。

減水劑為棕黃色粉狀，固體含量>90％，減水率12-25％，無毒、無味、不燃燒，對鋼筋無銹蝕危害，具有明顯的減水分散效果，可提高充填材料的抗?jié)B、抗凍、抗腐蝕和耐久性能。

本發(fā)明所述的礦用無機超細發(fā)泡充填材料，用于煤礦破碎矸石、松散煤巖體加固，采空區(qū)、冒落區(qū)及巷幫的充填，具有可遠距離泵送、快速凝結、不易開裂、綠色環(huán)保的特點，其優(yōu)點如下：

1、本發(fā)明產(chǎn)品由純無機材料復合而成，本質(zhì)上具有不燃和抗靜電性能。相對于化學注漿材料采用添加阻燃劑、抗靜電劑而獲得的阻燃、抗靜電性能而言，具有安全性高、成本低的特點，制成漿液后具有很好的可輸送性能和可注性。

2、本發(fā)明產(chǎn)品是由無毒無害的純無機材料組成，其組成決定了其對水、土壤、空氣等周圍環(huán)境無污染，屬于綠色環(huán)保型材料。

3、本發(fā)明產(chǎn)品具有強度增長速度快、高增阻、大流態(tài)、自密實等優(yōu)點，充填后所形成的固結體快速凝固、不收縮、強度高等特性。

本發(fā)明所述的礦用無機超細發(fā)泡充填材料的制備方法，操作簡單，成本低。

本發(fā)明所述的礦用無機超細發(fā)泡充填材料的使用方法，所需要的設備少，工人易于操作。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。

實施例l

一種礦用無機超細發(fā)泡充填材料，由如下重量份的原料組成：硫鋁酸鹽水泥15份，膨潤土37份，珍珠巖7份，粉煤灰36份，發(fā)泡劑4.5份和減水劑0.5份，所述發(fā)泡劑為植物蛋白發(fā)泡劑，所述減水劑為木質(zhì)素磺酸鈣。

本實施例所述的礦用無機超細發(fā)泡充填材料的制備方法，包括以下步驟：按配比準備原料，分別將硫鋁酸鹽水泥，膨潤土，珍珠巖，粉煤灰，發(fā)泡劑和減水劑磨細，各原料粒度范圍均為40μm達到95％以上，然后將各原料混合均勻，得到分散均勻的復合型粉末狀產(chǎn)品，再包裝即可；為了加快混合效率，所述混合為在混料機中混合10min。

本實施例所述的礦用無機超細發(fā)泡充填材料的使用方法，包括以下步驟：將所述的礦用無機超細發(fā)泡充填材料與水混合，所述水與所述充填材料按質(zhì)量比為1:0.8的比例混合，得到均勻的漿體，通過管道輸送的方式輸送至需要加固或充填的部位進行灌注即可，必要的情況下，可設置模具以控制灌注范圍。

實施例2

一種礦用無機超細發(fā)泡充填材料，由如下重量份的原料組成：硫鋁酸鹽水泥12份，膨潤土37份，珍珠巖5份，粉煤灰40份，發(fā)泡劑5份和減水劑1份，所述發(fā)泡劑為植物蛋白發(fā)泡劑，所述減水劑為木質(zhì)素磺酸鈣。

本實施例所述的礦用無機超細發(fā)泡充填材料的制備方法，包括以下步驟：按配比準備原料，分別將硫鋁酸鹽水泥，膨潤土，珍珠巖，粉煤灰，發(fā)泡劑和減水劑磨細，各原料粒度范圍均為40μm達到95％以上，然后將各原料混合均勻，得到分散均勻的復合型粉末狀產(chǎn)品，再包裝即可；為了加快混合效率，所述混合為在混料機中混合20min。

本實施例所述的礦用無機超細發(fā)泡充填材料的使用方法，本實施例所述的礦用無機超細發(fā)泡充填材料的使用方法，包括以下步驟：將所述的礦用無機超細發(fā)泡充填材料與水混合，所述水與所述充填材料按質(zhì)量比為1:1.2的比例混合，得到均勻的漿體，通過管道輸送的方式輸送至需要加固或充填的部位進行灌注即可，必要的情況下，可設置模具以控制灌注范圍。

實施例3

一種礦用無機超細發(fā)泡充填材料，由如下重量份的原料組成：硫鋁酸鹽水泥18份，膨潤土40份，珍珠巖5份，粉煤灰30份，發(fā)泡劑6.7份和減水劑0.3份，所述發(fā)泡劑為動物蛋白發(fā)泡劑，所述減水劑為木質(zhì)素磺酸鈣。

本實施例所述的礦用無機超細發(fā)泡充填材料的制備方法，同實施例1。

本實施例所述的礦用無機超細發(fā)泡充填材料的使用方法，同實施例1。

實施例4

一種礦用無機超細發(fā)泡充填材料，由如下重量份的原料組成：硫鋁酸鹽水泥9份，膨潤土27份，珍珠巖10份，粉煤灰45份，發(fā)泡劑8份和減水劑1份，所述發(fā)泡劑為植物蛋白發(fā)泡劑，所述減水劑為木質(zhì)素磺酸鈣。

本實施例所述的礦用無機超細發(fā)泡充填材料的制備方法，同實施例2。

本實施例所述的礦用無機超細發(fā)泡充填材料的使用方法，同實施例2。

實施例5

一種礦用無機超細發(fā)泡充填材料，由如下重量份的原料組成：硫鋁酸鹽水泥8份，膨潤土36份，珍珠巖10份，粉煤灰40份，發(fā)泡劑5份和減水劑1份，所述發(fā)泡劑為植物蛋白發(fā)泡劑，所述減水劑為木質(zhì)素磺酸鈣。

本實施例所述的礦用無機超細發(fā)泡充填材料的制備方法，同實施例1。

本實施例所述的礦用無機超細發(fā)泡充填材料的使用方法，同實施例1。

對實施例1-5制備的礦用無機超細發(fā)泡充填材料進行了檢測，其充填料漿塌落度為120～260mm，可實現(xiàn)遠距離泵送，最長水平泵送距離達1200m，泵送入模后自密實；充填結束后3～5h可脫模；具有良好的壓縮率5～10％，殘余強度可達極限強度的35～60％。

采用本實施例1-5所述的礦用無機超細發(fā)泡充填材料進行灌注后，漿體靜置5-10min即產(chǎn)生假凝現(xiàn)象，30min以上即完全固化，與普通水泥基充填材料相比，具有快凝快硬的特點。用于煤礦破碎矸石、松散煤巖體加固，采空區(qū)、冒落區(qū)及巷幫的充填，其主要性能指標如表1所示。

表1實施例1-5所述的礦用無機超細發(fā)泡充填材料的主要性能指標

以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發(fā)明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發(fā)明權利要求書確定的保護范圍內(nèi)。