一種煤矸石基礦山膠結(jié)充填材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種煤矸石基礦山膠結(jié)充填材料的制備方法，屬礦山充填材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤矸石是煤炭開(kāi)采和洗選過(guò)程中排放的固體廢渣，是我國(guó)目前排放量最大的工業(yè) 固體廢棄物之一，其累計(jì)堆存近40億噸，占用土地1萬(wàn)多公頃，并仍以一億噸左右的數(shù)量逐 年劇增。大量堆積的煤矸石不僅占用耕地，而且極易風(fēng)化和自燃造成大氣、土壤和水體污染 甚至引發(fā)嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)生態(tài)環(huán)境和社會(huì)環(huán)境都造成了極其惡劣的影響。因此，煤矸石 的處置和有效利用成為亟待解決的問(wèn)題。
[0003] 目前煤矸石的利用途徑主要有制磚、發(fā)電等利用煤矸石本身具有的熱值以及經(jīng)破 碎后直接用于制作砌塊、混凝土骨料、回填礦井采空區(qū)或鋪路材料等粗放式的直接利用，也 有利用煤矸石化學(xué)成分和粘土相近的性質(zhì)去代替部分或全部粘土來(lái)生產(chǎn)水泥，但由于地面 建筑工程對(duì)水泥表觀質(zhì)量和強(qiáng)度方面的性能要求較高，所以當(dāng)煤矸石用于燒制水泥時(shí)很難 達(dá)到建筑工程的要求。使得煤矸石的利用率尚不足20%。
[0004] 隨著我國(guó)煤炭工業(yè)的快速發(fā)展，采空區(qū)面積不斷擴(kuò)大，地表沉陷、"三下"壓煤?jiǎn)?題越發(fā)突出。充填采礦工藝在防止大面積地表沉陷、解放"三下"壓煤、提高資源回采率、解 決煤矸石地面堆放等方面的優(yōu)勢(shì)愈加突顯，而目前充填材料主要還是以硅酸鹽水泥充當(dāng)膠 凝材料，以破碎后的煤矸石充當(dāng)骨料，不僅價(jià)格昂貴，而且輸送性能不穩(wěn)定，嚴(yán)重制約著煤 礦充填的向前發(fā)展，因此有必要開(kāi)發(fā)一種新的膠凝材料來(lái)取代水泥以推動(dòng)膠結(jié)充填采礦技 術(shù)的發(fā)展。
[0005] 與地面建筑工程相比，礦山充填對(duì)充填材料的要求比較低，根據(jù)不同的頂板條件， 要求充填體強(qiáng)度只需0~8MPa，一般0. 5~4MP就可以滿足要求。煤矸石中的Si02、A1203 為潛在的膠凝活性成分，可以將其膠凝性能激發(fā)出來(lái)部分取代水泥充當(dāng)膠結(jié)充填材料中的 膠凝材料，從而降低水泥用量達(dá)到降低成本的目的，同時(shí)解決煤矸石排放問(wèn)題，促進(jìn)煤礦膠 結(jié)充填技術(shù)的應(yīng)用與推廣，實(shí)現(xiàn)煤炭工業(yè)的綠色持續(xù)發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明旨在提供一種煤矸石基礦山膠結(jié)充填材料的制備方法，經(jīng)過(guò)復(fù)合激發(fā)方式 將煤矸石潛在膠凝活性激發(fā)出來(lái)，部分取代水泥充當(dāng)?shù)V山膠結(jié)充填的膠凝材料，然后與細(xì) 粒徑煤矸石混合配制成礦山膠結(jié)充填材料，降低充填材料成本，改善材料輸送性能，同時(shí)達(dá) 到有效利用煤矸石的目的。
[0007] 本發(fā)明提供的一種煤矸石基礦山膠結(jié)充填材料的制備方法，包括以下步驟： (1)首先將大塊煤矸石進(jìn)行破碎，使破碎后的顆粒粒徑分布在〇~5mm的范圍，備用； 所述煤矸石的化學(xué)成分為：Si02:35%-57%、A1 203:16%-25%，Si02、Al203為潛在膠凝活性 物質(zhì)。且不含放射性元素。
[0008] (2)將步驟（1)中破碎后的煤矸石在球磨機(jī)上粉磨45min-60min，并用200目、300 目標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分，得到粒徑小于300目的煤矸石粉末； (3) 將步驟（2)中得到的煤矸石粉置于工業(yè)爐中，升溫到煅燒溫度700~750°C，煅燒完 成后進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間為2~2. 5小時(shí)； (4) 將步驟（3)中的煅燒煤矸石粉取出急冷； 所述的急冷是將煅燒煤矸石粉直接從工業(yè)爐中取出放在空氣中冷卻到室溫。
[0009] (5)向步驟（4)中已冷卻到室溫的煤矸石粉末中加入化學(xué)激發(fā)劑并預(yù)混30s。
[0010] 所述的化學(xué)激發(fā)劑為Al2 (S04)3、NaOH、CaS04 ? 2H20、且都為分析純化學(xué)試劑。其中 各激發(fā)劑與煤矸石質(zhì)量配比分別為： Na0H：l~5 ： 100； A12(S04)3：5~10 ： 100； CaS04 ? 2H20 ：1~5 ： 100； (6)將水泥與步驟（5)中的煤矸石粉末混合并攪拌120s，充分混合后即得到所述的礦 山膠結(jié)充填的膠凝材料，其中煤矸石粉末與水泥的質(zhì)量配比為： 煤矸石粉末：50%-70% ; 水泥：30%-50% ; (7 )取步驟（1)中的細(xì)粒徑煤矸石與步驟（6)中的膠凝材料預(yù)混30s后，加入水?dāng)嚢杈?勻制成礦山膠結(jié)充填材料，其中細(xì)粒徑煤矸石與膠凝材料的質(zhì)量配比為： 細(xì)粒徑煤矸石：70%-80% ; 膠凝材料：20%-30% ; 水與膠凝材料的質(zhì)量配比為：〇. 4-0.8:1。
[0011] 進(jìn)一步地，所述步驟（6)中的水泥為42. 5#普通硅酸鹽水泥。
[0012] 本發(fā)明中，煤矸石經(jīng)過(guò)熱激發(fā)、機(jī)械激發(fā)和化學(xué)激發(fā)的復(fù)合激發(fā)以后形成煤矸石 粉，然后與水泥混合制成膠凝材料。
[0013] 本發(fā)明的有益效果： (1)改善了煤矸石附加值低、經(jīng)濟(jì)效益低、利用技術(shù)滯后等現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)了煤矸石的規(guī)模 化、高附加值利用，更加高效合理地利用了煤矸石，解決了煤矸石地面無(wú)序堆放造成的生態(tài) 環(huán)境和社會(huì)環(huán)境問(wèn)題。
[0014] (2)利用本發(fā)明配方制備的煤矸石基膠結(jié)充填材料工藝簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了煤矸石粉與 水泥的大比例摻量而且充填材料具有較好的力學(xué)性能、穩(wěn)定的輸送性能、不離析、不泌水， 拓寬了煤矸石在礦山充填中的應(yīng)用，降低了礦山充填成本，促進(jìn)了礦山充填的向前發(fā)展。
[0015] (3)將煤矸石粉磨以后摻入水泥中不僅提高充填體的膠凝性能，而且超細(xì)煤矸石 粉的加入大大提高了充填材料的栗送性能。
[0016] (4)通過(guò)調(diào)節(jié)激發(fā)煤矸石粉、水泥、化學(xué)激發(fā)劑、細(xì)粒徑煤矸石摻量的比例，可以配 制出符合各種頂板條件下的充填體，進(jìn)而推廣應(yīng)用到不同煤礦中，控制頂板下沉、降低地表 沉陷、解放"三下"壓煤促進(jìn)煤炭的綠色持續(xù)發(fā)展。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面通過(guò)實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但不局限于以下實(shí)施例。
[0018] 實(shí)施例1 : (1) 首先將大塊煤矸石用顎式破碎機(jī)破碎并進(jìn)行篩分，將煤矸石粒徑控制在0~5mm的 范圍內(nèi)。
[0019] 所述煤矸石的有效化學(xué)成分為：Si02:35 . 46%、A1 203:16. 11% (2) 準(zhǔn)確稱量18kg的0~5mm的煤矸石并在球磨機(jī)中粉磨45min，再用200目、300目 標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分得到粒徑小于300目的煤矸石粉備用。
[0020] (3)將步驟（2)中的18kg煤矸石粉