專利名稱：主動施壓高膨脹型膏體充填材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種膏體充填材料，尤其是用于礦井的膨脹型膏體充填材料，屬于建筑物、水體、鐵路下(簡稱“三下”)采礦技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國有豐富的礦產(chǎn)資源，儲量居世界前列。在礦藏上方有數(shù)量眾多的建筑物、水體和鐵路、高級公路，各礦區(qū)都不同程度地存在“三下”壓礦產(chǎn)資源的問題。長期以來，我國礦山“三下”采礦方法主要采用村莊(城鎮(zhèn))搬遷、條帶、房柱開采和充填開采這幾種方法。對于充填開采來說，根據(jù)選用材料的不同主要分為兩種方式非膨脹性充填開采和膨脹性充填開采。非膨脹性充填一般所用充填材料主要為煤矸石、尾礦、河砂、劣質(zhì)土、建筑垃圾、粉煤灰、高爐爐渣、赤泥等固體廢棄物，所用充填方式主要有干式充填、水力充填和 膠結(jié)充填三種，其主要不足之處表現(xiàn)為充填料接頂困難，難以達到控制地表沉陷的目的。與本發(fā)明有關(guān)的技術(shù)是膨脹性充填材料。目前膨脹性充填材料主要由高水材料、赤泥和尾砂組成，如中國專利申請?zhí)?01010300671.1公開了一種“高水膨脹充填材料”，它是由粉煤灰、膨脹劑、延緩劑、速凝劑、固化劑和水組成的料漿；其固液比為1:1. 2 1. 5，比重為1.35，膨脹率為10 30%。其不足是充填方式是自流充填，不適合于泵送，需要大量的水，充填強度低，充填材料易風(fēng)化，高溫性能差，不適于在開放、高溫、干燥的環(huán)境下使用。中國專利申請?zhí)?01010615171. 7公開了一種“尾礦基流體膨脹充填材料”，該材料由A、B兩種組分構(gòu)成，A組分由尾礦、粉煤灰、固化劑和水組成，B組分為膨脹劑，充填時，將A組分與B組分混合。本充填材料膨脹率可達10 % 30 %，能夠主動施壓接頂充填采空區(qū)，從而有效控制地表，使地表無擾動。其不足是充填方式是自流充填，不適合于泵送，充填材料制備需要大量的水，增加排水成本，充填強度低。中國專利申請?zhí)?01010615079. 0，公開了一種赤泥基流體膨脹充填材料，該材料由A、B兩種組分構(gòu)成，A組分由下列赤泥、煤灰、固化劑和水組成，B組分為膨脹劑，充填時，將A組分與B組分混合。本充填材料膨脹率可達10 % 30 %，能夠主動施壓接頂充填采空區(qū)。其不足是充填方式是自流充填，不適合于泵送充填，充填材料制備需要大量的水，增加排水成本，充填強度低。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有膨脹型充填材料充填時需水量大、需要專設(shè)排水巷道、充填強度低，不適合泵送充填的技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供一種膨脹充填效果好、能夠解決采空區(qū)充填主動接頂問題、需水量少、適合泵送充填的膨脹型膏體充填材料。為達到上述目的，本發(fā)明的膏體充填材料原料配比如下半水石膏240 300kg/m3
粉煤灰45 IOOkgZmf
水泥45 150kg/m3
石灰O 50kg/m3
水180 250kg/m3
膨脹劑O. 24 1. 2kg/m3
緩凝劑 O. 24 1. Skg/W 所述的半水石膏優(yōu)選a型半水石膏、β型半水石膏的一種或一種以上。所述的緩凝劑優(yōu)選硼砂、檸檬酸、多聚磷酸鈉的一種或一種以上。所述的膨脹劑優(yōu)選鋁粉。添加膨脹劑時，可根據(jù)所需膨脹率大小的需求調(diào)節(jié)其添加量，得到膨脹型膏體充填材料的膨脹率在4% 50%。所述的水泥優(yōu)選硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰娃酸鹽水泥和復(fù)合娃酸鹽水泥的一種或一種以上。使用時，先將半水石膏、粉煤灰、硅酸鹽水泥、石灰、水按照配比混合均勻，然后加入膨脹劑和緩凝劑混合均勻，用泵送充填即可。本發(fā)明的高膨脹型膏體充填材料優(yōu)點是，一是由于添加鋁粉，使充填材料在凝固成型過程中產(chǎn)生氣體而膨脹，經(jīng)本充填材料充填的墻體能夠主動施壓接頂充填采空區(qū)，會對上覆巖層進行有效的支撐，從而達到控制地面沉降的目的。二是本發(fā)明的充填材料為膏狀，固液比為(2. 2 3.3) :1，用水量少，特別適宜于缺水礦區(qū)；三是經(jīng)檢驗本發(fā)明膨脹率可達4% 50%，初凝時間為17min 6h22min，終凝時間為30min 8h,膨脹開始時間為20min lh35min,終止膨脹時間為lh20min 2h30min, Id 的抗壓強度為 O. 5MPa 4MPa，28d 強度為 2MPa 6. 5Mpa。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明實施例一1、原料α型半水石膏300kg、粉煤灰100kg、娃酸鹽水泥45kg、石灰45kg、水180kg、膨脹劑鋁粉O. 24kg、緩凝劑檸檬酸O. 24Kg。2、制法將α型半水石膏、粉煤灰、硅酸鹽水泥、石灰、水按照配比混合均勻，將鋁粉和檸檬酸均勻加入即可。按照上述組分制得的一種膨脹型膏體充填材料的膨脹率為4. 5%，充填材料在2h47min初凝,3h37min終凝,膨脹開始時間為IhlOmin,終止膨脹時間為2h05min, Id的抗壓強度為1. 5MPa，28d強度為5. 89MPa，能夠主動施壓接頂充填采空區(qū)，對上覆巖層進行有效的支撐，從而達到控制地面沉降的目的，特別適合缺水礦區(qū)的充填開采。
實施例二原料α型半水石膏240kg、粉煤灰100kg、娃酸鹽水泥105kg、石灰45kg、水200kg、膨脹劑鋁粉O. 48kg、緩凝劑檸檬酸O. 24Kg。制備方法同實施例一。按照上述組分制得的一種膨脹型膏體充填材料的膨脹率為8. 3%，充填材料在2h47min初凝,3h37min終凝,膨脹開始時間為lh05min,終止膨脹時間為2h05min, Id的抗壓強度為1. 02MPa, 28d強度為3. 68MPa，能夠主動施壓接頂充填采空區(qū)，對上覆巖層進行有效的支撐，從而達到控制地面沉降的目的，特別適合缺水礦區(qū)的充填開采。·
實施例三原料α型半水石膏300kg、粉煤灰45kg、娃酸鹽水泥90kg、石灰45kg、水180kg、膨脹劑鋁粉O. 96kg、緩凝劑硼砂1. 2Kg。制備方法同實施例一。按照上述組分制得的一種膨脹型膏體充填材料的膨脹率為17. 5%，充填材料在54min初凝,2h32min終凝,膨脹開始時間為35min,終止膨脹時間為lhl5min, Id的抗壓強度為2. 79MPa，28d強度為3. 03MPa，能夠主動施壓接頂充填采空區(qū)，對上覆巖層進行有效的支撐，從而達到控制地面沉降的目的，特別適合缺水礦區(qū)的充填開采。實施例四原料α型半水石膏260kg、粉煤灰100kg、娃酸鹽水泥85kg、石灰45kg、水180kg、膨脹劑鋁粉O. 24kg、緩凝劑硼砂1. 2Kg。制備方法同實施例一。按照上述組分制得的一種膨脹型膏體充填材料的膨脹率為4%，充填材料在54min初凝，2h32min終凝,膨脹開始時間為35min,終止膨脹時間為lhl5min, Id的抗壓強度為5. 7MPa，28d強度為6. 5MPa，能夠主動施壓接頂充填采空區(qū)，對上覆巖層進行有效的支撐，從而達到控制地面沉降的目的，特別適合缺水礦區(qū)的充填開采。實施例五原料β型半水石膏300kg、粉煤灰100kg、硅酸鹽水泥45kg、石灰45kg、水180kg、膨脹劑鋁粉O. 98kg、緩凝劑硼砂O. 36kg。制備方法同實施例一。按照上述組分制得的一種膨脹型膏體充填材料的膨脹率為23. 30%，充填材料在2h31min初凝，2h21min終凝，膨脹開始時間為Ih 35min，終止膨脹時間為2h，Id的抗壓強度為1. lMPa，28d強度為2. 38MPa，能夠主動施壓接頂充填采空區(qū)，對上覆巖層進行有效的支撐，從而達到控制地面沉降的目的，特別適合缺水礦區(qū)的充填開采。實施例6原料β型半水石膏300kg、粉煤灰100kg、硅酸鹽水泥90kg、水180kg、膨脹劑鋁粉O. 6kg、緩凝劑多聚磷酸鈉O. 24kg。制備方法同實施例一。按照上述組分制得的一種膨脹型膏體充填材料的膨脹率為30%，充填材料在3h27min初凝，4h21min終凝,膨脹開始時間為Ih 25min,終止膨脹時間為2hl2min, Id的抗壓強度為O. 53MPa，最終強度為2. 03MPa,能夠主動施壓接頂充填采空區(qū)，對上覆巖層進行有效的支撐，從而達到控制地面沉降的目的，特別適合缺水礦區(qū)的充填開采。實施例7原料α型半水石膏300kg、粉煤灰100kg、硅酸鹽水泥90kg、水180kg、膨脹劑鋁粉1. 2kg、緩凝劑多聚磷酸鈉O. 24kg。制備方法同實施例一。按照上述組分制得的一種膨脹型膏體充填材料的膨脹率為50%，充填材料在3h12min初凝，4h09min終凝,膨脹開始時間為Ih 35min,終止膨脹時間為2h22min, Id的抗壓強度為O. 63MPa，最終強度為2. 33MPa，能夠主動施壓接頂充填采空區(qū)，對上覆巖層進行有效的支撐，從而達到控制地面沉降的目的，特別適合缺水礦區(qū)的充填開采。實施例8原料α型半水石膏300kg、粉煤灰90kg、硅酸鹽水泥150kg、水250kg、膨脹劑鋁粉O. 85kg、緩凝劑多聚磷酸鈉1. 5kg。制備方法同實施例一。按照上述組分制得的一種膨脹型膏體充填材料的膨脹率為45%，充填材料在6h22min初凝，8h終凝，膨脹開始時間為Ih 30min，終止膨脹時間為2h30min，Id的抗壓強度為 O. 5MPa，最終強度為2. 12MPa，能夠主動施壓接頂充填采空區(qū)，對上覆巖層進行有效的支撐，從而達到控制地面沉降的目的，特別適合缺水礦區(qū)的充填開采。
權(quán)利要求
1.一種主動施壓高膨脹型膏體充填材料，其特征在于，配比如下 半水石膏 240 300kg/m3 粉煤灰45 100kg/m3 水泥45 150kg/m3 石灰0 50kg/m3 水180 250kg/m3 膨脹劑0. 24 1. 2kg/m3 緩凝劑 0. 24 1. 5kg/m3 0
2.如權(quán)利要求1所述的主動施壓高膨脹型膏體充填材料，其特征在于，所述的半水石膏為a型半水石膏和/或P型半水石膏。
3.如權(quán)利要求1所述的主動施壓高膨脹型膏體充填材料，其特征在于，所述的緩凝劑為硼砂、檸檬酸、多聚磷酸鈉中的一種或一種以上。
4.如權(quán)利要求1所述的主動施壓高膨脹型膏體充填材料，其特征在于，所述的膨脹劑為鋁粉。
5.如權(quán)利要求1所述的主動施壓高膨脹型膏體充填材料，其特征在于，所述的水泥為硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合娃酸鹽水泥中的一種或一種以上。
6.如權(quán)利要求1-5任一所述的主動施壓高膨脹型膏體充填材料的使用方法，其特征在于，使用時，先將半水石膏、粉煤灰、硅酸鹽水泥、石灰和水按照配比混合均勻，然后加入膨脹劑和緩凝劑混合均勻，用泵送充填即可。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種主動施壓高膨脹型膏體充填材料，它是由半水石膏、粉煤灰、水泥、石灰、水、膨脹劑和緩凝劑混合均勻而成，用泵送充填即可。本發(fā)明充填材料在凝固成型過程中產(chǎn)生氣體而膨脹，經(jīng)本充填材料充填的墻體能夠主動施壓接頂充填采空區(qū)，會對上覆巖層進行有效的支撐，從而達到控制地面沉降的目的。充填材料為膏狀，固液比為(2.2～3.3):1，用水量少，特別適宜于缺水礦區(qū)。
文檔編號E21F15/00GK103011742SQ20121051786
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月5日
發(fā)明者展曉元, 王敏, 石永奎, 陳連軍, 王洪彪 申請人:山東科技大學(xué)