專利名稱：：一種用于噴射支護(hù)井下巷道的材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種可用做噴射支護(hù)井下巷道的材料及其制備方法，特別適用于煤礦、冶金、水利和鐵路隧道等地下巷道工程的支護(hù)。錨噴支護(hù)是一種提高圍巖自撐能力的主動(dòng)支護(hù)方法，在經(jīng)過了多年的研究、試驗(yàn)和推廣應(yīng)用，現(xiàn)已成為礦山及地下工程巷道的主要支護(hù)手段。而井下噴射混凝土施工是錨噴支護(hù)施工中的重要組成部分。目前廣泛用于煤礦井下巷道支護(hù)的噴射混凝土原材料除一些外加劑(如速凝劑)外，基本與普通施工中所使用的材料相同，即水泥、砂、石子或石粉，將它們按一定比例混合攪拌后送入混凝土噴射機(jī)，再利用壓縮空氣把干或潮的混合料送至噴嘴處加水后高速噴射到受噴面上。使用這種材料的弊端主要表現(xiàn)在施工時(shí)粉塵和回彈率高，分別達(dá)到了100mg／m3和30％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重影響了工人的身體健康；此外，其施工成本高，自重大，且采石破壞生態(tài)環(huán)境，挖砂損失土地資源等均構(gòu)成對(duì)使用該噴射支護(hù)材料的不利因素。為了避免上述弊端，本發(fā)明的目的在于提供一種具有粉塵濃度小，回彈量低的，且尤其適用于噴射支護(hù)井下巷道的材料以及它的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是以經(jīng)過加工篩分后形成粒度均勻的煤矸石與熟石灰混合作為骨料，配以水泥和速凝劑構(gòu)成該材料。所述煤矸石為充分自燃膨脹后形成的具有活性的自燃陶粒，該陶粒的粒徑應(yīng)≤15mm。熟石灰的重量應(yīng)≤10％自燃陶粒重量；自燃陶粒與水泥的配比為2∶1-7∶1；速凝劑是水泥重量的2-6％。將上述材料按以下步驟制備1、由矸石山采料，并加入＜10％煤矸石重量的水進(jìn)行機(jī)械破碎，然后篩分分類；2、按比例加入熟石灰，至少提前二天存入井下專用料場(chǎng)以充分潮解；3、使用時(shí)，加入適當(dāng)比例的水泥和速凝劑進(jìn)行集中拌料，然后經(jīng)混凝土噴射機(jī)對(duì)巷道實(shí)現(xiàn)噴射支護(hù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是這種以自燃陶粒為骨料的混凝土與傳統(tǒng)的噴射混凝土的最大區(qū)別在于，以往的混凝土主要使用的是惰性材料作為其混凝土的骨料，而自燃陶粒是煤矸石露天堆放、完全自燃后形成的具有活性的物質(zhì)，具有一定的凝膠活性。它在混凝土中不但起到骨料的支撐作用，其中一部分礦物參與水泥的水化反應(yīng)，起到凝膠的作用，有利于提高混凝土的強(qiáng)度。本發(fā)明正是利用了這種具有活性、且充分自燃的煤矸石所形成的質(zhì)輕、強(qiáng)度高的新礦物質(zhì)-自燃陶粒作為噴射混凝土的骨料，又加入一定比例的熟石灰后，使其Ca+濃度加大，更增強(qiáng)了活性并促進(jìn)了反應(yīng)，且其骨料的和易性好，粘度大，加之合理的施工工藝，經(jīng)試驗(yàn)表明可大幅度降低噴射混凝土的施工成本，提高其噴護(hù)的強(qiáng)度，回彈量下降到15％以下，粉塵濃度降至50mg／m3以下，都分別比原來降低了50％，從根本上解決了噴射混凝土支護(hù)中回彈量大，粉塵濃度高的兩大難題。同時(shí)，因自燃陶粒具有的較強(qiáng)汲水特性，還為改善工人的勞動(dòng)作業(yè)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、降低施工成本，以及減少工人職業(yè)病的發(fā)生和提高井下巷道支護(hù)的安全可靠性都提供了有利條件。煤矸石是夾在煤層間的脈石，是煤礦開采中的廢棄物，由于排出量大，占用了大量的土地，也污染了環(huán)境。然而隨著使用本發(fā)明井下巷道噴射混凝土支護(hù)范圍的逐漸擴(kuò)大，其骨料的需要量亦不斷增大，這既給煤矸石的綜合利用創(chuàng)造出了新途徑，也可大大降低對(duì)環(huán)境的污染并節(jié)約土地資源。開灤(集團(tuán))公司從1997年開始研制并使用本發(fā)明新材料、新工藝。它采用了堆放時(shí)間在20年以上，其內(nèi)部溫度高至900℃以上并由內(nèi)部向外部自燃的具有一定含炭量和硫分的煤矸石做骨料，加定量水(通常為小于煤矸石重量的10％即可)，經(jīng)機(jī)械破碎后篩分出≤15mm粒徑的自燃陶粒，再加入重量比為≤10％的熟石灰，裝入礦車運(yùn)至井下，放置在專用料場(chǎng)(最好有二天以上的時(shí)間充分潮解)。待使用時(shí)，在拌料過程中加入普通硅酸鹽水泥(其比例是自燃陶粒與水泥之比為2∶1-7∶1)和速凝劑(是水泥重量的2-6％)，最后經(jīng)混凝土噴射機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道的噴射支護(hù)。上述自燃陶粒的主要物理性能是濕容重1200-1600kg／m3，干容重1100-1500kg／m3，含水量4-6％，比重2200-2600kg／m3；其主要化學(xué)成份為SiO250-65％，Al2O312-25％，F(xiàn)e2O35-10％，CaO1-2％，MgO1-2％，Loss(燒失量)4-6％。為了得到更好的支護(hù)效果，自燃陶粒還可按粒徑再分為細(xì)骨料(0-5mm)和粗骨料(5-15mm)兩種，而其顆粒級(jí)配最好符合粗骨料與細(xì)骨料之比為1∶1．3-1∶2．0。當(dāng)取自燃陶粒與水泥之比分別為3∶1，4∶1，5∶1，6∶1，7∶1；則該材料所對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度為(Mpa)<tablesid="table1"num="001"><table>3天9．5-12．59．0-12．08．5-11．07．5-10．06．5-9．07天12．5-16．012．0-14．011．0-12．510．0-11．59．0-10．028天21．5-28．520．5-26．518．5-24．517．5-23．015．5-20．0</table></tables>以上數(shù)據(jù)表明該材料強(qiáng)度是滿足或高于設(shè)計(jì)規(guī)范要求的。不僅如此，該材料的其他技術(shù)指標(biāo)如稠度、凝結(jié)時(shí)間等也都達(dá)到了噴射混凝土支護(hù)的設(shè)計(jì)要求?，F(xiàn)以本公司唐山礦為實(shí)例過去噴漿使用的是砂石骨料，存在著生產(chǎn)成本高、施工中回彈量大、粉塵濃度高等問題。1998年9月唐山礦進(jìn)行了以自燃陶粒為骨料的噴射混凝土試驗(yàn)，試驗(yàn)地點(diǎn)選在7044總回風(fēng)道。試驗(yàn)結(jié)果見下表以上數(shù)據(jù)表明，唐山礦在使用自燃陶?；炷僚c原來砂石混凝土在現(xiàn)場(chǎng)試塊與拉拔實(shí)測(cè)中，7天的抗壓強(qiáng)度分別提高1-3．1％和5．4-9．6％；28天的抗壓強(qiáng)度分別降低2．3％和1．8％，但仍能滿足(設(shè)計(jì)14．7Mpa)要求，并比設(shè)計(jì)要求分別提高13．6％和11．6％。粉塵中游離SiO2降低55％，呼吸性粉塵降低44％，總粉塵降低56％，回彈降低50％，噴射效率提高20％。與傳統(tǒng)的噴射混凝土支護(hù)相比，由于新材料的制造、運(yùn)輸方便，貨源充足，加之施工的回彈量降低，故每米巷道噴射支護(hù)的材料費(fèi)可節(jié)省300-600元，其施工成本明顯降低。在本發(fā)明新材料、新工藝采用后，還提高了噴射支護(hù)的效率，節(jié)約壓風(fēng)、水、電及人工費(fèi)用，可產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益是原來的22％；減少設(shè)備維修和易耗材料消耗可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益是原來的20％。另外，對(duì)巷道支護(hù)的后期維護(hù)，因本發(fā)明具有較好吸附性，很少發(fā)生漿體爆裂、脫落等現(xiàn)象，在同等條件下減少后期維護(hù)量2％。綜合以上幾項(xiàng)分析，一般支護(hù)每米巷道可節(jié)省資金400-700元，1999年開灤(集團(tuán))公司共計(jì)完成井下噴射支護(hù)巷道17800m，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益900余萬元。從社會(huì)效益分析，由于工作場(chǎng)所粉塵濃度的降低，因而改善了作業(yè)環(huán)境，降低了工人塵肺病的發(fā)病率，對(duì)于提高職工的健康水平，延長(zhǎng)勞動(dòng)力的使用壽命等，其滯后效益無法計(jì)算。而這種煤矸石的重新開發(fā)利用，既減少污染，又為本企業(yè)職工增加就業(yè)提供了機(jī)會(huì)。利用本發(fā)明的新材料，目前在開灤(集團(tuán))公司已經(jīng)擴(kuò)展到在井下大型機(jī)電硐室中應(yīng)用，并用于井下鋪軌、注筑和水泥制品的制備中(此時(shí)材料中自燃陶粒的粒度選取應(yīng)在5-30mm之間)。由于充分自燃的煤矸石在全國(guó)煤礦企業(yè)中廢棄有數(shù)十億噸，大量的矸石山不僅破壞環(huán)境還占用了很多土地資源，已成為公害，顯然能夠使它變廢為寶并充分利用，必將會(huì)創(chuàng)造出非?？捎^的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。權(quán)利要求1.一種用于噴射支護(hù)井下巷道的材料，其特征在于，以經(jīng)過加工篩分后形成粒度均勻的煤矸石與熟石灰混合為骨料，配以水泥和速凝劑構(gòu)成。2.如權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于，上述煤矸石為充分自燃膨脹后形成的具有活性的自燃陶粒，該陶粒的粒徑應(yīng)≤15mm。3.如權(quán)利要求1或2所述的材料，其特征在于，熟石灰的重量應(yīng)≤10％自燃陶粒重量；自燃陶粒與水泥的配比為2∶1-7∶1；速凝劑是水泥重量的2-6％。4.一種用于對(duì)上述材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟a、由矸石山采料，并加入＜10％煤矸石重量的水進(jìn)行機(jī)械破碎，然后篩分分類；b、按比例加入熟石灰，至少提前二天存入井下專用料場(chǎng)以充分潮解；c、使用時(shí)，加入適當(dāng)比例的水泥和速凝劑進(jìn)行集中拌料，然后經(jīng)混凝土噴射機(jī)對(duì)巷道實(shí)現(xiàn)噴射支護(hù)。全文摘要本發(fā)明涉及一種可廣泛用于煤礦、冶金、水利和鐵路隧道等地下巷道工程噴射支護(hù)的材料及其制備工藝。它是利用充分自燃的煤矸石而形成的自燃陶粒為骨料,按比例加入熟石灰做添加劑與水泥和速凝劑混合,再經(jīng)噴漿機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道的噴射支護(hù)。該發(fā)明用于井下巷道做噴護(hù)材料,其強(qiáng)度高、粉塵濃度低、回彈率低,同時(shí)還有利于煤矸石的綜合利用,大大減少其對(duì)環(huán)境的污染并節(jié)約大量土地資源。文檔編號(hào)C04B18/12GK1281829SQ00122898公開日2001年1月31日申請(qǐng)日期2000年9月5日優(yōu)先權(quán)日2000年9月5日發(fā)明者鐘亞平,殷作如,李建民,婁玉民,裴廣文,張樹功,董榮泉,戚兆祥,孫金榮,梁和平,沈綿申請(qǐng)人:開灤(集團(tuán))有限責(zé)任公司