專利名稱：利用煤矸石制做的煤礦采空區(qū)充填材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤礦采空區(qū)的治理領(lǐng)域，具體涉及一種利用煤礦廢棄物---煤矸石為主要原料制作的煤礦采空區(qū)充填材料。
背景技術(shù)：
我國是世界上少數(shù)幾個一次能源以煤炭為主的國家之一，煤炭作為基礎(chǔ)能源對國民經(jīng)濟發(fā)展和人類進步起著舉足輕重的作用。但同時煤礦開采對環(huán)境造成的危害也與日俱增，主要包括采煤導(dǎo)致的地面塌陷、采煤廢水、煤矸石及礦區(qū)生態(tài)的破壞，其中地面塌陷對環(huán)境的影響尤為嚴重，導(dǎo)致地面的沉降和陷落，可使村莊、管線、橋梁和鐵路等造成破壞，農(nóng)田下陷而引起大面積的積水和土地鹽潰化而無法耕種。地面塌陷主要原因是因為煤礦采空區(qū)沒有經(jīng)過合理的后續(xù)治理所引起。充填采礦技術(shù)是利用具有一定強度并且廉價的材料充填采空區(qū)，既可以控制采煤引起的地面塌陷，又可以充分回采資源，實現(xiàn)資源與環(huán)境、安全、經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展的目標。世界充填采礦技術(shù)發(fā)展的幾個階段(I)干式充填干式充填是國內(nèi)外礦山應(yīng)用最早的充填方法。干式充填是將采集的塊石、砂石、土壤、工業(yè)廢渣等干式充填材料用人力、重力或機械設(shè)備運送到待充填區(qū)域，形成可壓縮的松散充填體。這樣的充填勞動力需求大、作業(yè)成本高、采場充填時間長、影響生產(chǎn)等缺點,而且充填效果不理想。(2)水力充填由于干式充填存在著許多問題，逐漸發(fā)展了水力充填，20世紀50年代到60年代， 水力充填得到了廣泛應(yīng)用。到目前為止，水力充填在煤礦應(yīng)用最廣，減沉效果也最好。(3)膠結(jié)充填由于水力充填的充填材料缺乏內(nèi)聚特性，不能形成穩(wěn)固自立的充填體，20世紀60 年代，加拿大、美國、澳大利亞、中國等國家的金屬礦山開始試驗?zāi)z結(jié)充填技術(shù)。膠結(jié)充填技術(shù)也經(jīng)歷了由低濃度向高濃度發(fā)展的過程。20世紀60年代中期，普遍采用硅酸鹽水泥或其它膠凝材料添加到低濃度水砂充填料中，質(zhì)量濃度60 % 68 %，既提高了充填體強度，又易于實現(xiàn)水力輸送。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種利用煤矸石制做的煤礦采空區(qū)充填材料。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種利用煤矸石制做的煤礦采空區(qū)充填材料，材料包括煤矸石、粉煤灰及水泥，煤矸石、粉煤灰及水泥的重量比為15 : 4 : O. 6。煤矸石是我國排放量最大的工業(yè)廢渣，約占全國工業(yè)廢渣排放量的1/4。煤矸石棄置不用，占用大片土地。煤矸石中的硫化物逸出或浸出會污染大氣、農(nóng)田和水體。矸石山還會自燃發(fā)生火災(zāi)，或在雨季崩塌，淤塞河流造成災(zāi)害。中國積存煤矸石達10億噸以上，每年還將排出煤矸石I億噸。為了消除污染，自60年代起，很多國家開始重視煤矸石的處理和利用。煤矸石的常規(guī)填埋法，是將煤矸石直接填入塌陷的塘、湖、溝或低洼地區(qū)，對場地和廢棄物不作任何處理。其工藝簡單，成本低廉，但是造成環(huán)境的二次污染，是具有較大威脅的污染源，影響礦山的可持續(xù)性發(fā)展。因此合理利用煤矸石的潛在膠凝性能，充填到地下采空區(qū)以最大限度地提高利用率，減少地表堆存量。粉煤灰是熱電廠排棄的廢料，是數(shù)量大、分布范圍廣、大量占用土地、嚴重污染環(huán)境的工業(yè)廢渣之一。目前，我國每年的粉煤灰排放量達一億噸，但利用率僅23%。然而，硅酸鹽行業(yè)對粉煤灰的研究表明，粉煤灰是一種人工火山灰材料，具有一定的膠結(jié)性能，可以部分取代水泥。粉煤灰的火山灰質(zhì)特性，具有一定的鈣質(zhì)活性。在膠結(jié)充填料中加入一定量的粉煤灰，可以提高充填體的強度，特別是后期強度。到目前為止，在國內(nèi)外的水工大壩及土工建筑上，粉煤灰部分替代水泥十分普遍，大壩混凝土以及建筑構(gòu)件中，粉煤灰的摻量一般為20% 40%，有的高達50% 60%，取得了良好的經(jīng)濟效果。就礦山而言，膠結(jié)充填需使用大量水泥，致使充填作業(yè)中水泥費用的投入居高不下，生產(chǎn)成本高。在礦山膠結(jié)充填作業(yè)中利用粉煤灰取代部分水泥，以減少礦山的充填費用，降低生產(chǎn)成本。
具體實施例方式以下結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明進行詳細說明。I.原材料選擇(I)充填成本是采用膠結(jié)充填采礦法的礦山中占用出礦成本較高的一塊，充填材料費用又是構(gòu)成充填成本的主要因素。因此礦山選擇充填材料的時，要在充填材料滿足強度要求前提下，首先考慮原材料的來源廣、成本低；選用煤礦廢棄物煤矸石以及煤炭燃燒后的粉煤灰等固體工業(yè)廢料做充填材料，不僅成本低廉，而且可以解決礦山企業(yè)的排污問題， 所以這類工業(yè)固體廢料應(yīng)該是充填材料的首選物料。2.材料配比及強度實驗材料粒徑見表I :表I材料及粒徑(mm)
材料煤矸石粉煤灰水泥(32. 5)粒徑O. 074 20O. 005 O. 3O. 05 O. 3根據(jù)調(diào)查及前期試驗，以水泥占充填材料總量的為基礎(chǔ)，煤矸石與粉煤灰的質(zhì)量比為15 4來設(shè)計配比，并設(shè)計一組不含水泥的空白作為對照。
配比I:煤矸石粉煤灰水泥==15 : 4O ；
配比2:煤矸石粉煤灰水泥==15 : 4O. 6 ；
配比3:煤矸石粉煤灰水泥==15 : 4I ;
配比4:煤矸石粉煤灰水泥==15 : 41.4 ；
模具充填固體的總質(zhì)量為I. 5Kg，各組充填材料的用量見表2
表2各組充填材料配比
權(quán)利要求
1.一種利用煤矸石制做的煤礦采空區(qū)充填材料，其特征在于，材料包括煤矸石、粉煤灰及水泥，煤矸石、粉煤灰及水泥的重量比為15 : 4 : 0.6。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用煤矸石制做的煤礦采空區(qū)充填材料，材料包括煤矸石、粉煤灰及水泥，煤矸石、粉煤灰及水泥的重量比為15∶4∶0.6。合理利用煤矸石的潛在膠凝性能，充填到地下采空區(qū)以最大限度地提高利用率，減少地表堆存量。在礦山膠結(jié)充填作業(yè)中利用粉煤灰取代部分水泥，以減少礦山的充填費用，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號C04B28/00GK102603241SQ201210081059
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月26日
發(fā)明者宋世杰, 賈銳魚, 趙曉光 申請人:西安科技大學(xué)