本發(fā)明涉及煤礦注漿保水開采，具體涉及混合增鈣熱活化黃土及制備方法和應(yīng)用、改性黃土水泥基膠凝材料及應(yīng)用、改性黃土水泥基膠凝水化材料及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、煤炭資源儲量豐富的地區(qū)的地下水資源與煤炭資源通常共存，給煤炭的開采和地下水的保護(hù)都帶來了極大的困難，在煤炭開采的同時(shí)，要防止水害的入侵造成透水煤礦事故，也要盡可能的保護(hù)地下水資源。注漿開采技術(shù)應(yīng)用而生。大規(guī)模的注漿開采極大的消耗了水泥等膠凝材料，顯著增加了采礦成本，給礦山企業(yè)帶來了一定的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

2、黃土中的氧化物主要組成為sio2、cao和al2o3，使其成為潛在的注漿開采用輔助膠凝材料。但是原料黃土的水化反應(yīng)活性低，導(dǎo)致單純的黃土作為輔助膠凝材料不能滿足工程上對于注漿材料凝結(jié)性能的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供混合增鈣熱活化黃土及制備方法和應(yīng)用、改性黃土水泥基膠凝材料及應(yīng)用、改性黃土水泥基膠凝水化材料及應(yīng)用。采用本發(fā)明提供的混合增鈣熱活化黃土的水化反應(yīng)活性高，作為輔助膠凝材料制備水泥基注漿材料時(shí)，其在凝結(jié)性和膠凝性能等方面均有較好的表現(xiàn)，可通過調(diào)整配比滿足不同注漿區(qū)域的需求。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種混合增鈣熱活化黃土的制備方法，包括以下步驟：

4、將黃土與增鈣劑混合，進(jìn)行煅燒，得到混合增鈣熱活化黃土；

5、所述增鈣劑包括白云巖和蘇打灰；

6、所述黃土與增鈣劑的質(zhì)量比為1.5～2.5：1；

7、所述煅燒的溫度為1000～1100℃。

8、優(yōu)選地，所述白云巖和蘇打灰的質(zhì)量比為1：0.8～1.2。

9、優(yōu)選地，所述煅燒的保溫時(shí)間為0.8～1.2h。

10、本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述制備方法制得的混合增鈣熱活化黃土。

11、本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述的混合增鈣熱活化黃土作為凝膠材料的應(yīng)用。

12、本發(fā)明還提供了一種改性黃土水泥基膠凝材料，包括復(fù)合凝膠材料和水；所述復(fù)合凝膠材料包括水泥和上述技術(shù)方案所述的混合增鈣熱活化黃土。

13、優(yōu)選地，所述復(fù)合凝膠材料中混合增鈣熱活化黃土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20～50％。

14、本發(fā)明還提供了一種改性黃土水泥基膠凝水化材料，由上述技術(shù)方案所述的改性黃土水泥基膠凝材料經(jīng)養(yǎng)護(hù)得到。

15、優(yōu)選地，所述養(yǎng)護(hù)的溫度為18～22℃，濕度為90～100％，時(shí)間為3～28天；所述養(yǎng)護(hù)為密閉養(yǎng)護(hù)。

16、本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述的改性黃土水泥基膠凝材料或上述技術(shù)方案所述的改性黃土水泥基膠凝水化材料在注漿保水開采中的應(yīng)用。

17、本發(fā)明提供了一種混合增鈣熱活化黃土的制備方法，包括以下步驟：將黃土與增鈣劑混合，進(jìn)行煅燒，得到混合增鈣熱活化黃土；所述增鈣劑包括白云巖和蘇打灰；所述黃土與增鈣劑的質(zhì)量比為1.5～2.5：1；所述煅燒的溫度為1000～1100℃。本發(fā)明利用白云巖和蘇打灰對黃土進(jìn)行增鈣改性，并控制煅燒的溫度和增鈣劑的用量，高溫煅燒過程中，增鈣劑促使更多的鋁參與固相反應(yīng)，并以鋁酸鹽和/或偏鋁酸鹽的形式存在于煅燒產(chǎn)物中，比如na捕獲al形成naalo2，而ca則捕獲al形成ca7alo12(oh)4·4h2o，提高了在堿性條件下混合增鈣熱活化黃土中al的離子溶出濃度；此外，高溫條件下f-cao與黃土中的si結(jié)合生成具有水硬性的硅酸鈣類產(chǎn)物，提高了在堿性條件下混合增鈣熱活化黃土中si溶出因此，煅燒產(chǎn)物中的活性成分增加極大程度地提高了改性黃土的水化反應(yīng)活性，進(jìn)而提高了改性黃土制備水泥基注漿材料時(shí)的水化反應(yīng)活性，提高改性黃土的膠凝性能。而且，本發(fā)明利用白云巖和蘇打灰對黃土進(jìn)行增鈣改性，提高了改性黃土制備注漿充填材料的早期水化速率，進(jìn)一步提高了改性黃土的早期膠凝性能。本發(fā)明提供的混合增鈣熱活化黃土在礦山保水注漿開采中具有很好的應(yīng)用前景。

18、如實(shí)施例測試結(jié)果所示，與白云巖改性得到的單一增鈣改性黃土相比，本發(fā)明利用白云巖和蘇打灰改性的混合增鈣熱活化黃土在堿性環(huán)境中，活性si和al的溶出濃度有較大提高，si的離子溶出濃度增加約93.54％，al的離子溶出濃度增加約33.42％。說明，本發(fā)明制備的混合增鈣熱活化黃土水化活性高。

19、而且，本發(fā)明提供的制備方法，工藝簡單，操作簡單，以黃土、白云巖和蘇打灰作為混合增鈣熱活化黃土的原料，原料來源廣且易獲得，混合增鈣熱活化黃土的生產(chǎn)成本較低，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益，適宜工業(yè)化生產(chǎn)。

20、本發(fā)明還提供了一種改性黃土水泥基膠凝材料，包括復(fù)合凝膠材料和水；所述復(fù)合凝膠材料包括水泥和上述技術(shù)方案所述的混合增鈣熱活化黃土。本發(fā)明將水泥和混合增鈣熱活化黃土作為復(fù)合凝膠材料，在水化初期，混合增鈣熱活化黃土中鋁酸鹽、片鋁酸鹽的存在有助于膠凝體系產(chǎn)生較多的鈣礬石，縮短改性黃土水泥基膠凝材料的膠凝時(shí)間，膠凝性能高，對于裂隙巖體的封堵有較好的效果，在礦山保水注漿開采中具有很好的應(yīng)用前景，達(dá)到黃土資源化利用的目的。如實(shí)施例測試結(jié)果所示，與添加白云巖改性得到的單一增鈣改性黃土相比，本發(fā)明添加混合增鈣熱活化黃土的改性黃土水泥基膠凝材料的終凝時(shí)間縮短了11.1％以上。說明，本發(fā)明提供的改性黃土水泥基膠凝材料的膠凝時(shí)間。

21、而且，本發(fā)明以混合增鈣熱活化黃土代替部分水泥作為凝膠材料，能降低水泥用量；同時(shí)，制備混合增鈣熱活化黃土的煅燒溫度低于水泥生產(chǎn)過程中的煅燒溫度，降低co2排放，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。

22、本發(fā)明還提供了一種改性黃土水泥基膠凝水化材料，由上述技術(shù)方案所述的改性黃土水泥基膠凝材料經(jīng)養(yǎng)護(hù)得到。本發(fā)明提供的改性黃土水泥基膠凝材料在養(yǎng)護(hù)時(shí)發(fā)生水化，產(chǎn)生更多的鈣礬石和凝膠，使得改性黃土水泥基膠凝水化材料的微觀孔隙結(jié)構(gòu)更加致密且固體顆粒骨架結(jié)構(gòu)有所強(qiáng)化，抗壓強(qiáng)度高，力學(xué)性能好，且隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長，抗壓強(qiáng)度穩(wěn)定增加，符合現(xiàn)場注漿需求，在礦山保水注漿開采中具有很好的應(yīng)用前景。如實(shí)施例測試結(jié)果所示，與添加白云巖改性得到的單一增鈣改性黃土相比，本發(fā)明添加混合增鈣熱活化黃土的改性黃土水泥基膠凝水化材料的3d抗壓強(qiáng)度提高了34.1％以上，3d抗壓強(qiáng)度可達(dá)16.24mpa；28d抗壓強(qiáng)度提高了22.3％以上，28d抗壓強(qiáng)度可達(dá)33.98mpa，說明，本發(fā)明提供的改性黃土水泥基膠凝水化材料的抗壓強(qiáng)度高。

技術(shù)特征：

1.一種混合增鈣熱活化黃土的制備方法，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述白云巖和蘇打灰的質(zhì)量比為1：0.8～1.2。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述煅燒的保溫時(shí)間為0.8～1.2h。

4.權(quán)利要求1～3任一項(xiàng)所述制備方法制得的混合增鈣熱活化黃土。

5.權(quán)利要求4所述的混合增鈣熱活化黃土作為凝膠材料的應(yīng)用。

6.一種改性黃土水泥基膠凝材料，包括復(fù)合凝膠材料和水；所述復(fù)合凝膠材料包括水泥和權(quán)利要求4所述的混合增鈣熱活化黃土。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的改性黃土水泥基膠凝材料，其特征在于，所述復(fù)合凝膠材料中混合增鈣熱活化黃土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20～50％。

8.一種改性黃土水泥基膠凝水化材料，由權(quán)利要求6或7所述的改性黃土水泥基膠凝材料經(jīng)養(yǎng)護(hù)得到。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的改性黃土水泥基膠凝水化材料，其特征在于，所述養(yǎng)護(hù)的溫度為18～22℃，濕度為90～100％，時(shí)間為3～28天；所述養(yǎng)護(hù)為密閉養(yǎng)護(hù)。

10.權(quán)利要求6～7任一項(xiàng)所述的改性黃土水泥基膠凝材料或權(quán)利要求8～9任一項(xiàng)所述的改性黃土水泥基膠凝水化材料在注漿開采中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種混合增鈣熱活化黃土及制備方法和應(yīng)用、改性黃土水泥基膠凝材料及應(yīng)用、改性黃土水泥基膠凝水化材料及應(yīng)用，涉及煤礦注漿保水開采技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明將黃土與增鈣劑混合，進(jìn)行煅燒，得到混合增鈣熱活化黃土；所述增鈣劑包括白云巖和蘇打灰；所述黃土與增鈣劑的質(zhì)量比為1.5～2.5：1；所述煅燒的溫度為1000～1100℃。本發(fā)明利用白云巖和蘇打灰對黃土進(jìn)行增鈣改性，并控制煅燒的溫度和增鈣劑的用量，極大地改善了黃土的火山灰活性，進(jìn)而提高了改性黃土制備水泥基注漿材料時(shí)的水化反應(yīng)活性。本發(fā)明提供的混合增鈣熱活化黃土在礦山保水注漿開采中具有很好的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：張世玉,張小強(qiáng),王開,姜玉龍,白皓
受保護(hù)的技術(shù)使用者：太原理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6