一种具有吸能承载降温特性的煤矿膏体充填材料及其制备方法

本发明属于煤矿绿色开采，尤其涉及一种具有吸能承载降温特性的煤矿膏体充填材料及其制备方法。

背景技术：

1、

2、膏体充填开采技术充填采空区，形成了以充填体为主的覆岩支撑体，有效抑制上覆顶板下沉与地表沉陷，消除了传统的采空区因垮落开采产生的应力集中；有效缓解采煤引起的矿山压力转移，吸收冲击能量，预防和控制冲击地压；有效地从根源上消除了水、火、瓦斯等重大灾害，但我国对膏体充填在防灾减灾方面还未开展相关研究。而膏体充填防灾减灾关键在于研发功能性膏体充填材料，拓宽膏体充填技术应用领域。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种具有吸能承载降温特性的煤矿膏体充填材料及其制备方法，通过采用该充填材料，不仅实现“三下”压覆资源开采承载性能需求，而且可以增加膏体充填体的吸能性能，并降低膏体充填材料胶结料的水化热而产生的温度裂缝，有利于膏体充填体的长期承载特性。

2、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、本发明的技术方案之一：

4、一种具有吸能承载降温特性的煤矿膏体充填材料，包括水基泡沫和矸石基膏体；

5、其中，所述水基泡沫和矸石基膏体的质量比为0.2-1.0。

6、优选的，所述水基泡沫由表面活性剂经水稀释、发泡制得。

7、进一步，所述表面活性剂与水的质量比为1∶77。

8、更进一步，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。

9、优选的，所述矸石基膏体包括煤矸石、粉煤灰、胶结料、速凝剂和水。

10、进一步，所述速凝剂为pa贝福剂。

11、进一步，按照重量份数计，所述矸石基膏体包括以下原料组分：

12、1100-1300份煤矸石、130-170份粉煤灰、150-180份胶结料、2-5份速凝剂和320-390份水。

13、本发明的技术方案之二：

14、一种具有吸能承载降温特性的煤矿膏体充填材料的制备方法，包括以下步骤：

15、(1)根据上述原料组分用量进行称量备用；

16、(2)将所述煤矸石进行破碎处理，然后与所述粉煤灰、胶结料、速凝剂和水混合搅拌，得到所述矸石基膏体；

17、(3)向所述表面活性剂中加入水依次进行稀释、压风发泡处理得到水基泡沫；

18、(4)将所述水基泡沫和矸石基膏体混合均匀，得到所述煤矿膏体充填材料，即煤矿复合固化膏体料浆(fmbp)。

19、优选的，步骤(2)所述破碎处理包括一级粗破和二级细碎。

20、优选的，步骤(2)所述破碎处理后的矸石粉料粒径在5mm以内；

21、其中，粒径小于0.08mm的矸石粉料的含量为15wt.％。

22、优选的，根据稀释液流动方向，步骤(3)所述压风发泡处理采用的发泡器依次包括稀释液进料筒、高压空气进料筒、内部固定有多孔介质板的发泡筒和泡沫出料筒；

23、其中，所述高压空气进料筒和发泡筒均与所述稀释液进料筒垂直连通；其中，所述高压空气进料筒靠近所述稀释液进料口。

24、优选的，步骤(3)所述压风发泡处理采用高压空气，压力为0.3-0.4mpa，高压空气的流速为32-35h/m3。

25、优选的，步骤(4)所述混合处理采用的混合器包括中空螺旋杆、混合筒、螺旋叶片和导流叶轮；

26、其中，所述中空螺旋杆设置在混合筒的内部；

27、所述导流叶轮和所述螺旋叶片固定连接在所述中空螺旋杆上；所述导流叶轮设置在靠近矸石基膏体进料口位置；所述水基泡沫由中空螺旋杆进入，经过导流叶轮流出进入混合筒，与矸石基膏体经过转动的螺旋叶片进行混合，得到煤矿膏体充填材料，然后由出料筒排出。

28、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

29、(1)本发明制备的fmbp复合固化膏体充填料浆在满足采空区膏体充填体承载性能要求的基础上，最大限度地增加膏体充填体吸能特性，进而尽可能转化围岩应力，有利于从源头上防治冲击地压动力灾害。

30、(2)本发明制备的fmbp复合固化膏体充填料浆具有降温特性，可以减少膏体中胶凝材料的水化热导致的问题裂缝，有利于膏体充填体的长期承载。

31、(3)本发明制备的fmbp复合固化膏体充填料浆具有降温特性，有利于煤层降温防灭火。

32、(4)本发明制备的fmbp复合固化膏体充填料浆可以实现矿山灾害源头防治，有利于拓宽膏体充填技术的应用领域，不再局限于“三下”压覆资源的开采。

技术特征：

1.一种具有吸能承载降温特性的煤矿膏体充填材料，其特征在于，包括水基泡沫和矸石基膏体；

2.根据权利要求1所述的一种具有吸能承载降温特性的煤矿膏体充填材料，其特征在于，所述水基泡沫由表面活性剂经稀释、发泡制得。

3.根据权利要求1所述的一种具有吸能承载降温特性的煤矿膏体充填材料，其特征在于，所述矸石基膏体包括煤矸石、粉煤灰、胶结料、速凝剂和水。

4.根据权利要求3所述的一种具有吸能承载降温特性的煤矿膏体充填材料，其特征在于，按照重量份数计，所述煤矿膏体充填材料包括以下原料组分：

5.一种具有吸能承载降温特性的煤矿膏体充填材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种具有吸能承载降温特性的煤矿膏体充填材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述破碎处理包括一级粗破和二级细碎。

7.根据权利要求6所述的一种具有吸能承载降温特性的煤矿膏体充填材料的制备方法，其特征在于，所述破碎处理后的矸石粉料粒径在5mm以内；

8.根据权利要求5所述的一种具有吸能承载降温特性的煤矿膏体充填材料的制备方法，其特征在于，根据稀释液流动方向，步骤(3)所述压风发泡处理采用的发泡器依次包括稀释液进料筒、高压空气进料筒、内部固定有多孔介质板的发泡筒和泡沫出料筒；

9.根据权利要求5所述的一种具有吸能承载降温特性的煤矿膏体充填材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述混合处理采用的混合器包括中空螺旋杆、混合筒、螺旋叶片和导流叶轮；

技术总结本发明提出了一种具有吸能承载降温特性的煤矿膏体充填材料及其制备方法，属于煤矿绿色开采技术领域，该煤矿膏体充填材料包括水基泡沫和矸石基膏体；其中，所述水基泡沫和矸石基膏体的质量比为0.2‑1.0；所述水基泡沫由表面活性剂经稀释、发泡制得。本发明相比传统煤矿矸石粉煤灰膏体，在满足煤矿充填承载性能需求的基础上，不仅具有吸能性好，更有利于吸收转移围岩应力，有效减弱矿井冲击地压危险，而且可以解决大体积充填膏体由于水化热导致的温度裂缝问题，有利于采空区充填体的长期稳定性。技术研发人员：常庆粮,张彪,孙益博,王璐宁,姚兴杰,豆新雷,秦建壮受保护的技术使用者：中国矿业大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29