一种速凝膏体材料、制备方法及应用与流程

本发明属于煤炭开采领域，具体涉及一种速凝膏体材料、制备方法及应用。

背景技术：

1、填开采是有效解决地表沉陷、水土流失等生态环境破坏的有效手段。目前采用的架后充填工艺由于相关充填工艺不够成熟，尤其是，充填所用的膏体材料凝结时间过长、早期强度太低，致使液压支架不能及时移架，进而影响开采进度，导致煤矿生产效率低，而现有速凝膏体材料的制备方法为增加水泥掺量、减水剂掺量与速凝剂掺量，这种方式不但较大程度的增加材料的成本，而且由于材料早期水化反应使得骨架定形，妨碍水泥材料后期的进一步水化反应，导致得到的速凝膏体材料内部存在大量结构缺陷，后期强度提升较小，不利于材料的耐久性。亟需改进。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于，提供一种速凝膏体材料、制备方法及应用，以解决现有技术中存在的架后充填用膏体材料凝结时间过长、早期强度低的技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

3、一种速凝膏体材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

4、步骤1、将煤矸石和煤气化渣倒入搅拌设备中，向搅拌设备中加入水，在100～200r/min速率下混合搅拌1～3min，得到混合物料a

5、步骤2、向混合物料a中依次加入水泥、粉煤灰、镁渣、减水剂和水，在100～200r/min速率下混合搅拌3～5min，得到料浆b；

6、步骤3、向料浆b中加入碳酸氢钠和速凝剂，在100～200r/min速率下混合搅拌3～5min，即得速凝膏体材料；

7、所述速凝膏体材料以重量份数计，包括以下组分：水泥100～200份，粉煤灰100～200份，镁渣50～100份，煤气化渣150～300，煤矸石60～1200份，碳酸氢钠8～16份，减水剂0.2～1.0份，速凝剂2～10份和水200～350份。

8、本发明还具有以下技术特征：

9、具体的，所述速凝剂选自偏铝酸钠、硫酸铝、硫铝酸钙和硫酸钠中的一种或多种。

10、更进一步的，所述减水剂选自聚羧酸减水剂和萘系减水剂中的一种或多种。

11、更进一步的，所述粉煤灰的粉末粒径至少80％小于45μm；所述镁渣的粒径小于75μm，所述煤气化渣骨料的粒径为0.075mm～4.75mm，所述煤矸石骨料的粒径小于20mm。

12、更进一步的，所述方法包括以下步骤：

13、步骤1、将煤矸石和煤气化渣倒入搅拌设备中，向搅拌设备中加入水，在100r/min速率下混合搅拌2min，得到混合物料a

14、步骤2、向混合物料a中依次加入水泥、粉煤灰、镁渣、减水剂和水，在200r/min速率下混合搅拌3min，得到料浆b；

15、步骤3、向料浆b中加入碳酸氢钠和速凝剂，在200r/min速率下混合搅拌5min，即得速凝膏体材料；

16、所述速凝膏体材料以重量份数计，包括以下组分：水泥150份，粉煤灰150份，镁渣70份，煤气化渣200份，煤矸石1200份，碳酸氢钠15份，减水剂0.8份，速凝剂6份和水260份。

17、本发明还保护一种速凝膏体材料，所述速凝膏体材料采用上述的制备方法制得。

18、更进一步的，所述膏体材料的凝结时间小于3小时，1d抗压强度大于2mpa，28d抗压强度大于5mpa。

19、本发明还保护上述速凝膏体材料用于充填开采的应用。

20、本发明与现有技术相比，具有如下有益的技术效果：

21、(1)本发明提供的速凝膏体材料为胶凝材料，制备原料中使用了较多的固废材料，能够有效降低成本；煤气化渣颗粒中有大量的球状颗粒，适量取代部分矸石，可以改善材料的和易性，提升料浆的流动性，增大材料固化后各组分分布的均匀性，降低减水剂的使用量；煤气化渣物相主要为玻璃态的硅铝酸盐，添加到水泥基膏体材料中，后期与水泥水化产物氢氧化钙进一步发生反应，生成额外的水化硅酸钙凝胶，填充结石体内部缺陷，增加结石体密实度，从而提升材料耐久性。

22、(2)本发明提供的速凝膏体材料能够用于开采充填，膏体材料中加入的速凝剂能够促进水泥的早期水化反应，在消耗大量拌合水的同时生成水化产物，增加材料内部密实度，降低膏体流动性，缩短材料凝结时间，提升材料早期强度；加入的镁渣与体系内的二氧化碳进一步发生反应，生成大量的碳酸钙、碳酸镁与二氧化硅凝胶，这些产物填充了早期材料的空隙，能够增加材料密实度，提升材料早期强度。

技术特征：

1.一种速凝膏体材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的速凝膏体材料的制备方法，其特征在于，所述速凝剂选自偏铝酸钠、硫酸铝、硫铝酸钙和硫酸钠中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的速凝膏体材料的制备方法，其特征在于，所述减水剂选自聚羧酸减水剂和萘系减水剂中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的速凝膏体材料的制备方法，其特征在于，所述粉煤灰的粉末粒径至少80％小于45μm；所述镁渣的粒径小于75μm，所述煤气化渣骨料的粒径为0.075mm～4.75mm，所述煤矸石骨料的粒径小于20mm。

5.如权利要求1所述的速凝膏体材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

6.一种速凝膏体材料，所述速凝膏体材料采用如权利要求1～5中任意一项所述的制备方法制得。

7.如权利要求6所述的速凝膏体材料，其特征在于，所述速凝膏体材料的凝结时间小于3小时，1d抗压强度大于2mpa，28d抗压强度大于5mpa。

8.如权利要求1～5中任一项所述的制备方法制得的速凝膏体材料用于充填开采的应用。

技术总结本发明提供了一种速凝膏体材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：步骤1、将煤矸石和煤气化渣倒入搅拌设备中，向搅拌设备中加入水，在100～200r/min速率下混合搅拌1～3min，得到混合物料A步骤2、向混合物料A中依次加入水泥、粉煤灰、镁渣、减水剂和水，在100～200r/min速率下混合搅拌3～5min，得到料浆B；步骤3、向料浆B中加入碳酸氢钠和速凝剂，在100～200r/min速率下混合搅拌3～5min，即得速凝膏体材料。本发明提供的速凝膏体材料为胶凝材料，制备原料中使用了较多的固废材料，能够有效降低成本；煤气化渣颗粒中有大量的球状颗粒，适量取代部分矸石，可以改善材料的和易性，提升料浆的流动性，增大材料固化后各组分分布的均匀性。技术研发人员：张跃宏,武博强,陈崇枫,朱世彬,韩乐,贾立龙,王海江,白金亮受保护的技术使用者：中煤科工西安研究院（集团）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14