一種煤矸石基礦山膠結充填材料的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種煤矸石基礦山膠結充填材料的制備方法，屬礦山充填材料領域。
【背景技術】
[0002] 煤矸石是煤炭開采和洗選過程中排放的固體廢渣，是我國目前排放量最大的工業 固體廢棄物之一，其累計堆存近40億噸，占用土地1萬多公頃，并仍以一億噸左右的數量逐 年劇增。大量堆積的煤矸石不僅占用耕地，而且極易風化和自燃造成大氣、土壤和水體污染 甚至引發嚴重的地質災害，對生態環境和社會環境都造成了極其惡劣的影響。因此，煤矸石 的處置和有效利用成為亟待解決的問題。
[0003] 目前煤矸石的利用途徑主要有制磚、發電等利用煤矸石本身具有的熱值以及經破 碎后直接用于制作砌塊、混凝土骨料、回填礦井采空區或鋪路材料等粗放式的直接利用，也 有利用煤矸石化學成分和粘土相近的性質去代替部分或全部粘土來生產水泥，但由于地面 建筑工程對水泥表觀質量和強度方面的性能要求較高，所以當煤矸石用于燒制水泥時很難 達到建筑工程的要求。使得煤矸石的利用率尚不足20%。
[0004] 隨著我國煤炭工業的快速發展，采空區面積不斷擴大，地表沉陷、"三下"壓煤問 題越發突出。充填采礦工藝在防止大面積地表沉陷、解放"三下"壓煤、提高資源回采率、解 決煤矸石地面堆放等方面的優勢愈加突顯，而目前充填材料主要還是以硅酸鹽水泥充當膠 凝材料，以破碎后的煤矸石充當骨料，不僅價格昂貴，而且輸送性能不穩定，嚴重制約著煤 礦充填的向前發展，因此有必要開發一種新的膠凝材料來取代水泥以推動膠結充填采礦技 術的發展。
[0005] 與地面建筑工程相比，礦山充填對充填材料的要求比較低，根據不同的頂板條件， 要求充填體強度只需0~8MPa，一般0. 5~4MP就可以滿足要求。煤矸石中的Si02、A1203 為潛在的膠凝活性成分，可以將其膠凝性能激發出來部分取代水泥充當膠結充填材料中的 膠凝材料，從而降低水泥用量達到降低成本的目的，同時解決煤矸石排放問題，促進煤礦膠 結充填技術的應用與推廣，實現煤炭工業的綠色持續發展。
【發明內容】
[0006] 本發明旨在提供一種煤矸石基礦山膠結充填材料的制備方法，經過復合激發方式 將煤矸石潛在膠凝活性激發出來，部分取代水泥充當礦山膠結充填的膠凝材料，然后與細 粒徑煤矸石混合配制成礦山膠結充填材料，降低充填材料成本，改善材料輸送性能，同時達 到有效利用煤矸石的目的。
[0007] 本發明提供的一種煤矸石基礦山膠結充填材料的制備方法，包括以下步驟： (1)首先將大塊煤矸石進行破碎，使破碎后的顆粒粒徑分布在〇~5mm的范圍，備用； 所述煤矸石的化學成分為：Si02:35%-57%、A1 203:16%-25%，Si02、Al203為潛在膠凝活性 物質。且不含放射性元素。
[0008] (2)將步驟（1)中破碎后的煤矸石在球磨機上粉磨45min-60min，并用200目、300 目標準篩進行篩分，得到粒徑小于300目的煤矸石粉末； (3) 將步驟（2)中得到的煤矸石粉置于工業爐中，升溫到煅燒溫度700~750°C，煅燒完 成后進行保溫，保溫時間為2~2. 5小時； (4) 將步驟（3)中的煅燒煤矸石粉取出急冷； 所述的急冷是將煅燒煤矸石粉直接從工業爐中取出放在空氣中冷卻到室溫。
[0009] (5)向步驟（4)中已冷卻到室溫的煤矸石粉末中加入化學激發劑并預混30s。
[0010] 所述的化學激發劑為Al2 (S04)3、NaOH、CaS04 ? 2H20、且都為分析純化學試劑。其中 各激發劑與煤矸石質量配比分別為： Na0H：l~5 ： 100； A12(S04)3：5~10 ： 100； CaS04 ? 2H20 ：1~5 ： 100； (6)將水泥與步驟（5)中的煤矸石粉末混合并攪拌120s，充分混合后即得到所述的礦 山膠結充填的膠凝材料，其中煤矸石粉末與水泥的質量配比為： 煤矸石粉末：50%-70% ; 水泥：30%-50% ; (7 )取步驟（1)中的細粒徑煤矸石與步驟（6)中的膠凝材料預混30s后，加入水攪拌均 勻制成礦山膠結充填材料，其中細粒徑煤矸石與膠凝材料的質量配比為： 細粒徑煤矸石：70%-80% ; 膠凝材料：20%-30% ; 水與膠凝材料的質量配比為：〇. 4-0.8:1。
[0011] 進一步地，所述步驟（6)中的水泥為42. 5#普通硅酸鹽水泥。
[0012] 本發明中，煤矸石經過熱激發、機械激發和化學激發的復合激發以后形成煤矸石 粉，然后與水泥混合制成膠凝材料。
[0013] 本發明的有益效果： (1)改善了煤矸石附加值低、經濟效益低、利用技術滯后等現狀，實現了煤矸石的規模 化、高附加值利用，更加高效合理地利用了煤矸石，解決了煤矸石地面無序堆放造成的生態 環境和社會環境問題。
[0014] (2)利用本發明配方制備的煤矸石基膠結充填材料工藝簡單，實現了煤矸石粉與 水泥的大比例摻量而且充填材料具有較好的力學性能、穩定的輸送性能、不離析、不泌水， 拓寬了煤矸石在礦山充填中的應用，降低了礦山充填成本，促進了礦山充填的向前發展。
[0015] (3)將煤矸石粉磨以后摻入水泥中不僅提高充填體的膠凝性能，而且超細煤矸石 粉的加入大大提高了充填材料的栗送性能。
[0016] (4)通過調節激發煤矸石粉、水泥、化學激發劑、細粒徑煤矸石摻量的比例，可以配 制出符合各種頂板條件下的充填體，進而推廣應用到不同煤礦中，控制頂板下沉、降低地表 沉陷、解放"三下"壓煤促進煤炭的綠色持續發展。
【具體實施方式】
[0017] 下面通過實施例來進一步說明本發明，但不局限于以下實施例。
[0018] 實施例1 : (1) 首先將大塊煤矸石用顎式破碎機破碎并進行篩分，將煤矸石粒徑控制在0~5mm的 范圍內。
[0019] 所述煤矸石的有效化學成分為：Si02:35 . 46%、A1 203:16. 11% (2) 準確稱量18kg的0~5mm的煤矸石并在球磨機中粉磨45min，再用200目、300目 標準篩進行篩分得到粒徑小于300目的煤矸石粉備用。
[0020] (3)將步驟（2)中的18kg煤矸石粉