本發(fā)明涉及煤礦固體廢棄物資源化利用，具體涉及一種煤矸石基高孔隙礦井地?zé)衢_(kāi)發(fā)充填材料制備方法。

背景技術(shù)：

1、我國(guó)主要賦煤區(qū)地?zé)豳Y源熱儲(chǔ)量豐富，煤田規(guī)?；瘍?chǔ)能和地?zé)崂脤⒊蔀槊禾锏責(zé)嵫芯亢烷_(kāi)發(fā)利用的主要方向手。利用煤礦充填開(kāi)采，在煤炭開(kāi)發(fā)的同時(shí)構(gòu)建地下儲(chǔ)熱層，實(shí)現(xiàn)地?zé)崤c煤炭資源協(xié)同開(kāi)發(fā)具有廣闊的技術(shù)前景。在充填開(kāi)采中，傳統(tǒng)充填材料由于孔隙率低，透水性能差，對(duì)以水為換熱介質(zhì)的煤炭與地?zé)釁f(xié)同開(kāi)采并不適用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于，提出一種煤矸石基高孔隙礦井地?zé)衢_(kāi)發(fā)充填材料制備方法，制備的充填材料具有較好的透水性和較高的承載性能，適用于地?zé)衢_(kāi)發(fā)與充填開(kāi)采協(xié)同運(yùn)作方式。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案：一種煤矸石基高孔隙礦井地?zé)衢_(kāi)發(fā)充填材料制備方法，包括：

3、步驟s1、將100份煤矸石破碎成粒徑為2.36-13.2mm的骨料，篩分成2.36-4.75mm的細(xì)骨料、4.75-9.5mm的中級(jí)骨料和9.5-13.2mm的粗骨料，隨后將三種粒徑的骨料按照一定配比放入攪拌容器，三種骨料中中級(jí)骨料占比最大；

4、步驟s2、將2.07-2.73份的ph值為10.5-11.5的堿性活化水加入攪拌器，以120r/min轉(zhuǎn)速攪拌2分鐘使骨料表面均勻潤(rùn)濕；

5、步驟s3、加入4.83-6.37份的水、18-26份的水泥、0.17-0.19份的減水劑，在150r/min轉(zhuǎn)速下攪拌3分鐘，然后將材料倒出，搗實(shí)后獲得高孔隙礦井地?zé)衢_(kāi)發(fā)充填材料。

6、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在步驟s1中，細(xì)骨料、中級(jí)骨料和粗骨料的配比分為四種，分別為0:1:0、0.05:0.85:0.10、0.10:0.70:0.20、0.15:0.55:0.30。

7、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在步驟s2中，所述堿性活化水為0.5-1.5mol/lnaoh溶液。

8、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在步驟s3中，水泥標(biāo)號(hào)為425及以上的硅酸鹽水泥。

9、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在步驟s3中，所述減水劑為脂肪族系減水劑。

10、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在步驟s3中，采用分層搗實(shí)方法，混合料新增堆積厚度每達(dá)到50mm，需搗實(shí)20-30次。

11、本發(fā)明的有益效果是：

12、(1)本發(fā)明將由煤矸石制作的三種粒徑骨料按比例混合，并使中級(jí)粒度占比最大，通過(guò)三級(jí)骨料級(jí)配(細(xì)/中/粗)和中級(jí)骨料主導(dǎo)的配比設(shè)計(jì)，可形成穩(wěn)定的孔隙結(jié)構(gòu)，利于地?zé)崃黧w滲透和熱交換；

13、(2)煤矸石基高孔隙礦井地?zé)衢_(kāi)發(fā)充填材料力學(xué)強(qiáng)度高，對(duì)上覆巖層支撐效果好，可防止上覆巖層破壞，保障儲(chǔ)水取熱層的密封性，避免取熱介質(zhì)與地下水交叉污染；

14、(3)通過(guò)加入一定比例的堿性活化水，堿性活化水可以激活煤矸石表面活性，增強(qiáng)與水泥的粘結(jié)，提高充填材料的穩(wěn)固性；

15、(4)煤矸石基高孔隙礦井地?zé)衢_(kāi)發(fā)充填材料透水性能好，可在煤礦采空區(qū)構(gòu)造高透水儲(chǔ)水層，無(wú)需埋管取熱，減少運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本；

16、(5)利用煤矸石制備充填材料，可以消耗礦井固體廢棄物，降低材料制備成本，保護(hù)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境。

技術(shù)特征：

1.一種煤矸石基高孔隙礦井地?zé)衢_(kāi)發(fā)充填材料制備方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤矸石基高孔隙礦井地?zé)衢_(kāi)發(fā)充填材料制備方法，其特征在于，在步驟s1中，細(xì)骨料、中級(jí)骨料和粗骨料的配比分為四種，分別為0:1:0、0.05:0.85:0.10、0.10:0.70:0.20、0.15:0.55:0.30。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤矸石基高孔隙礦井地?zé)衢_(kāi)發(fā)充填材料制備方法，其特征在于，在步驟s2中，所述堿性活化水為0.5-1.5mol/l?naoh溶液。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤矸石基高孔隙礦井地?zé)衢_(kāi)發(fā)充填材料制備方法，其特征在于，在步驟s3中，水泥標(biāo)號(hào)為425及以上的硅酸鹽水泥。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤矸石基高孔隙礦井地?zé)衢_(kāi)發(fā)充填材料制備方法，其特征在于，在步驟s3中，所述減水劑為脂肪族系減水劑。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤矸石基高孔隙礦井地?zé)衢_(kāi)發(fā)充填材料制備方法，其特征在于，在步驟s3中，采用分層搗實(shí)方法，混合料新增堆積厚度每達(dá)到50mm，需搗實(shí)20-30次。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種煤矸石基高孔隙礦井地?zé)衢_(kāi)發(fā)充填材料制備方法，將煤矸石破碎成一定粒徑范圍的骨料，并篩分成三種粒徑范圍，隨后將這三種料徑范圍的骨料按照比例放入攪拌容器，然后加一定量的堿性活化水進(jìn)行攪拌，攪拌完全后，再加入定量的水、定量的水泥和定量的減水劑并持續(xù)攪拌，倒出后分層搗實(shí)，獲得高孔隙礦井地?zé)衢_(kāi)發(fā)充填材料。本發(fā)明制作的充填材料孔隙率高，透水性好，且承載力強(qiáng)，適用于礦井下充填開(kāi)采和地?zé)衢_(kāi)發(fā)綜合利用的場(chǎng)合。

技術(shù)研發(fā)人員：肖猛,巨峰,凌佳杰,徐夢(mèng)欣,韓澤謙,王應(yīng)博,尹立冬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/7/10