煤矿专用充填速凝固化胶固粉生产技术

粉煤灰矸石充填专用胶固料（煤矿专用充填速凝固化胶固粉）生产技术

这是针对普通水泥和普通矿山胶固料难以满足煤矿充填固化要求的现状，采用复合激发与科学配比技术，开发的粉煤灰矸石粉混合充填专用胶固料胶凝材料，与普通胶固料不同，这种胶固料不仅只是一种胶凝材料，也是一种激发材料，可以激发粉煤灰和矸石粉的潜在活性，解决了粉煤灰和矸石粉的固化难题。解决了Ⅲ级以下劣质粗粉煤灰和矸石粉混合充填的早凝、早强技术难题。它是目前唯一具有对充填材料有化学激发作用，让充填材料也产生胶凝性的矿山充填胶凝材料。

煤矿充填与金属矿相比有两个显著的不同点：一是煤矿大多采用长臂综采工作面，推进速度快，通常每天推进2～3m。因而一般要求充填体20小时以内可拆模自立，3天即能发挥支撑顶板作用。金属矿山由于落矿出矿周期相对较长，对早期强度的要求要低些。二是充填料主要是粉煤灰和矸石粉。粉煤灰是一种极细的飞灰，小于45μ的颗粒组分大于55%，甚至在90%以上，远比金属矿山的尾砂细得多。煤矸石或矿井废石大多偏软、易风化，破碎之后小于0.1mm的部分大于5%。所以普通矿山胶固料用于粉煤灰矸石充填时在固化时间和固化强度上很难满足要求。实际上，粉煤灰是一种具有潜在活性的工业废渣。主要成分与高炉矿渣类似，为二氧化硅（SiO2）、氧化铝（Al2O3）、氧化钙（CaO）等，颗粒直径一般为0.001～0.05mm，呈玻璃态实心或空心的球状颗粒。但由于粉煤灰的CaO含量较低，玻璃体中［SiO4］4-的聚合度高，所含活性的硅、铝成分均被封闭在玻璃体内，呈隐性，不能水化。国内外解放粉煤灰被封闭活性的手段主要化学活性激发，水热蒸压蒸养激发和粉磨轮碾物理激发三种。但受充填成本和充填技术条件的限制，水热蒸压蒸养方法和粉磨轮碾方法难以采用。同样由于充填成本问题，煤矿只能获得价格低廉的Ⅲ级以下劣质粉煤灰，质量较高的Ⅰ、Ⅱ级粉煤灰大多进入水泥和混凝土掺料市场。如何解决粉煤灰矸石粉的活性激发成为粉煤灰矸石充填的技术难题。结合煤矿充填实际，以激发粉煤灰的活性为主攻方向，在消化吸收碱激发胶凝材料研究成果的基础上，经过严格的配比试验和筛选程序，攻克了粉煤灰特别是Ⅲ级以下劣质粉煤灰的活性激发和早期强度问题。这种胶固料对粉煤灰和矸石粉有良好的激发作用，满足早期强度、长期强度以及流动性、泌水率等方面的要求，使用中可结合矿山所用粉煤灰和矸石粉的特性，通过试验进行选择或重新组配。

粉煤灰矸石胶固料（速凝固化胶固粉）是一种新型胶凝材料。速凝固化胶固粉的诞生，为我国煤矿的开采提供了一种新的方法。对胶结充填采矿方法是一项重大的突破和发展。这种充填方法的特点是：（一）充填体强度高，特别是早期强度高；（二）容易接顶，控顶效果好；（三）充填时不脱水而无污染井巷问题；（四）管路易输送，管道磨耗小；（五）充填料可不需要分级；(六)充填体对围岩支护作用好；（七）制备输送工序和设备较简单；（八）采场采充交替时间短，利于劳动生产组织和提高劳动生产率；（九）材料无毒无害，具有明显的经济、社会和环境效益，应用前景十分广阔。该材料既可用于矿山充填、地下注浆、道路建设等领域，又是矿山采空区堵露、灭火、阻燃理想材料，同时也可以作为巷道漏风缝隙以及上山区域防灭火充填材料。

速凝胶固粉具有所有水泥所不能实现的可贵特性，即该材料调配的浆液能在很大的水固化（体积含水率为85-90%）条件下，可以控制在5-30分钟内凝固、硬化最终变成一种较坚硬的固体。本产品全部采用工业废渣在激化剂的作用下产生的物质作为凝结材料，这种凝结物质不是由钙硅比C-S-H、C-H等抗水溶蚀能力差的物质组成，而是由碱土—铝硅酸盐水化物、碱—碱土铝硅酸盐水化物、多种种类沸石半晶质物质（霞石、长石、方钠石、钠沸石、杆沸石）低碱性C-S-H凝胶、CaO•Al2O3•xSiO2•yH2O等组成。经研究表明，这些物质的组成很复杂，但在高水压（﹥0.4Mpa）饱水条件下，具有很好的耐久性能。本产品含有钢渣，钢渣中含有f-CaO、f-MgO,而CaO、MgO和水进行化学反应时，其固相的绝对体积反应后分别比反应前增加了77％、97.92％。由于钢渣经过1650℃的高温锻烧，其中的f-CaO、f-MgO处于死烧状态，所以水化活性较低，随着时间的推移，它仍然会水化。因此材料中的钢渣组分发生水化时，会使得材料产生微膨胀效应，使材料自身更加密实，且对管片和围岩填充也更密实。本产品采用激化剂作为增稠剂和保水剂，利用其细度和吸附性加速粒子间的吸引和需水量来增加浆体的粘度和凝聚性能，从而达到在高水压（﹥0.4Mpa）饱水条件下，抗水分散性能。

粉煤灰矸石胶固料（速凝固化胶固粉）包括以下成分：基料为水泥熟料或水泥；钙源化合物为生石灰和/或钙镁粉；石膏；矿渣细粉；激发材料为氯盐和/或硫酸盐。由于Ca(OH)2是生成水化硅酸盐和水化铝酸盐的关键材料，以氯盐和/或硫酸盐为激发材料，促进了基料、生石灰或钙镁粉生成的Ca(OH)2的溶解，提高了溶液的碱度，打开粉煤灰中SiO44-的共价键，促使该硅氧四面体解聚，加速了粉煤灰和矸石粉的活性激发，解决了粗粉煤灰与矸石粉混合充填的早凝、早强问题，提高了后期固化强度。

技术服务：本粉煤灰矸石充填专用胶固料技术资料费280元。