一種利用廢棄混凝土制備煤礦充填膏體的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用廢棄混凝土制備煤礦充填膏體的方法，屬于膠結充填材料【技術領域】。本發(fā)明是將廢棄混凝土和煤矸石破碎、篩分，使之成為粒徑為小于1mm粉體、1~5mm細骨料和5~15mm粗骨料，然后向小于1mm的粉體中加入摻合料及生石灰、石膏固體攪拌均勻后進行球磨，得到比表面積≥300m2/kg的超細粉體，最后，將水泥、細骨料、粗骨料、超細粉體、調節(jié)劑和水混合攪拌即可得到煤礦充填膏體。本發(fā)明將廢棄混凝土在無需煅燒的情況下，完全回收利用，從而解決了占用土地及破壞生態(tài)環(huán)境的問題，同時為煤礦充填開采提供了較充足的廉價原料，降低了充填成本，為充填開采技術的全面實施奠定了基礎。
【專利說明】一種利用廢棄混凝土制備煤礦充填膏體的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用廢棄混凝土制備煤礦充填膏體的方法，屬于膠結充填材料【技術領域】。
【背景技術】
[0002]我國是一個煤炭生產和消費大國，每年的煤炭生產和消費總量均達億噸級，煤炭在我國總能源結構中的比例占到70%以上。然而，我國僅統(tǒng)配煤礦生產礦井“三下”(建筑物、鐵路、水體)壓煤量約為137.9億噸，其中建筑物下壓煤94.68億噸，約占整個壓煤量的69%，嚴重制約了一些礦區(qū)的生產和發(fā)展。此外，在煤礦生產過程中將會產生大量的煤矸石，它是工業(yè)固體廢棄物中排放和堆存量最大的一種。矸石山的堆放侵占著大量土地，其中大部分為耕地。若不加以利用，長期堆放于地表，不僅占用大量土地、影響自然景觀，破壞生產、生活環(huán)境，而且還會造成大氣、土壤、水體污染以及造成地質災害的發(fā)生。充填開采技術不但可以對煤矸石充分利用，化害為益，還可以提高礦產資源采出率，阻止巖層發(fā)生大規(guī)模移動，實現(xiàn)建筑物下、鐵路下和水體下采煤，同時保護了地表不遭破壞，維持了原有的生態(tài)環(huán)境。
[0003]膏體充填開采技術是膠結充填的一種，它是將一種或多種充填材料與水進行優(yōu)化組合，配制成具有良好穩(wěn)定性、流動性和可塑性的牙膏狀膠結體，在重力或外加力(泵壓)作用下以柱塞流的形態(tài)輸送到采空區(qū)完成充填作業(yè)的過程，它主要是由采動覆巖控制理論、充填系統(tǒng)、充填材料三部分組成，其中充填材料是膏體充填的基礎，但目前采用的充填材料一般為煤矸石、粉煤灰 、礦山尾砂、爐渣和水泥等，這些充填材料由于來源范圍小，在數量上難以滿足膏體充填的需要，嚴重制約了充填開采技術的全面實施，因此，尋找一種或幾種來源范圍廣、成本低、滿足充填膏體輸送和強度要求的充填材料是充填開采急需解決的問題。
[0004]近些年來由于我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，導致住房、城市基礎設施和路橋建設的步伐加快，而在新建工程施工和舊建筑維修、拆除過程中將產生大量的廢棄混凝土。據有關專家估計，僅公路水泥混凝土路面中，每年大約產生4000萬噸廢棄混凝土，再加上廢舊建筑物、路橋等設施的拆除，我國每年將會產生近億噸的廢棄混凝土。目前我國對廢棄混凝土處置的主要方式是填埋處理，這樣不僅會耗用垃圾清運等建設經費，而且還會占用大量土地資源、破壞生態(tài)環(huán)境。此外還有一種處理方法就是對廢棄混凝土進行綜合回收利用，有一些專家學者將廢棄混凝土直接破碎后制備再生粗骨料，另外還有些專家學者將廢棄混凝土的細集料通過研磨、高溫煅燒等手段激發(fā)其潛在的活性后加以回收利用，但對廢棄混凝土的利用率低，導致能源的浪費，并且在煅燒過程中產生的廢氣又會對周圍的生態(tài)環(huán)境造成二次污染。
[0005]綜上所述，膏體充填開采技術面臨著充填材料不足、成本高和充填體強度低等問題，使充填開采技術難以全面實施。而廢棄混凝土由于回收利用率低，導致大量堆積，占用良田，污染環(huán)境，如若能充分利用廢棄混凝土制備滿足煤礦要求的充填材料，將二者結合，使廢棄混凝土變廢為寶，是一種行之有效的方法。
【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種以廢棄混凝土為原料制備煤礦充填膏體的方法，將廢棄混凝土在無需煅燒的情況下，完全回收利用，從而解決了占用土地及破壞生態(tài)環(huán)境的問題，同時為煤礦充填開采提供了較充足的廉價原料，降低了充填成本，為充填開采技術的全面實施奠定了基礎。
[0007]本發(fā)明采用的技術方案是:
本發(fā)明提供的一種利用廢棄混凝土制備煤礦充填膏體的方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)收集廢棄混凝土，分揀去除金屬、木料、塑料和受放射性、重金屬有害物質污染的廢棄混凝土，然后利用破碎設備將原料進行破碎，使破碎后的顆粒粒徑分布在15_以下；
所述原料為廢棄混凝土和煤矸石，二者的重量比為1:0.25^1 ；
(2)將破碎后的廢棄混凝土和煤矸石顆粒用網眼為和15mm的振動篩篩分，得到小于Imm粉體、l、mm細骨料、5~15mm粗骨料,并將大于15mm的顆粒送回破碎設備重新破碎；
(3)向步驟(2)得到的粒徑小于Imm的粉體中加入摻合料、生石灰及石膏固體，其中各組分的重量配比為:
小于1_的粉體:55%~75% ；
摻合料:20%~40% ；
生石灰及石骨固體:0.5%^5% ；
攪拌均勻后進行球磨制得超細粉體；球磨時間為10-60分鐘，所得超細粉體的比表面積 > 300m2/kg。
[0008](4)取水泥與上述制得的細骨料、粗骨料及超細粉體攪拌均勻后加入水和調節(jié)劑，其中各組分的重量配比為:
水泥:5%~15% ；
細骨料:15%~25% ；
粗骨料:25%~35% ；
超細粉體:20%~35% ；
水:12%~25% ；
調節(jié)劑:0.15%~3% ；
均勻混合，即得到質量濃度為75%~88%的煤礦充填膏體。
[0009]進一步地，所述步驟(3)中摻合料為粉煤灰、礦渣、鋼渣、赤泥等具有潛在火山灰活性的工業(yè)廢料中的一種或幾種混合而成。
[0010]進一步地，所述步驟(3)中生石灰及石膏固體按1:0.1-1的比例混合。
[0011]進一步地，所述步驟(4)中的水泥為普通硅酸鹽425#水泥。
[0012]進一步地，所述步驟(4)中的調節(jié)劑由減水劑、早強劑、膨脹劑和緩凝劑組成。所述減水劑為聚羧酸高效減水劑、早強劑為無水硫酸鈉、膨脹劑為氧化鎂、緩凝劑為葡萄糖酸鈉，各組分的重量配比為:
聚羧酸高效減水劑:15%~40% ；無水硫酸鈉:40%~60% ；
氧化鎂:10%~30% ；
葡萄糖酸鈉:0.1%~3%。
[0013]本發(fā)明的有益效果:
(1)實現(xiàn)了利用廢棄混凝土制備煤礦充填膏體的技術，使廢棄混凝土得到了完全回收利用，解決了對環(huán)境、土地的破壞，擴寬了充填原料的來源，降低了充填成本，為充填開采技術的全面實施奠定了基礎；
(2)利用本配比制備的基于廢棄混凝土煤礦充填膏體，工藝簡單，充填膏體的流動性好、不離析、泌水小、強度大；
(3)用小于Imm的粉體加入摻合料、生石灰及石膏固體制備超細粉體無需煅燒，節(jié)約了能源，減少了對環(huán)境的二次污染，充分利用了廢棄混凝土中未水化水泥的膠結能力，激發(fā)了摻合料潛在的火山灰活性，提高了煤礦充填膏體對上覆巖層的支撐能力；
(4)通過調節(jié)調節(jié)劑各個成分的比例關系，可以使充填材料應用到大多數煤礦，同時調節(jié)劑各個組分處于最佳比例關系可以改善煤礦充填膏體流動性、彈性模量、泊松比和強度，使得膏體能夠充填整個采空區(qū)，提高了接頂效果，減少了地表下稱量。
【具體實施方式】
[0014]下面通過實施 例來進一步說明本發(fā)明，但不局限于以下實施例。
[0015]實施例1:
(1)收集實驗室廢棄建筑混凝土試壓塊，分揀去除金屬、木料、塑料和受放射性、重金屬有害物質污染的廢棄混凝土，然后利用鄂式破碎機將原料進行破碎，使破碎后的顆粒粒徑主要分布在15mm以下，其原料為IOOkg廢棄混凝土和50kg煤矸石，二者的重量比為1: 0.5 ；
(2)將破碎后的廢棄混凝土和煤矸石顆粒用網眼為和15mm的振動篩篩分，得到小于Imm粉體、l、mm細骨料、5~15mm粗骨料,并將大于15mm的顆粒送回重新破碎；
(3)向步驟(2)得到的粒徑小于Imm的粉體中加入粉煤灰及以1:0.5比例混合的生石灰、石膏固體，攪拌均勻后送入球磨機進行球磨，球磨15分鐘制得比表面積> 300m2/kg超細粉體，其中小于Imm的粉體為2.8kg，粉煤灰為1.9kg，生石灰及石膏固體共為47.5g ；
(4)取1.9kg普通硅酸鹽425#水泥與上述制得的2.85kg細骨料、5.7kg粗骨料及
4.75kg超細粉體攪拌均勻后加入3kg水及133g調節(jié)劑，其中調節(jié)劑由39.9g聚羧酸高效減水劑、66.5g無水硫酸鈉、25.27g氧化鎂和1.33g葡萄糖酸鈉組成，均勻混合，即得到質量濃度為84%的煤礦充填膏體。
【權利要求】
1.一種利用廢棄混凝土制備煤礦充填膏體的方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)收集廢棄混凝土，分揀去除金屬、木料、塑料和受放射性、重金屬有害物質污染的廢棄混凝土，然后利用破碎設備將原料進行破碎，使破碎后的顆粒粒徑分布在15_以下； 所述原料為廢棄混凝土和煤矸石，二者的重量比為1:0.25^1 ； (2)將破碎后的廢棄混凝土和煤矸石顆粒用網眼為和15mm的振動篩篩分，得到小于Imm粉體、l、mm細骨料、5~15mm粗骨料,并將大于15mm的顆粒送回破碎設備重新破碎； (3)向步驟(2)得到的粒徑小于Imm的粉體中加入摻合料、生石灰及石膏固體，攪拌均勻后進行球磨制得超細粉體； (4)取水泥與上述制得的細骨料、粗骨料及超細粉體攪拌均勻后加入水和調節(jié)劑，其中各組分的重量配比為: 水泥:5%~15% ； 細骨料:15%~25% ； 粗骨料:25%~35% ； 超細粉體:20%~35% ；
水:12%~25% ； 調節(jié)劑:0.15%~3% ； 均勻混合，即得到質量濃度為75%~88%的煤礦充填膏體。
2.根據權利要求1所述的利用廢棄混凝土制備煤礦充填膏體的方法，其特征在于:所述步驟(3)中小于Imm的粉體占超細粉體的55%~75%。
3.根據權利要求1所述的利用廢棄混凝土制備煤礦充填膏體的方法，其特征在于:所述步驟(3)中摻合料為粉煤灰、礦渣、鋼渣、赤泥中的一種或幾種混合而成，其摻量占超細粉體的20%~40%。
4.根據權利要求1所述的利用廢棄混凝土制備煤礦充填膏體的方法，其特征在于:所述步驟(3)中生石灰及石膏固體按1:0.1~1的比例混合，生石灰及石膏固體占超細粉體的0.5%~5%。
5.根據權利要求1所述的利用廢棄混凝土制備煤礦充填膏體的方法，其特征在于:所述步驟(3)中球磨時間為10-60分鐘，所得超細粉體的比表面積> 300m2/kg。
6.根據權利要求1所述的利用廢棄混凝土制備煤礦充填膏體的方法，其特征在于:所述步驟(4)中的水泥為普通娃酸鹽425#水泥。
7.根據權利要求1所述的利用廢棄混凝土制備煤礦充填膏體的方法，其特征在于:所述步驟(4)中的調節(jié)劑由減水劑、早強劑、膨脹劑和緩凝劑組成。
8.根據權利要求7所述的利用廢棄混凝土制備煤礦充填膏體的方法，其特征在于:所述減水劑為聚羧酸高效減水劑、早強劑為無水硫酸鈉、膨脹劑為氧化鎂、緩凝劑為葡萄糖酸鈉，各組分的重量配比為: 聚羧酸高效減水劑:15%~40% ； 無水硫酸鈉:40%~60% ； 氧化鎂:10%~30% ； 葡萄糖酸鈉:0.1%~3%。
【文檔編號】C04B28/04GK103979884SQ201410178455
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權日:2014年4月30日
【發(fā)明者】馮國瑞, 賈學強, 郭育霞, 戚庭野, 李典, 馮佳瑞, 李振 申請人:太原理工大學