一种多元固废基胶结体及其制备方法与流程

本发明涉及矿山工程与固体废弃物资源化利用，特别涉及一种多元固废基胶结体及其制备方法。

背景技术：

1、煤矿井下采空区充填是控制围岩变形、防止地表沉降、处置矿山固废的关键技术。现有技术主要存在以下问题：

2、1.传统水泥基充填材料成本高昂：水泥用量大，占充填成本60%以上，难以大规模应用。2. 固废利用率低且性能不佳：普通矸石/粉煤灰胶凝材料早期强度低、流动性差，易堵管，无法满足长距离泵送和快速接顶的技术要求。3. 体积稳定性差：材料固化后收缩率大，接顶不充分，存在空顶隐患，影响支护效果。4. 环境负效应：大量使用水泥导致碳排放高；矸石山堆存占用土地、污染环境。

技术实现思路

1、本发明提供本发明旨在解决上述现有技术存在的问题，提供一种成本低廉、性能优越的煤矿回填绿色胶凝材料。发明的目的具体包括：大宗消纳煤基固废：以煤矸石和粉煤灰为主要原料，实现固废资源化高效利用；显著降低材料成本：通过复合激发技术完全替代或大幅减少水泥用量；优化工程性能：制备具有高流动性（便于泵送）、适当凝结时间、早强和高强、微膨胀（确保接顶充分）的充填体；绿色环保：降低生产过程中的碳排放，避免二次污染。

2、根据本公开的一方面，提供了一种多元固废基胶结体，所述多元固废基胶结体采用固废基胶凝基体+复合激发剂双体系结构，包括：

3、胶凝基体：起泡剂、粉煤灰、po42.5普通硅酸盐水泥、s95级超细矿粉复合体系，以煤基固废为主体胶凝组分，实现固废资源化利用；

4、激发体系：固体激发剂与颗粒激发剂复合搭配，协同激活起泡剂、粉煤灰活性，保障体系水化反应持续进行。

5、在一种可能的实现方式中，所述多元固废基胶结体的材料组分中po42.5普通硅酸盐水泥，s95级超细矿粉，粉煤灰，起泡剂和固体复合激发剂按照质量比例43:43:10:0.1:4进行制备。

6、在一种可能的实现方式中，胶结体可与煤矿原位固废材料发生水化固结反应，依托胶凝基体与复合激发剂的双体系协同作用，充分激发煤矸石、粉煤灰的潜在胶凝活性，实现煤矿固废一体化固化成型，适用于煤矿井下采空区充填工程；

7、煤矿原位固废材料包括：煤矸石、粉煤灰。

8、在一种可能的实现方式中，所述固体激发剂纯度≥98％，在井下常温或低温环境下有效激活煤矸石、粉煤灰潜在胶凝活性，保障充填浆体固化反应充分进行。

9、一种多元固废基胶结体的制备方法，所述方法包括：

10、s1，原料预处理；

11、s2，地面干料配比混合：

12、在地面制浆站精准计量po42.5普通硅酸盐水泥、s95级超细矿粉、破碎矸石颗粒、粉煤灰、固体复合激发剂，将所有固态物料集中堆放、人工或机械简单拌合均匀，得到均匀复合干料备用；

13、s3，地面集中制浆搅拌：

14、在地面制浆搅拌机中投入预处理合格的煤矿回填泥浆，开启搅拌后缓慢投入配制好的复合干料，搅拌1～2分钟实现固液初步融合；随后加入适量拌合水，继续搅拌3～5分钟，充分活化胶凝组分与矸石颗粒活性，制得整体均质、无结团、高流动性、抗离析的回填浆体。

15、在一种可能的实现方式中，s1，包括：

16、选取煤矿采掘废弃煤矸石，经破碎处理制成合格矸石颗粒，无需超细粉磨，筛分去除超大粒径杂物，保证颗粒级配均匀，备用；同时对煤矿回填泥浆进行预处理，过5mm筛去除矸石、木屑杂质，检测并调节含水率至80％～110％，满足地面集中制浆施工标准。

17、在一种可能的实现方式中，制备结束后，还包括如下步骤：s4，管道输送井下回填，包括：

18、将地面制备完成的高流动性回填浆体，通过高压输送管道直接泵送输送至煤矿井下指定采空区、废弃巷道、围岩空洞等回填点位；依靠浆体优异自流平、自密实性能，自动填充腔体空间，在井下原位凝结固化，形成整体性强、强度高、稳定性好的回填固化体。

19、一种多元固废基胶结体的应用，其特征在于，所述应用包括：将制备完成的高流动性激发流态充填浆体，通过井下专用管道泵送系统、高压注浆设备或导管法，连续输送至煤矿井下采空区空洞、巷道围岩裂隙、底板冲刷坑、废弃巷道充填区域。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

21、1、大宗固废协同消纳，绿色低成本

22、本发明同时高比例、废弃煤矸石、粉煤灰二大煤基固废，po42.5水泥用量极低，大幅降低充填材料采购成本与固废外运处置成本，解决井下固废堆积、环境污染、巷道淤积等矿井难题，适配绿色矿山建设要求。

23、2、优异抗离析、高可泵送性能

24、优化固废颗粒级配与激发体系，浆体悬浮稳定性大幅提升，高含水率矿泥浆无明显离析、泌水现象，泌水率可控、分层强度差小；浆体流动度稳定维持在240-260mm，泵送阻力小、不易堵管，适配井下长距离、多弯道、高低落差复杂管路施工，施工效率高、故障率低。

25、3、井下环境适应性强，施工可靠性高

26、本体系适配井下低温、高湿、积水无养护工况，水下抗分散性能优异，施工时胶凝组分与固废颗粒不易被井下水体冲刷流失，成型充填体整体性好、密实度高、抗渗抗冲刷能力优异，可长期稳定保障采空区充填、巷道防冲支护效果。

1.一种多元固废基胶结体，其特征在于，所述多元固废基胶结体采用固废基胶凝基体+复合激发剂双体系结构，包括：

2.根据权利要求1所述的一种多元固废基胶结体，其特征在于，所述多元固废基胶结体的材料组分中po42.5普通硅酸盐水泥，s95级超细矿粉，粉煤灰，起泡剂和固体复合激发剂按照质量比例43:43:10:0.1:4进行制备。

3.根据权利要求1所述的一种多元固废基胶结体，其特征在于，胶结体可与煤矿原位固废材料发生水化固结反应，依托胶凝基体与复合激发剂的双体系协同作用，充分激发煤矸石、粉煤灰的潜在胶凝活性，实现煤矿固废一体化固化成型，适用于煤矿井下采空区充填工程；

4.根据权利要求1所述的一种多元固废基胶结体，其特征在于，所述固体激发剂纯度≥98％，在井下常温或低温环境下有效激活煤矸石、粉煤灰潜在胶凝活性，保障充填浆体固化反应充分进行。

5.一种多元固废基胶结体的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

6.根据权利要求5所述的一种多元固废基胶结体的制备方法，其特征在于，s1，包括：

7.根据权利要求5所述的一种多元固废基胶结体的制备方法，其特征在于，制备结束后，还包括如下步骤：s4，管道输送井下回填，包括：

8.一种多元固废基胶结体的应用，其特征在于，所述应用包括：将制备完成的高流动性激发流态充填浆体，通过井下专用管道泵送系统、高压注浆设备或导管法，连续输送至煤矿井下采空区空洞、巷道围岩裂隙、底板冲刷坑、废弃巷道充填区域。