黄土粉煤灰基的煤矿充填材料及其填充方法【技术领域】，特别涉及一种黄土粉煤灰基的煤矿充填材料及其填充方法。[0002]随着矿山充填技术的发展，充填材料和工艺在不断改造和创新的过程中得到发展，经历了水砂充填、低浓度胶结充填、高浓度胶结充填、膏体泵送充填、高水(超高水)材料固结充填及其他新型材料(似膏体)自流输送等几个阶段，目前煤矿采空区充填主要采用膏体泵送充填和似膏体(高水)自流充填两种充填材料和工艺。[0003]传统的膏体和高水充填材料对粉煤灰的需求量较大，在粉煤灰相对较少，价格较高的西北矿区实施充填开采，较高掺量的粉煤灰导致充填材料成本偏高，影响了充填开采的经济技术效益，制约了充填开采技术的推广。
[0004]本发明目的在于提供一种黄土粉煤灰基的煤矿充填材料及其填充方法。[0005]为实现上述目的，本发明采用技术方案为:[0006]一种黄土粉 煤灰基的煤矿充填材料，充填材料的固料为主料、辅料和外加剂；其中主料为黄土和粉煤灰，辅料为水泥、生石灰和石膏；其中，黄土与粉煤灰质量比1:1.5~1:3 ;辅料占充填材料质量的30%~33%，外添加剂占充填材料质量的5%~7%。
[0007]一种黄土粉煤灰基的煤矿充填材料，充填材料由水和固料组成，固料的质量浓度为60~75%。固料包括主料、辅料和外加剂；其中主料为黄土和粉煤灰，辅料为水泥、生石灰和石膏；其中，黄土与粉煤灰质量比1: 1.5~1:3 ;辅料占充填材料质量的30%~33%，外添加剂占充填材料质量的5%~7%。
[0008]所述外加剂为水玻璃(硅酸钠)、元明粉(硫酸钠)及氯化钙中的一种或几种。
[0009]所述充填材料固料为主料、辅料和外加剂；其中主料为黄土和粉煤灰，辅料为水泥、生石灰和石骨；
[0010]其中，黄土与粉煤灰质量比为1:2，辅料占充填材料质量的30%，外添加剂占充填材料质量的6%，黄土粉和粉煤灰主料质量浓度为60%。
[0011]一种黄土粉煤灰基的煤矿充填材料的填充方法，将所述充填料按照上述比例搅拌混合成均匀的料浆，使充填料浆质量浓度在60~65%，通过自流或泵压输送方式输送到作业面进行填充。
[0012]将所述充填料按照上述比例混合，使充填料料浆质量浓度在60%，通过自流输送或专用充填泵送的方式经过充填管道输送到工作面进行填充。
[0013]所述制浆充填后强度龄期为14~28天。
[0014]所述制浆充填后强度龄期为28天。
[0015]本发明充填料浆中辅料与土混合后，与土中的水分立即发生化学反应，辅料的各个组分开始溶解并产生复杂的物理、化学变化。随着反应的进行，形成一定粘结能力的浆体，并凝结硬化成为具有一定强度的胶凝材料，这些反应都是以水化为前提的。辅料中的基本熟料矿物是C3S、C2S、C3A、C4AF、CaO，主要的强度贡献者是C3S和C2S,其水化机理的反应式如下:3Ca0.Si02+nH20 —xCa0.SiO2.yH20+ (3-χ) Ca (OH) 2( I), 2Ca0.Si02+mH20 — xCaO? SiO2.yH20+(2-x)Ca(0H)2(2)式中:x=Ca0/Si02，辅料中水泥的自身水化反应是早期的过程，它使得水泥土体具有早期的强度，而充填体性能的继续的长期提高，取决于辅料和土、粉煤灰的相互作用。其作用形式可归纳为:离子交换与团粒化作用、水泥的凝结硬化、碳酸化作用和硬凝反应等四个方面。
[0016]由水泥水化的反应机理可知，C3A的水化是在Ca(OH)2存在的环境中进行的，水泥硬化过程中的特点之一是，Ca(OH)2在液相中长期处于等温饱和状态，而且实际上在很长的时间内在系统内固定含有游离石灰。水化硅酸钙等水泥水化产物只有在饱和石灰溶液的环境中才能保持稳定。否则，它们就会发生水解，并离析出游离的CaO到溶液中去，直到石灰溶液的浓度升高到足以 使其稳定存在时为止。当将石灰加入到溶液中去时，强度较低的低碱性水化硅酸钙、水化铝酸钙和水化铁酸钙就会同石灰结合生成强度较高的高碱性水化硅酸钙、水化铝酸钙和水化铁酸钙。
[0017]本发明所具有的优点:
[0018]本发明针对煤矿采空区充填的特点，采用以黄土、粉煤灰为主料，以水泥、石灰碱性材料为辅料的新型充填材料，用黄土取代传统充填材料中的部分粉煤灰，在满足充填材料性能的前提下，最大限度的降低充填材料成本。



[0019]图1为本发明实施例的试件压裂形态图。
[0020]图2为本发明实施例的料液质量浓度对结果的影响趋势图。
[0021]图3为本发明实施例的黄土煤灰质量比对结果的影响趋势图。
[0022]图4为本发明实施例的辅料添加量对结果的影响趋势图。
[0023]图5为本发明实施例的外添加剂对结果的影响趋势图。
[0024]图6为本发明实施例的养护天数对结果的影响趋势图。

[0025]实施例1
[0026]料浆原材料的选取及充填材料的主要指标:
[0027]试验用水为西安临潼区生活用水，无悬浮物，无色无味，合乎试验要求。
[0028]黄土为西安临潼区马兰黄土(Q3),浅黄色，经0.5mm试验筛过筛，105°C烘干。
[0029]粉煤灰为西安灞桥热电厂生产的II级粉煤灰。水泥为临潼当地矿山牌P.032.5#普通硅酸盐水泥，其物理、化学检验结果符合国家标准(2007)。
[0030]石灰为陕西富平曹村镇华泰建材有限责任公司的钙质石灰。
[0031]外加剂为市售化学试剂，主要为盐碱类激发剂。
[0032]其中黄土和粉煤灰统称为主料，水泥、生石灰和石膏统称为辅料，主料、辅料和外加剂合称为固料。[0033](I)试验方案设计
[0034]根据充填材料的性质及充填工艺对充填材料的要求，首先利用正交原理安排试验，本发明试验主要考虑5种因素，即料浆质量浓度(固料占总重量的质量比)(XI)、主料中黄土与粉煤灰质量比(土灰比X2)、辅料与固料的质量比(辅料添加X3)，外加剂与固料的质量比(外加剂添加量X4)，充填体养护时间(X5)，选定的指标为:稠度(s)/坍落度(mm)(流动度)、初终凝时间(h)、结石率(％)、各龄期单轴抗压强度(MPa)，具体影响因素和水平排列如表1所示:
[0035]表1试验因素与水平表
[0036]