一种利用多源煤基固废制备充填材料的方法与流程

1.本发明属于煤基固体废弃物资源化利用领域，具体涉及一种利用多源煤基固废制备充填材料的方法。


背景技术：

2.在煤炭资源开发利用过程中，会排放大量的煤基固废，主要包括煤矸石、粉煤灰，脱硫石膏，气化渣和炉底渣等。上述固体废弃物综合利用率低，随着经济发展和煤炭利用进一步加大，煤基固废的排放量在逐年增加，使得煤基固废的堆放占用地面积不断扩大，提高存储成本，并且，大量的煤基固废也会造成环境问题，尤其粉煤灰会产生扬尘，对周围的大气、水体等均会造成严重的污染，同时对人类健康也造成威胁。这些问题会影响生态文明建设和国家能源战略的实施。
3.煤炭产量快速增长的背后存在煤炭资源高强度开采、环境容量超标和因采煤引起的地质灾害频发等问题愈发凸显，尤其是我国煤炭开采长期以长壁垮落法为主。我国“三下”压煤量巨大，我国煤炭资源探明剩余可采储量为1842亿吨，来随着煤炭资源的逐步枯竭与煤炭需求量的日益增多，解决矿区“三下”压煤的问题将会越来越引发关注。地下煤炭被采出后，围岩应力状态受到破坏并重新分布，引起围岩的移动、破断及变形，由下向上发展至地表，导致地表出现大范围的塌陷，由此引发的地质灾害日益严重。
4.充填开采技术作为煤炭绿色开采中重要的组成部分，已成为解决“三下”压煤和因煤炭开采导致的地表沉陷的重要手段。此技术具有提高资源回收率、有效控制地层破坏、减小地表沉陷等优点。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明提供一种利用多源煤基固废制备充填材料的方法。
6.本发明的目的采用以下技术方案来实现：一种利用多源煤基固废制备充填材料的方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
7.步骤s1、将气化渣、脱硫石膏、粉煤灰、煤矸石按照复合规则得出的质量比加入搅拌机中；
8.步骤s2、将水、复合激发剂、外加剂加入到搅拌机中；
9.步骤s3、搅拌机充分混合、搅拌混合料，制得所述充填材料。
10.所述的多源煤基固废原料78
‑
92重量份，复合激发剂2
‑
5重量份，外加剂5
‑
8重量份。
11.所述的复合激发剂包括硅酸钠和氢氧化钠。
12.所述的外加剂组分包括：缓凝剂25
‑
53重量份，减水剂10
‑
29重量份，保水剂18
‑
47重量份。
13.所述的煤矸石在充填材料中作为充填骨料，将煤矸石经5mm,10mm,15mm的筛子，选取符合粒径要求的煤矸石备用，不满足粒径要求的研磨直至符合粒径要求。
14.所述的原料粉煤灰、气化渣应粉磨至比表面积450
‑
550m2/kg。
15.所述的粉煤灰、气化渣、脱硫石膏作为充填材料中的胶凝材料，三者混合后加入添加剂，具有胶凝作用。
16.所述的多源煤基固废原料的复合规则为：
17.粉煤灰、气化渣的化成分主要为sio2、al2o3，具有一定的火山灰活性，通过sio2、al2o3的含量对两者的质量进行配比。
18.令粉煤灰中sio2、al2o3的总含量为a(％),其中al2o3/sio2的含量比为x
a
,气化渣中sio2、al2o3的总含量为b(％),其中al2o3/sio2的含量比为x
b
；
19.粉煤灰的质量为m
ash
(kg),气化渣的质量为m
slag
(kg)，引入比例系数z＝0.89；
20.若x
a
>x
b
，则若x
a
<x
b
，则
21.脱硫石膏的质量m
gd
＝(0.14～0.27)(m
ash
m
slag
)(kg)；
22.煤矸石的质量m
cs
＝(2.3～3.1)(m
ash
m
slag
m
gd
)(kg)；
23.则多源煤基固废原料的配比为m
ash
：m
slag
：m
gd
：m
cs
。
24.本发明实施例具有如下优点：
25.本发明利用气化渣，煤矸石，粉煤灰及脱硫石膏混合，它们之间可以相互促进和补充，制备出环保型的充填材料；采用的原料来源广泛、成本低廉、该制备方法工艺简单，易于操作；本发明不仅能够合理利用固废，节省其堆积的空间，减少固废引起的环境污染，且解决了因煤炭开采而引发的问题。
附图说明
26.图1为多源煤基固废制备充填材料的工艺流程图。
具体实施方式
27.以下通过附图1和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
28.实例1
29.多源煤基固废原料89重量份，复合激发剂3重量份，外加剂7重量份；其中多源煤基固废原料比例经复合规则计算，粉煤灰：气化渣：脱硫石膏：煤矸石质量比约为1：1.2：0.5：6.8。
30.复合激发剂包括硅酸钠和氢氧化钠。
31.外加剂组分包括：缓凝剂35重量份，减水剂21重量份，保水剂30重量份。
32.煤矸石在充填材料中作为充填骨料，将煤矸石经5mm,10mm,15mm的筛子，选取符合粒径要求的煤矸石备用，不满足粒径要求的研磨直至符合粒径要求。
33.所述的原料粉煤灰、气化渣应粉磨至比表面积450
‑
550m2/kg。
34.所述的粉煤灰、气化渣、脱硫石膏作为充填材料中的胶凝材料，三者混合后加入添加剂，具有胶凝作用。
35.制备方法为：
36.步骤s1、将气化渣、脱硫石膏、粉煤灰、煤矸石按照复合规则得出的质量比加入搅拌机中；
37.步骤s2、将水、复合激发剂、外加剂加入到搅拌机中；
38.步骤s3、搅拌机充分混合、搅拌混合料，制得所述充填材料4。
39.经检测，制备的充填材料初始流动度153mm/m，30min流动度损失<
±
3mm，初凝时间为62min，终凝时间为139min，3天抗压强度为5.7mpa，28天抗压强度为12.9mpa。
40.实例2
41.多源煤基固废原料85重量份，复合激发剂4重量份，外加剂6重量份；其中多源煤基固废原料比例经复合规则计算，粉煤灰：气化渣：脱硫石膏：煤矸石质量比约为1：0.9：0.3：6.1。
42.复合激发剂包括硅酸钠和氢氧化钠。
43.外加剂组分包括：缓凝剂37重量份，减水剂19重量份，保水剂34重量份。
44.煤矸石在充填材料中作为充填骨料，将煤矸石经5mm,10mm,15mm的筛子，选取符合粒径要求的煤矸石备用，不满足粒径要求的研磨直至符合粒径要求。
45.所述的原料粉煤灰、气化渣应粉磨至比表面积450
‑
550m2/kg。
46.所述的粉煤灰、气化渣，脱硫石膏作为充填材料中的胶凝材料，三者混合后加入添加剂，具有胶凝作用。
47.制备方法为：
48.步骤s1、将气化渣、脱硫石膏、粉煤灰、煤矸石按照复合规则得出的质量比加入搅拌机中；
49.步骤s2、将水、复合激发剂、外加剂加入到搅拌机中；
50.步骤s3、搅拌机充分混合、搅拌混合料，制得所述充填材料4。
51.经检测，制备的充填材料初始流动度141mm/m，30min流动度损失<
±
3mm，初凝时间为57min，终凝时间为158min，3天抗压强度为4.0mpa，28天抗压强度为13.2mpa。
52.以上所述的实例，只是本发明的部分较优选方案，本领域的技术员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明的实质和范围的前提下，本发明的技术方案可进行修改或者等同替换，这些修改和等同替换也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种利用多源煤基固废制备充填材料的方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：步骤s1、将气化渣、脱硫石膏、粉煤灰、煤矸石按照复合规则得出的质量比加入搅拌机中；步骤s2、将水、复合激发剂、外加剂加入到搅拌机中；步骤s3、搅拌机充分混合、搅拌混合料，制得所述充填材料。2.根据权利要求1所述的一种利用多源煤基固废制备充填材料的方法，其特征在于：所述的多源煤基固废原料78
‑
92重量份，复合激发剂2
‑
5重量份，外加剂5
‑
8重量份。3.根据权利要求1所述的一种利用多源煤基固废制备充填材料的方法，其特征在于：所述的复合激发剂包括硅酸钠和氢氧化钠。4.根据权利要求1所述的一种利用多源煤基固废制备充填材料的方法，其特征在于：所述的外加剂组分包括：缓凝剂25
‑
53重量份，减水剂10
‑
29重量份，保水剂18
‑
47重量份。5.根据权利要求1所述的一种利用多源煤基固废制备充填材料的方法，其特征在于：所述的煤矸石在充填材料中作为充填骨料，将煤矸石经5mm,10mm,15mm的筛子，选取符合粒径要求的煤矸石备用，不满足粒径要求的研磨直至符合粒径要求。6.根据权利要求1所述的一种利用多源煤基固废制备充填材料的方法，其特征在于：所述的原料粉煤灰、气化渣应粉磨至比表面积450
‑
550m2/kg。7.根据权利要求1所述的一种利用多源煤基固废制备充填材料的方法，其特征在于：所述的粉煤灰、气化渣，脱硫石膏作为充填材料中的胶凝材料，三者混合后加入添加剂，具有胶凝作用。8.根据权利要求1所述的一种利用多源煤基固废制备充填材料的方法，其特征在于：所述的多源煤基固废原料的复合规则为：粉煤灰、气化渣的化成分主要为sio2、al2o3，具有一定的火山灰活性，通过sio2、al2o3的含量对两者的质量进行配比；令粉煤灰中sio2、al2o3的总含量为a(％),其中al2o3/sio2的含量比为x
a
,气化渣中sio2、al2o3的总含量为b(％),其中al2o3/sio2的含量比为x
b
；粉煤灰的质量为m
ash
(kg),气化渣的质量为m
slag
(kg)，引入比例系数z＝0.89；若x
a
>x
b
，则若x
a
<x
b
，则脱硫石膏的质量m
gd
＝(0.14～0.27)(m
ash
m
slag
)(kg)；煤矸石的质量m
cs
＝(2.3～3.1)(m
ash
m
slag
m
gd
)(kg)；则多源煤基固废原料的配比为m
ash
：m
slag
：m
gd
：m
cs
。
技术总结
本发明提供一种利用多源煤基固废制备充填材料的方法，属于固废资源化利用领域。包括以下步骤：步骤S1、将气化渣、脱硫石膏、粉煤灰、煤矸石按照复合规则得出的质量比加入搅拌机中；步骤S2、将水、复合激发剂、外加剂加入到搅拌机中；步骤S3、搅拌机充分混合、搅拌混合料，制得所述充填材料。本发明将煤基固体废弃物混合制备成充填材料，不仅解决了固废资源化利用和开采中地表塌陷等问题，还降低了固废处理成本和环境污染。本和环境污染。本和环境污染。


技术研发人员：张一昕 左康会
受保护的技术使用者：山东萱源科学工程产业技术研究院有限公司
技术研发日：2021.03.26
技术公布日：2021/6/29