一种适用于老采空区治理的磷基注浆填充材料

摘要

本发明公开了一种适用于老采空区治理的磷基注浆填充材料，将重量份数为：磷渣粉40‑60份、粉煤灰30‑40份、活性激发剂6‑10份、膨胀剂3‑8份混合均匀，将混合物与重量份数为：减水剂0.5‑1.5份、保水剂0.5‑1份、水30‑50份加入搅拌池，搅拌均匀后加入重量份数为100‑200份的磷尾矿，搅拌均匀，得产品。本发明强度发展快、填充效率高、无收缩、适合远距离泵送，初凝时间≥70min，终凝时间≤200min，初始流动度≥300mm，30分钟流动度保留值≥260mm，1d抗压强度≥4.9MPa，7d抗压强度≥8.8MPa，28d抗压强度≥12.9MPa，竖向膨胀率≥0.1％。

说明书

技术领域

本发明涉及水泥基胶凝材料化工技术领域，具体涉及一种高铝含量无碱无氯速凝剂的制备方法。

背景技术

在磷化工行业中，大量的固体废弃物----黄磷生产排出的磷渣、矿山尾矿大多都是露天堆存，不仅占用大量土地，而且由于固体废弃物中的磷、氟、有机物等可溶性杂质溶出，渗入土壤导致土地退化和植被破坏，直接威胁到人类的生存环境。磷尾矿产生的粉尘也对周围地区的空气造成严重污染。这些固体废物的处理和利用是当前磷化工行业必须解决的实际问题。

在20世纪末，中国矿业开采秩序较为混乱，矿山开采后形成的采空区由于历史的原因，大多只进行粗放回填甚至废弃状态。长年废弃采空区顶板岩体垮落和粗放回填都会产生残留空洞、空隙和松软地带。随着我国新型城镇化进程的不断推进和矿业城市不断扩展，难以避免地需要将一些建(构)筑物建于这些老采空区上方，高速公路、高压输电线路也面临通过老采空区的问题，若不采取有效的处理办法，将可能导致房屋开裂，道路塌陷等严重后果。

老采空区治理办法多采用钻孔注浆，传统注浆材料主要以水泥基材料为主。CN104556917A公开了一种早强型煤矿采空区充填材料，主要成分有快硬硫铝酸盐水泥、粉煤灰和煤矸石，具有早期强度高，可远距离泵送等优点，但是其水泥成本较高，且生产过程污染环境；CN104211313A公开了一种用于矿山采空回填的磷石膏基胶凝材料，是将磷石膏、赤泥、磷渣、熟料分别磨细后均匀混合，添加激发剂即可。CN104310941A公开了一种碱渣基注浆填充材料，由70％～90％的碱渣、10％～30％的粉煤灰和占碱渣+粉煤灰总质量10％的活性剂组成的组合物；先将碱渣与粉煤灰混合均匀，再向其中加入活性剂，然后搅拌均匀即可。这两种方法虽利用了大量工业废弃物，但是其强度太低且发展慢，不适合远距离泵送，填充效率太低。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种强度发展快、填充效率高、适合远距离泵送、利废率高、制备成本低、能耗低的适用于老采空区治理的磷基注浆填充材料的制备方法。

本发明目的的实现方式为，一种适用于老采空区治理的磷基注浆填充材料，将重量份数为：磷渣粉40-60份、粉煤灰30-40份、活性激发剂6-10份、膨胀剂3-8份混合均匀，将混合物与重量份数为：减水剂0.5-1.5份、保水剂0.5-1份、水30-50份加入搅拌池，搅拌均匀后加入重量份数为100-200份的磷尾矿，搅拌均匀，得适用于老采空区治理的磷基注浆填充材料；

所述磷渣粉是由磷化工电炉法制备黄磷时的工业废渣；

所述活性激发剂为工业废渣电石渣和亚硝酸钠的混合物；混合比为1-7：1-4；

所述的膨胀剂为硫铝酸钙类膨胀剂或硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂；

所述减水剂为三聚氰胺类减水剂或聚羧酸系减水剂中；

所述保水剂为羧甲基纤维素醚、羟丙基甲基纤维素醚或淀粉醚。

本发明的有益效果如下：

1、采用磷渣、粉煤灰、磷尾矿等固体废弃物制备注浆填充材料，节约能源，降低成本，保护环境；

2、采用粉煤灰改善了注浆材料流动性，提高了注浆填充材料的耐侵蚀性；

3、采用工业废渣电石渣和亚硝酸钠激发磷渣和粉煤灰的活性，其中亚硝酸钠具有强碱性，能够通过其强碱性激发磷渣的活性；同时亚硝酸钠也具有氧化性，能提前把磷渣中的单质磷迅速氧化成磷酸盐，在水化反应的早期就提前生成羟基磷灰石，固化掉可溶性的磷，减少磷在体系中的负面影响；

本发明强度发展快、填充效率高、无收缩、适合远距离泵送、利废率高、制备成本低、能耗低，其初凝时间≥70min，终凝时间≤200min，初始流动度≥300mm，30分钟流动度保留值≥260mm，1d抗压强度≥4.9MPa，7d抗压强度≥8.8MPa，28d抗压强度≥12.9MPa，竖向膨胀率≥0.1％,利废率≥90％。

具体实施方式

本发明将将重量份数为：磷渣粉40-60份、粉煤灰30-40份、活性激发剂6-10份、膨胀剂3-8份混合均匀，将混合物与重量份数为：减水剂0.5-1.5份、保水剂0.5-1份、水30-50份加入搅拌池，搅拌均匀后加入重量份数为100-200份的磷尾矿，搅拌均匀，得适用于老采空区治理的磷基注浆填充材料。

所述磷渣粉是由磷化工电炉法制备黄磷时的工业废渣经粉磨、筛分制得，其质量系数K值≥1.1，比表面积≥350m²/kg，P₂O₅含量≤3.5％，氯离子含量≤0.06％。

所述粉煤灰为一级粉煤灰和二级粉煤灰中的任意一种。

所述磷尾矿为尾矿库堆存的细粒尾矿砂，其粒径＜2mm。

下面结合实施例进一步说明本发明。

实施例1：将40份磷渣粉、30份粉煤灰、5份工业废渣电石渣、1份亚硝酸钠、3份硫铝酸钙类膨胀剂按重量份混合均匀，将混合物与1.5份三聚氰胺类减水剂、0.5份羧甲基纤维素醚、30份水加入搅拌池，搅拌均匀后加入100份磷尾矿再次搅拌均匀即得到磷基注浆填充材料。

所述磷渣粉是由磷化工电炉法制备黄磷时的工业废渣经粉磨、筛分制得，其质量系数K值≥1.1，比表面积≥350m²/kg，P₂O₅含量≤3.5％，氯离子含量≤0.06％。

所述粉煤灰为一级粉煤灰和二级粉煤灰中的任意一种。

所述磷尾矿为尾矿库堆存的细粒尾矿砂，其粒径＜2mm。

实施例2：同实施例1，不同的是，

将60份磷渣粉、40份粉煤灰、7份电石渣、3份亚硝酸钠、6份硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂按重量份混合均匀，将混合物与1.5份三聚氰胺类减水剂、1份羟丙基甲基纤维素醚、50份水加入搅拌池，搅拌均匀后加入200份磷尾矿再次搅拌均匀即得到磷基注浆填充材料。

实施例3：同实施例1，不同的是，

将60份磷渣粉、30份粉煤灰、6份电石渣、4份亚硝酸钠、8份硫铝酸钙类膨胀剂按重量份混合均匀，将混合物与0.5份聚羧酸系减水剂、0.5份淀粉醚、40份水加入搅拌池，搅拌均匀后加入130份磷尾矿再次搅拌均匀即得到磷基注浆填充材料。

实施例4：同实施例1，不同的是，

将50份磷渣粉、35份粉煤灰、6份电石渣、2份亚硝酸钠、6份硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂按重量份混合均匀，将混合物与1份聚羧酸系减水剂、1份淀粉醚、35份水加入搅拌池，搅拌均匀后加入120份磷尾矿再次搅拌均匀即得到磷基注浆填充材料。

实施例5：同实施例1，不同的是，

将50份磷渣粉、40份粉煤灰、5份电石渣、1份亚硝酸钠、6份硫铝酸钙类膨胀剂按重量份混合均匀，将混合物与1.5份聚羧酸系减水剂、0.5份羧甲基纤维素醚、40份水加入搅拌池，搅拌均匀后加入150份磷尾矿再次搅拌均匀即得到磷基注浆填充材料。

实验测得上述实施例的性能指标见下表：

从表中可见，本发明初凝时间≥70min，终凝时间≤200min，初始流动度≥300mm，30分钟流动度保留值≥260mm，1d抗压强度≥4.9MPa，7d抗压强度≥8.8MPa，28d抗压强度≥12.9MPa，竖向膨胀率≥0.1％,利废率≥90％。