本发明属于煤矿开采过程中的充填技术领域，特别是涉及一种矿用无机超细发泡充填材料及其制备方法和使用方法。
背景技术：
我国煤炭资源丰富，煤是我国的主要能源，在能源结构中占据主导地位，煤炭工业的健康、稳定、持续地发展是关系到国家能源安全的重大问题。
目前煤矿井下使用的聚氨酯高分子充填材料，其阻燃性差、反应温度高，且会给煤矿生产带来很大的安全隐患。而水泥基无机充填材料，一般是由水泥、粉煤灰、煤矸右等制备的，其输送性能差、凝固慢、强度低且增长缓慢，不利于煤矿生产的需要。
技术实现要素：
为克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种矿用无机超细发泡充填材料，采用硫铝酸盐水泥、膨润土和粉煤灰作为主体材料，并辅以发泡剂和减水剂，所得到的无机超细发泡充填材料用于煤矿填充，具有高流动性、快速凝固、微膨胀、强度高、绿色环保等特性，不仅可以替代有机高分子化学充填材料，也可以代替水泥基无机充填材料。本发明还提供了上述矿用无机超细发泡充填材料的制备方法和使用方法。
本发明采用的技术方案是：
一种矿用无机超细发泡充填材料，由如下重量份的原料组成：硫铝酸盐水泥8～18份，膨润土25～40份，珍珠岩3～10份，粉煤灰30～45份，发泡剂3～8份和减水剂0.3～1份。
本发明所述的矿用无机超细发泡充填材料，其中，由如下重量份的原料组成：硫铝酸盐水泥12～15份，膨润土35～40份，珍珠岩5～7份，粉煤灰36～40份，发泡剂4～5份和减水剂0.5～1份。
本发明所述的矿用无机超细发泡充填材料，其中，由如下重量份的原料组成：硫铝酸盐水泥15份，膨润土37份，珍珠岩7份，粉煤灰36份，发泡剂4.5份和减水剂0.5份。
本发明所述的矿用无机超细发泡充填材料，其中，所述硫铝酸盐水泥的粒度筛选40μm达到95％的硫铝酸盐水泥。
本发明所述的矿用无机超细发泡充填材料，其中，所述发泡剂为动物蛋白发泡剂或植物蛋白发泡剂。
本发明所述的矿用无机超细发泡充填材料，其中，所述减水剂为木质素磺酸钙。
本发明还提供了上述矿用无机超细发泡充填材料的制备方法，包括以下步骤：分别将所述硫铝酸盐水泥，膨润土，珍珠岩，粉煤灰，发泡剂和减水剂磨细，各原料粒度范围均为40μm达到95％以上，然后将各原料混合均匀，得到分散均匀的复合型粉末状产品，再包装即可。
本发明所述的矿用无机超细发泡充填材料的制备方法，其中，所述混合为在混料机中混合10～20min。
本发明另外还提供了上述矿用无机超细发泡充填材料的使用方法，包括以下步骤：将所述的矿用无机超细发泡充填材料与水混合，得到均匀的浆体，通过管道输送的方式输送至需要加固或充填的部位进行灌注即可。
本发明所述的矿用无机超细发泡充填材料的使用方法，其中，所述水与所述充填材料按照1：0.4～1.5的比例混合。
本发明中硫铝酸盐水泥的作用是胶凝材料；膨润土具有较好的可塑性和较强的粘结性；本发明利用了膨润土的润滑性，粘结密封性，增稠性及胶凝性，其作用是增加和调节充填材料的韧性。膨润土对人体无害，具有较好的环保性能。利用膨润土吸水膨胀的特性与发泡剂协同发泡。
珍珠岩是一种轻质、多功能新型材料，具有表观密度轻、导热系数低、化学稳定性好、使用温度范围广、吸湿能力小，且无毒、无味、防火、吸音等特点，珍珠岩原砂经细粉碎和超细粉碎，其作用是增加充填材料的强度，在本发明中作为超细骨料使用。
本发明中粉煤灰起到充填材料的增强剂作用。粉煤灰有很强的吸水性，粉煤灰活化之后作为低标号水泥使用，大大降低了水泥在充填材料中用量(仅为8-18％)，从而大幅度降低了充填成本，可以改善充填料浆的综合性能，如耐久性。
发泡剂具有很强的水合性质、表面性质等。在本发明中作为表面活性剂来进行发泡。发泡剂用于充填材料中，降低了相同空间填充下料浆用量，节约成本，并且该充填材料还具有制备简单、轻质、抗裂、保温等功能，现场应用前景广阔，有较好的经济效益。
减水剂为棕黄色粉状，固体含量>90％，减水率12-25％，无毒、无味、不燃烧，对钢筋无锈蚀危害，具有明显的减水分散效果，可提高充填材料的抗渗、抗冻、抗腐蚀和耐久性能。
本发明所述的矿用无机超细发泡充填材料，用于煤矿破碎矸石、松散煤岩体加固，采空区、冒落区及巷帮的充填，具有可远距离泵送、快速凝结、不易开裂、绿色环保的特点，其优点如下：
1、本发明产品由纯无机材料复合而成，本质上具有不燃和抗静电性能。相对于化学注浆材料采用添加阻燃剂、抗静电剂而获得的阻燃、抗静电性能而言，具有安全性高、成本低的特点，制成浆液后具有很好的可输送性能和可注性。
2、本发明产品是由无毒无害的纯无机材料组成，其组成决定了其对水、土壤、空气等周围环境无污染，属于绿色环保型材料。
3、本发明产品具有强度增长速度快、高增阻、大流态、自密实等优点，充填后所形成的固结体快速凝固、不收缩、强度高等特性。
本发明所述的矿用无机超细发泡充填材料的制备方法，操作简单，成本低。
本发明所述的矿用无机超细发泡充填材料的使用方法，所需要的设备少，工人易于操作。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例l
一种矿用无机超细发泡充填材料，由如下重量份的原料组成：硫铝酸盐水泥15份，膨润土37份，珍珠岩7份，粉煤灰36份，发泡剂4.5份和减水剂0.5份，所述发泡剂为植物蛋白发泡剂，所述减水剂为木质素磺酸钙。
本实施例所述的矿用无机超细发泡充填材料的制备方法，包括以下步骤：按配比准备原料，分别将硫铝酸盐水泥，膨润土，珍珠岩，粉煤灰，发泡剂和减水剂磨细，各原料粒度范围均为40μm达到95％以上，然后将各原料混合均匀，得到分散均匀的复合型粉末状产品，再包装即可；为了加快混合效率，所述混合为在混料机中混合10min。
本实施例所述的矿用无机超细发泡充填材料的使用方法，包括以下步骤：将所述的矿用无机超细发泡充填材料与水混合，所述水与所述充填材料按质量比为1:0.8的比例混合，得到均匀的浆体，通过管道输送的方式输送至需要加固或充填的部位进行灌注即可，必要的情况下，可设置模具以控制灌注范围。
实施例2
一种矿用无机超细发泡充填材料，由如下重量份的原料组成：硫铝酸盐水泥12份，膨润土37份，珍珠岩5份，粉煤灰40份，发泡剂5份和减水剂1份，所述发泡剂为植物蛋白发泡剂，所述减水剂为木质素磺酸钙。
本实施例所述的矿用无机超细发泡充填材料的制备方法，包括以下步骤：按配比准备原料，分别将硫铝酸盐水泥，膨润土，珍珠岩，粉煤灰，发泡剂和减水剂磨细，各原料粒度范围均为40μm达到95％以上，然后将各原料混合均匀，得到分散均匀的复合型粉末状产品，再包装即可；为了加快混合效率，所述混合为在混料机中混合20min。
本实施例所述的矿用无机超细发泡充填材料的使用方法，本实施例所述的矿用无机超细发泡充填材料的使用方法，包括以下步骤：将所述的矿用无机超细发泡充填材料与水混合，所述水与所述充填材料按质量比为1:1.2的比例混合，得到均匀的浆体，通过管道输送的方式输送至需要加固或充填的部位进行灌注即可，必要的情况下，可设置模具以控制灌注范围。
实施例3
一种矿用无机超细发泡充填材料，由如下重量份的原料组成：硫铝酸盐水泥18份，膨润土40份，珍珠岩5份，粉煤灰30份，发泡剂6.7份和减水剂0.3份，所述发泡剂为动物蛋白发泡剂，所述减水剂为木质素磺酸钙。
本实施例所述的矿用无机超细发泡充填材料的制备方法，同实施例1。
本实施例所述的矿用无机超细发泡充填材料的使用方法，同实施例1。
实施例4
一种矿用无机超细发泡充填材料，由如下重量份的原料组成：硫铝酸盐水泥9份，膨润土27份，珍珠岩10份，粉煤灰45份，发泡剂8份和减水剂1份，所述发泡剂为植物蛋白发泡剂，所述减水剂为木质素磺酸钙。
本实施例所述的矿用无机超细发泡充填材料的制备方法，同实施例2。
本实施例所述的矿用无机超细发泡充填材料的使用方法，同实施例2。
实施例5
一种矿用无机超细发泡充填材料，由如下重量份的原料组成：硫铝酸盐水泥8份，膨润土36份，珍珠岩10份，粉煤灰40份，发泡剂5份和减水剂1份，所述发泡剂为植物蛋白发泡剂，所述减水剂为木质素磺酸钙。
本实施例所述的矿用无机超细发泡充填材料的制备方法，同实施例1。
本实施例所述的矿用无机超细发泡充填材料的使用方法，同实施例1。
对实施例1-5制备的矿用无机超细发泡充填材料进行了检测，其充填料浆塌落度为120～260mm，可实现远距离泵送，最长水平泵送距离达1200m，泵送入模后自密实；充填结束后3～5h可脱模；具有良好的压缩率5～10％，残余强度可达极限强度的35～60％。
采用本实施例1-5所述的矿用无机超细发泡充填材料进行灌注后，浆体静置5-10min即产生假凝现象，30min以上即完全固化，与普通水泥基充填材料相比，具有快凝快硬的特点。用于煤矿破碎矸石、松散煤岩体加固，采空区、冒落区及巷帮的充填，其主要性能指标如表1所示。
表1实施例1-5所述的矿用无机超细发泡充填材料的主要性能指标
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。