1.本发明涉及矿井充填技术领域，尤其涉及一种用于煤矿开采的膏体材料及其制备方法。
背景技术：
2.煤炭资源发展是驱动国家经济发展的重要因素，近几年来，煤炭资源处于长期高强度的开采的状态，使得许多煤矿过早的面临“三下”压煤的问题和易采资源匮乏的窘境。采煤引起的岩体破坏与地表沉陷、矸石露天排放是造成矿区资源浪费与环境严重破坏的主要根源之一。因此，如何解放“三下”滞留煤炭资源、控制地表沉陷、保护矿区生态环境等问题是煤炭绿色开采亟待解决的问题。
3.目前，控制地表沉陷的技术主要分为两大体系：以煤岩柱为支撑体系的部分开采技术和以充填体为支撑体系的充填开采技术。条带开采虽然经过实践效果不错，但存在采出率低的缺点，而充填开采虽然在资源回收率及保护地表环境与建筑物上效果显著，但初期投资大，充填成本高成为制约技术发展的一方面问题。
4.煤矿膏体充填与其他充填方式相比具有成本低，早期强度高，充填压缩率低的优点，目前得到了很多煤矿的青睐。
5.采空区的膏体充填技术是一种新型的充填技术，采用粉煤灰、煤矸石混合料、添加剂、水泥、水，通过一定的手段制作成用于充填的膏状。由于近年来粉煤灰越来越受到煤矿行业的欢迎，以及从发电站运往煤矿的运输问题，这就导致它的单价持续走高，进一步使充填成本增加。由于使用添加剂的原因，这就使得制作膏体变得繁琐，工作的效率低下。
技术实现要素：
6.为了缓解这问题，本发明就是研究使用破碎后的矸石粉替代粉煤灰，最大限度的提高了矸石的消耗量，降低成本，减轻了煤矿开采对环境的污染，提高工作的效率，同时它满足作为膏体充填料具有的三大特性：稳定性、可塑性和流动性。
7.针对现有矸石膏体充填料的强度低，成本高的问题，本发明提供一种用于煤矿开采的膏体材料及其制备方法。不仅可以解决强度低还可以解决成本高的问题。
8.为达到上述发明目的，本发明采用的是如下的技术方案：一种用于煤矿开采的膏体材料，其包括以下原料组分，190目以下的矸石粉与煤矸石混合料的重量之比为28-32：67-72；水泥占矸石粉与煤矸石混合料重量之和的8-15%；掺入的水占矸石粉与煤矸石混合料重量之和的20%-25%，膏体材料的原料不包含粉煤灰。
9.优选的，所述煤矸石混合料采用的是5mm以下的细粒径煤矸石和5-15mm的粗粒径煤矸石混合而成。
10.优选的，所述细粒径煤矸石与粗粒径煤矸石的重量之比为35-45：55-75。
11.优选的，所述细粒径煤矸石与粗粒径煤矸石的重量之比为40：60。
12.优选的，所述水泥为硅酸盐水泥。
15mm。这样的粒径级配是大量的实验得出的，通常需要对煤矿石进行破碎加工处理，煤矸石通过颚式破碎机进行初次破碎后达到15mm左右，后经人工二次破碎达到1mm左右，用多孔径振动筛进行筛分归类。
26.在具体实验中，取100kg煤矸石用颚式破碎机进行初步破碎，使得破碎后的煤矸石的粒径大致分布在15mm以下，将破碎后的煤矸石颗粒分别用5mm，10mm，15mm振筛机筛分，分别获得各粒径的矸石颗粒，并将大于15mm的矸石颗粒重新放入破碎机内进一步破碎；取5kg标号为425的硅酸盐水泥，14kg细粒径的煤矸石和21kg粗粒径的煤矸石混合料，15kg的矸石粉搅拌后加入12.5kg水，均匀混合。通过掺入不同的水泥和水形成多组对照实验，其中水泥掺量和水掺量均为占矸石粉与煤矸石混合料重量之和的重量百分比，同时设置粉煤灰实验对照组，并且对个实验组形成的膏体材料进行了儋州抗压强度、坍落度、扩展度和沁水率的测量，具体测试结果如下表所示。
27.配比中的煤矸石的粒径级配是根据当使用粉煤灰作为膏体材料时，由于煤矸石粒径级配对膏体料浆的流动性能影响很大，因此需要对煤矸石进行破碎，通过大量的实验室优化配比，确定了粗细粒径的配比关系。当细粒径煤矸石与粗粒径煤矸石的重量之比为35-45：55-75的时候，膏体充填材料早期强度和后期强度都相对于比较高，实验对照组中选取当细粒径煤矸石与粗粒径煤矸石的重量之比为40：60。
28.在实验的结果来看，使用煤矸石混合料及矸石粉替代粉煤灰，在相同的配比下早期和后期的强度要比使用粉煤灰的时候高，但是由于两者化学成分不同，粉煤灰是要比矸石粉的活性要高的，这就直接导致了使用矸石粉的膏体要比使用粉煤灰的膏体流动性差，所以本次试验的目的就是探究合适的配比，这样就可以形成新型的利用矸石粉替代粉煤灰的膏体材料。
29.由于常用的膏体充填材料之一的粉煤灰成本的增加以及从发电厂运往煤矿的运输问题，我们可以用破碎后的煤矸石及矸石粉代替粉煤灰，以达到降低充填成本和解决运输上的问题。而且试验表明在相同的配比下，矸石粉的替代会让充填后的充填区域抗压强度更高。煤矸石在矿上是很常见的，而破碎后的矸石粉也仅仅是多了一道工序，这样组成的膏体则形成了新型的利用矸石粉替代粉煤灰的膏体材料。
技术特征：
1.一种用于煤矿开采的膏体材料，其特征在于，其包括以下原料组分，190目以下的矸石粉与煤矸石混合料的重量之比为28-32：67-72；水泥占矸石粉与煤矸石混合料重量之和的8-15%；掺入的水占矸石粉与煤矸石混合料重量之和的20%-25%，膏体材料的原料不包含粉煤灰。2.根据权利要求1所述的一种用于煤矿开采的膏体材料，其特征在于，所述煤矸石混合料采用的是5mm以下的细粒径煤矸石和5-15mm的粗粒径煤矸石混合而成。3.根据权利要求2所述的一种用于煤矿开采的膏体材料，其特征在于，所述细粒径煤矸石与粗粒径煤矸石的重量之比为35-45：55-75。4.根据权利要求2所述的一种用于煤矿开采的膏体材料，其特征在于，所述细粒径煤矸石与粗粒径煤矸石的重量之比为40：60。5.根据权利要求1所述的一种用于煤矿开采的膏体材料，其特征在于，所述水泥占矸石粉与煤矸石混合料重量之和的10%。6.根据权利要求1或5所述的一种用于煤矿开采的膏体材料，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥。7.根据权利要求1所述的一种用于煤矿开采的膏体材料，其特征在于，所述掺入的水占矸石粉与煤矸石混合料重量之和的25%。8.根据权利要求1-5、7任一项所述的一种用于煤矿开采的膏体材料，其特征在于，所述190目以下的矸石粉与煤矸石混合料的重量之比为30：70。9.一种用于煤矿开采的膏体材料的制备方法，其特征在于，包括按照上述权利要求1-8任一项所述的膏体材料的原料比例，将所述煤矸石混合料、矸石粉、水泥、水混合均匀得到所述膏体材料。10.根据权利要求9所述的一种用于煤矿开采的膏体材料的制备方法，其特征在于，所述煤矸石混合料的制备方法为：将煤矸石进行颚式破碎机的初次破碎，破碎后的煤矸石用所对应的筛子进行细粒径煤矸石和粗粒径煤矸石的筛分；其中细粒径煤矸石是通过网眼直径为5mm筛子进行筛分的，粗粒径煤矸石是通过网眼直径为15mm筛子进行筛分的，分别得到小于5mm的细粒径煤矸石和5-15mm的粗粒径煤矸石；按照选定比例选取细粒径煤矸石和粗粒径煤矸石进行混合，得到所述的煤矸石混合料；所述的矸石粉的制备方法为：将上述5mm以下的煤矸石用研磨机进行破碎，破碎后用190目的振筛机进行筛分，得到矸石粉。
技术总结
本发明涉及矿井充填技术领域，尤其涉及一种用于煤矿开采的膏体材料及其制备方法，其包括以下原料组分，190目以下的矸石粉与煤矸石混合料的重量之比为28-32：67-72；水泥占矸石粉与煤矸石混合料重量之和的8-15%；掺入的水占矸石粉与煤矸石混合料重量之和的20%-25%，膏体材料的原料不包含粉煤灰。最大限度的提高了矸石的消耗量，降低成本，减轻了煤矿开采对环境的污染，提高工作的效率，同时它满足作为膏体充填料具有的三大特性：稳定性、可塑性和流动性。流动性。
技术研发人员：李新旺 温学君 程立朝 张学栋 王汉青 郝云德 路滨 屈正一 郭翔宇
受保护的技术使用者：河北工程大学
技术研发日：2022.02.09
技术公布日：2022/4/26