本发明属于煤矸石山自燃灭火材料领域，特别涉及一种用粉煤灰等工业固废物制备的喷浆材料，用于抑制煤矸石山的自燃。
背景技术：
煤矸石山的自燃原因在于矸石中的煤与硫铁矿氧化时放出的热量如不能全部散发于周围环境中，就会促使矸石升温，温度的升高又会进一步加速氧化放热反应。在达到临界温度点后，氧化反应速度将急剧加快，此时若仍能得到充分的氧气供应，矸石就会很快进入自燃状态。矸石中大量煤的存在维持了矸石堆长时间的闷烧，煤燃烧时形成的温度梯度加速了空气的对流（即烟囱效应），使矸石堆获得了足够维持燃烧的氧。
国内外研究矸石山自燃发生的原因，目前基本一致的看法是：煤矸石山存在煤、黄铁矿和其它可燃物质、煤矸石山孔隙中氧的存在和持续供应、表层物质对下层可燃物缓慢氧化生成热量造成热量积累是煤矸石山自燃火源形成的主要原因。
因此，现阶段矸石山自燃治理主要从两个方面进行：
（1）源头防治，即改变新生矸石山的堆积形式，采用分层黄土覆盖碾压方法，减少矸石热量产生及减小矸石孔隙率，进而达到隔氧隔热的效果；
（2）隔氧降温灭火，利用不同的技术及手段，阻隔矸石山内部火源与外界的供氧通道，逐步达到灭火目的。
目前常用的矸石山灭火方法主要有：挖除火源法、覆盖法、表面浇灌法和注浆法。
挖除火源法是最直接也是相当有效的方法；当着火范围不大且在表层时,这种挖出着火矸石,使其在自然环境中自然冷却的方法易于实施,成功率也很高；但当发生大面积自燃后,挖除火源法不仅工作量大,而且相当危险,因此这种方法只能用于矸石山的自燃初期或是作为其它灭火方法的一种辅助措施。
覆盖法一般是在矸石山表面覆盖黄土等惰性物质,来隔绝空气防治自燃；覆盖法灭火的关键是必须将覆土压实,同时覆土前矸石必须经一定程度的冷却。
注浆法是通过降温与隔氧两方面的作用来达到灭火的目的；其工艺过程为：先将灭火材料(石灰、黄土、阻燃剂等)制成一定浓度的灭火浆液,再在火区布置一系列钻孔,用注浆泵将灭火浆液注入到矸石山内部；灭火浆液接触到高温矸石后浆液中的水分急剧蒸发,同时带走大量热量,使矸石迅速降温；浆液中的固体物质则包裹在矸石表面,或充填在矸石间的缝隙中,起到隔绝空气的作用。目前注浆法治理矸石山自燃的过程中，需要在矸石山坡顶和坡面打注浆孔，对于坡角和坡高有一定要求，每级坡高小于10米，堆积安息角小于30°；对于一些坡面长、坡角大的矸石山，注浆的过程中不便于打注浆孔，操作难度大，安全隐患多，治理成本高。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种抑制矸石山自燃的新型喷浆材料及其应用方法；本发明的喷浆材料的原材料主要是煤基固废，包括以煤炭为燃料的电厂副产物粉煤灰和脱硫石膏，还有pvc厂的副产物电石泥，硅铁冶炼厂的副产物硅灰粉，以及复合外加剂；使用喷浆机把本发明的喷浆材料喷在矸石山表面能够形成固化层，起到防风堵漏，隔绝空气的作用，阻止空气进入矸石山内部火源，抑制矸石山自燃。
本发明采用的技术方案如下：一种抑制矸石山自燃的新型喷浆材料；制备该新型喷浆材料的原材料包括粉煤灰、脱硫石膏、硅灰粉、电石泥、水泥、短切玻璃纤维、复合外加剂、水；
其组分的重量比为：粉煤灰50～60％、脱硫石膏10～20％、硅灰粉10～20%、电石泥10～20％、水泥5～15％；短切玻璃纤维占总量的0.5-1.5%，复合外加剂占总量的3～6％，水灰比为0.5-0.7；
复合外加剂的成分及重量比为：水玻璃25%、元明粉50%、苛性碱25%；
按配比把原料混合搅拌均匀得到浆液，3-6h浆液稳定性良好、浆液析水率小于5%的浆液，浆液流动性在95-120mm，利于管道输送。
进一步，上述原材料中水泥采用32.5硅酸盐水泥，短切玻璃纤维为15-20mm。
上述喷浆材料的应用方法为：使用输送管道进行泵送，使用喷浆机自上而下把浆液喷在矸石山表面，喷浆层厚度在12-15cm；喷浆层固化后，每隔72h在浆液固化层表面洒水，自然养护，循环4-5次。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明的浆液喷在矸石山表面，一部分浆液会在喷洒过程中渗入矸石山的缝隙中，将孔隙填充，降低了矸石山的孔隙率，喷浆层28d养护完成后，在矸石山表面形成厚度12-15cm，抗压强度可达18mpa左右的固化体，该固化层与矸石表面连接成一体，在矸石山表面形成一道屏障，阻隔空气进入矸石山内部，内部自燃的矸石失去氧气的供应，火源逐渐熄灭。
（2）本发明的喷浆材料的原材料主要是煤基固废，包括以煤炭为燃料的电厂副产物粉煤灰和脱硫石膏，还有pvc厂的副产物电石泥，硅铁冶炼厂的副产物硅灰粉；实现了以废治废的双赢效果，使资源循环利用。
（3）经测试，喷浆固化层具有良好的强度，3d抗压强度为3-4mpa，7d抗压强度为8-12mpa，28d抗压强度为15-18mpa，具有良好的护坡作用，可以防止矸石山滑坡，增加矸石山的稳定性。
（4）经测试，喷浆固化层具有良好的耐水性，试块软化系数不低于0.9，可以有效防止雨水渗入矸石山，降低矸石山滑坡的可能性；也可以防止矸石山内部的有害元素溶入雨水渗入地下水，有利于保护地下水。
（5）此外，研究发现，浆液渗入矸石山表面的缝隙中，降低了矸石堆的透气性，还可以溶解一部分二氧化硫气体，起到一定固硫作用。
（6）本发明的原料中固体废弃物的掺入量大，外加剂掺入量较少，成本低廉。
（7）应用本发明的喷浆材料时，容易操作，面对不易处理的一坡到顶式矸石山，施工危险系数低，施工费用低。
（8）经过实地测试，本发明的材料具有良好的治理效果，治理后的自燃矸石山温度持续下降，1-2个月达到熄灭状态，封闭的矸石山可以有效预防复燃。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合实施例对本发明作进一步的详细介绍，以下所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制。
实施例1
称量粉煤灰600g，脱硫石膏100g、硅灰粉100g、电石泥100g、水泥100g，加入长度为15mm的短切玻璃纤15g，加入复合外加剂50g，加入700g水，搅拌均匀，使用水泥胶砂流动度测定仪测定流动度为98mm，浆液3小时析水率为3.7%，6小时析水率为4.4%。把浆液倒入70.7*70.7*70.7的砂浆三联试模中，连同试模放在温度（20±2）℃，相对湿度≥50%的环境中，48h后脱模，将试块放在温度（20±1）℃，相对湿度不低于90%的养护箱内，分别检测试块在3d、7d、28d时期的抗压强度分别为3.9mpa、9.8mpa、17.8mpa，28d后软化系数为0.91。
实施例2
称量粉煤灰550g，脱硫石膏120g、硅灰粉80g、电石泥70g、水泥80g，加入长度为15mm的短切玻璃纤13g，加入复合外加剂60g，加入750g水，搅拌均匀，使用水泥胶砂流动度测定仪测定流动度为104mm，浆液3小时析水率为3.3%，6小时析水率为4.1%。把浆液倒入70.7*70.7*70.7的砂浆三联试模中，连同试模放在温度（20±2）℃，相对湿度≥50%的环境中，48h后脱模，将试块放在温度（20±1）℃，相对湿度不低于90%的养护箱内，分别检测试块在3d、7d、28d时期的抗压强度分别为3.6mpa、8.9mpa、17.3mpa，28d后软化系数为0.92。
实施例3
在乌海某自燃矸石山进行现场试验，选取2000平方米的自燃区域，通过电热偶检测到矸石山内部温度在423℃，将电热偶探头预埋治理后期再次检测温度，按照配比为粉煤灰50％、脱硫石膏12％、硅灰粉13%、电石泥10％、水泥15％。短切玻璃纤维占总量1.5%，复合外加剂占总量的5％，水灰比为0.67，制备均匀的浆液，使用喷浆机自上而下把浆液喷在矸石山表面，喷浆层厚度在12-15cm，喷浆层固化后，72h后通过在喷浆固化层表面洒水，持续3-4次。施工后的第3d、7d、28d取样检测抗压强度为3.3mpa、8.2mpa、17.7mpa。喷浆治理后的30d、45d、60d、90d检测预埋电热偶的温度读数持续下降至354℃、164℃、64℃、35℃，90d之后矸石山自燃区域温度趋于正常。
实施例4
在鄂尔多斯某自燃矸石山进行现场试验，选取1000平方米的自燃区域，通过电热偶检测到矸石山内部温度在382℃，将电热偶探头预埋治理后期再次检测温度，按照配比为粉煤灰55％、脱硫石膏10％、硅灰粉12%、电石泥10％、水泥13％。短切玻璃纤维占总量1.4%，复合外加剂占总量的5％，水灰比为0.65，制备均匀的浆液，使用喷浆机自上而下把浆液喷在矸石山表面，喷浆层厚度在12-15cm，喷浆层固化后，72h后通过在喷浆固化层表面洒水，持续3-4次。施工后的第3d、7d、28d取样检测抗压强度为3.1mpa、8.8mpa、16.9mpa。喷浆治理后的30d、45d、60d、90d检测预埋电热偶的温度读数持续下降至283℃、124℃、57℃、31℃，90d之后矸石山自燃区域温度趋于正常。
尽管参照前述实例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种抑制矸石山自燃的新型喷浆材料,其特征是，制备该新型喷浆材料的原材料包括粉煤灰、脱硫石膏、硅灰粉、电石泥、水泥、短切玻璃纤维、复合外加剂、水；
其组分的重量比为：粉煤灰50～60％、脱硫石膏10～20％、硅灰粉10～20%、电石泥10～20％、水泥5～15％；短切玻璃纤维占总量的0.5-1.5%，复合外加剂占总量的3～6％，水灰比为0.5-0.7；
复合外加剂的成分及重量比为：水玻璃25%、元明粉50%、苛性碱25%；
按配比把原料混合搅拌均匀得到浆液。
2.根据权利要求1所述的抑制矸石山自燃的新型喷浆材料，其特征是：原材料中水泥采用32.5硅酸盐水泥，短切玻璃纤维为15-20mm。
3.一种上述喷浆材料的应用方法，其特征是：使用输送管道进行泵送，使用喷浆机自上而下把浆液喷在矸石山表面，喷浆层厚度在12-15cm；喷浆层固化后，每隔72h在浆液固化层表面洒水，自然养护，循环4-5次。
技术总结