CN102536315A - 一种钾盐矿采空区的充填方法 - Google Patents

一种钾盐矿采空区的充填方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钾盐矿采空区的充填方法，将墙体料浆在钾盐矿采空区井下巷道内制作成面积与巷道断面积相同、厚度为0.5～5米的挡墙，相邻两挡墙间隔5～100米，然后在所述挡墙之间填入充填料浆。本发明的充填方法以高强度的胶结体墙体料浆固化后作为主要承重材料、低强度的充填料浆固化后作为充填主料，与常规充填料相比，效果好、添加剂用量少、固化时间短、充填强度可调整、充填成本低。而且有效利用了选矿尾液，减少了其它添加剂的加入，降低了成本，避免了废液排放，减轻了环境压力。

Description

一种钾盐矿采空区的充填方法
技术领域
本发明涉及采矿采空区的充填方法，具体涉及一种钾盐矿采空区的充填方法。
背景技术
光卤石钾盐矿通过常见浮选法选矿过程产生选矿尾矿和选矿尾液，其中尾矿90％以上为NaCl，尾矿通常堆放在尾矿库或干式充填至采空区。尾液的主要成分为22％～25％的MgCl2、3.3％～4.4％的KCl和1.8％～3.3％的NaCl，尾液通常经浓缩后回收光卤石或直接外排，目前国内外对处理光卤石尾液尚无经济有效方法。
在普通矿山的充填过程中，通常使用硅酸盐水泥作为胶结材料与尾矿混合后形成充填料浆进行充填。传统充填方法不能适用钾盐矿采空区，因为钾盐矿采空区回采对充填强度要求较高，硅酸盐水泥固化后受氯离子影响固化强度严重降低，而且成本过高，无法满足充填要求。
针对钾盐矿采空区，目前也出现了多种充填方法，如中国专利CN 101864989A公开了一种钾盐采空区的充填方法，采用尾矿、镁水泥和粉煤灰混合形成充填浆料输送至采空区。中国专利CN101864988A公开了一种钾盐采空区的充填方法，采用尾矿和镁水泥混合形成充填浆料输送至采空区。上述方法都是采用单一的充填浆料，充填强度不易控制，充填成本过高，而且只有尾矿得到了处理，尾液得不到有效利用，其排放对环境造成了巨大的压力。
发明内容
为克服现有技术中充填料浆单一、尾液得不到有效利用的缺陷，本发明的目的是提供一种钾盐矿采空区的充填方法。
本发明提供的钾盐矿采空区的充填方法，将墙体料浆在钾盐矿采空区井下巷道内制作成面积与巷道断面积相同、厚度为0.5～5米的挡墙，相邻挡墙间隔5～100米，然后在所述挡墙之间填入充填料浆；
其中，所述墙体料浆按重量由以下成分组成：
光卤石钾盐矿尾液            20～40％；
光卤石钾盐矿尾矿            30～60％；
胶凝剂                      8～25％；
改性剂                      2～8％；
所述充填料浆按重量由以下成分组成：
光卤石钾盐矿尾液            17～46％；
光卤石钾盐矿尾矿            50～80％；
胶凝剂                      1～5％。
所述挡墙的厚度以及间隔一般依据采空区的实际情况而定，挡墙厚度优选1～5米，进一步优选1～3米；相邻挡墙间隔优选5～50米，更优选10～30米，最优选10～20米。
优选地，充填完毕后，所述墙体料浆和充填料浆的用量按体积比为5～10∶90～95。
所述墙体料浆的制备方法为：将胶凝剂和改性剂加入光卤石钾盐矿尾液，搅拌均匀后再加入光卤石钾盐矿尾矿混合均匀，得到墙体料浆；所述充填料浆的制备方法为：将胶凝剂加入光卤石钾盐矿尾液，搅拌均匀后再加入光卤石钾盐矿尾矿混合均匀，得到充填料浆。
所述充填料浆可以预先制备再充填至所述挡墙之间，或者也可以将原料分别充填至挡墙之间并在其中混合形成充填料浆。
所述光卤石钾盐矿尾液中的氯化镁质量含量为29～36％。如果尾液中的氯化镁低于或高于此浓度范围，可采用常规方式进行调节，高于此范围时可加水稀释，低于此范围时可进行浓缩，如日晒蒸发水分浓缩。
所述胶凝剂为氧化镁、氧化钙或两者的混合物。
在所述墙体或充填料浆中，固化物主要成分包括多种物质。根据氧化镁加入量的增加，其主要成分中Mg(OH)2的比例不断增加，依次为2Mg(OH)2·MgCl2·8H2O、3Mg(OH)2·MgCl2·8H2O、5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O等；根据胶凝剂中氧化钙加入量的增加，2MgCl2·CaCl2·12H2O和CaCl2·6H2O的比例增加。当胶凝剂全部为氧化镁且加入足量时，主要固化物质为5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O，所得墙体强度最高；当胶凝剂全部为氧化钙且加入足量时，所得墙体强度最低。
固化物由于胶凝剂种类的不同产生的固化物质强度不同，因此可以通过改变胶凝剂加入的种类、比例调整固化后的强度，并控制充填的成本。
充填料浆主要起到填充作用，对强度要求不高，因此优选完全采用成本更加低廉的氧化钙。
墙体料浆中，根据承重强度的要求不同，可在一定范围内调节氧化镁、氧化钙的使用量，其中氧化镁的质量分数为0～17％，氧化钙的质量分数为0～8％。
当墙体料浆中胶凝剂全部为氧化镁时，得到的料浆强度最高，如表1所示，当氧化镁加入量达17％，而不加入氧化钙时，固化28天后抗压强度可达35Mpa，但此操作成本也最高；当胶凝剂全部为氧化钙时，成本最低，但得到的料浆强度较差，只有约0.8Mpa，无法满足承重需要。当胶凝剂为氧化镁和氧化钙的混合物时，成本适中，强度也可在较大范围内按照需要调整，使其适用于不同强度要求的采空区充填，并达到最佳经济性。
基于上述理由，进一步优选地，墙体料浆中氧化镁的质量分数为10～16％，氧化钙的质量分数为2～6％。
墙体料浆中所述的改性剂为硅酸钠、磷酸钠和粉煤灰三种物质的混合物。其中，硅酸钠为材料堵孔剂，少量添加时有一定的缓凝作用；磷酸钠为料浆缓凝剂，调节料浆凝固时间；粉煤灰为材料堵孔剂，提高固化材料的抗水性。
优选地，所述墙体料浆中硅酸钠的质量分数为0.5～1.5％，磷酸钠的质量分数为0.5～1.5％，粉煤灰的质量分数为1.0～5.0％；优选地，粉煤灰的质量分数为1.5～3.0％。
所述充填方法中料浆的输送方式为泵压、料浆自流或车辆输送方式。涉及的输送方法、设备等都为本领域常见方法或设备。
本发明提供的充填方法适用于现有的钾盐矿采空区，优选适用于光卤石钾盐矿采空区。
本发明的充填方法以高强度的胶结体墙体料浆固化后作为主要承重材料、低强度的充填料浆固化后作为充填主料，平均密度可调节至接近原矿的密度，充填效果好，充填后采空区不会发生地表沉陷等情况。
本发明充填方法中的料浆与现有加入普通硅酸盐水泥、镁水泥的充填料相比，添加剂用量少、固化时间短、充填强度可调整、成本低，而且有效利用了选矿尾矿和尾液，减少了其它添加剂的加入，降低了成本，避免了废液排放，减轻了环境压力。
附图说明
图1是制备本发明所述墙体料浆的工艺流程图；
图2是制备本发明所述充填料浆的工艺流程图；
图3是采用本发明所述充填方法充填后的采空区井下巷道沿长度方向的截面图；
其中，1、井下巷道；2、充填料浆充填部分；3、墙体料浆充填部分。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
如图1和图2所示，首先按照常规浮选法将光卤石钾盐矿进行选矿得到光卤石钾盐矿的尾液和光卤石钾盐矿的尾矿。尾液中含有氯化镁约为24％，采用常规方式如日晒蒸发，浓缩所述尾液使其中的氯化镁质量含量为29～36％之间。
1、墙体料浆的制备
向浓缩后的尾液中加入胶凝剂和改性剂，搅拌混合均匀后加入光卤石钾盐矿的尾矿再搅拌混合均匀形成墙体料浆，搅拌时间为20～30分钟，料浆制备完成后60～120分钟开始固化。
墙体料浆中，光卤石钾盐矿选矿尾液加入的质量占墙体料浆20％～40％，优选30％～40％，氧化镁加入质量占墙体料浆的0～17％，氧化钙加入质量占墙体料浆的0～8％，光卤石钾盐矿的尾矿加入质量占墙体料浆30％～60％，优选40％～60％，硅酸钠加入质量占墙体料浆0.5～1.5％，磷酸钠加入质量占墙体料浆0.5～1.5％，粉煤灰加入质量占墙体料浆的1～5.0％，优选地1.5～3.0％。
不同氧化镁的含量与相应墙体料浆固化后的强度关系如表1所示。
表1 按不同配比的墙体料浆固化28天后的强度关系
Figure BDA0000127568250000051
墙体料浆的制备过程可以采用现有的设备进行。例如，可先将光卤石钾盐矿的尾液供给到搅拌槽中并调节供给量，同时依次将胶凝剂材料和改性剂材料从各自料仓供给到搅拌槽中并调节供给量，混合均匀后通过皮带将光卤石钾盐矿的尾矿输送到搅拌槽中并调节供给量，搅拌均匀形成墙体料浆。
2、充填料浆的制备
在光卤石钾盐矿的选矿尾液中加入胶凝剂，混合均匀后加入光卤石钾盐矿的尾矿搅拌成充填料浆，料浆制备完成后45～240分钟后开始固化。
充填料浆中，光卤石钾盐矿选矿尾液加入的质量占充填料浆质量的17～46％，光卤石钾盐矿尾矿加入的质量占50～80％，胶凝剂加入的质量占1～5％。
充填料浆的制备过程可以采用现有的设备进行制备。例如，可先将光卤石钾盐矿的尾液供给到搅拌槽中并调节供给量，同时将胶凝剂从料仓供给到搅拌槽中并调节供给量，混合均匀后通过皮带将光卤石钾盐矿的尾矿输送到搅拌槽中并调节供给量，搅拌均匀成充填料浆。
3、充填过程
将墙体料浆和充填料浆进行充填，图3为井下巷道的充填示意图。
充填方法一：使用车辆先将制备好的墙体料浆运至井下采空区，使用普通水泥建模灌浆方式制作成与巷道断面积(垂直于巷道长度方向的截面积)相同、厚度在0.5～5m或根据实际情况而定的挡墙，相邻两面挡墙之间的间距离控制为5～100m或根据实际情况而定；然后使用泵压方式将混合好的充填料浆运输至井下挡墙墙体外部，使用喷浆泵将充填料浆灌入挡墙中间充实，直至接顶。待料浆固化后即完成采空区的充填过程。
充填方法二：使用泵压方式将制备好的墙体料浆打入井下，其开始固化后制作成与巷道断面积相同、厚度在0.5～5m或根据实际情况而定的挡墙，相邻两面挡墙之间的间距离控制为5～100m或根据实际情况而定；将井下采矿尾矿、尾液直接运至挡墙中间充填，然后使用水泥灌浆泵将充填材料胶凝剂打入充填区域，利用重力使物料在挡墙间混合固化。待料浆固化后即完成采空区的充填过程。
实施例2
针对光卤石钾盐采空区，首先按照常规浮选法将光卤石钾盐矿进行选矿得到光卤石钾盐矿的尾液和光卤石钾盐矿的尾矿。尾液中含有氯化镁约为24％，采用日晒蒸发浓缩所述尾液使其中的氯化镁质量含量达到29％左右。
1、墙体料浆的制备
依次向浓缩后的尾液中加入胶凝剂和改性剂，搅拌混合均匀后加入光卤石钾盐矿的尾矿，再搅拌混合均匀形成墙体料浆，每次搅拌时间约为25分钟左右。
墙体料浆中，光卤石钾盐矿尾液加入的质量占墙体料浆35％，氧化镁加入质量占墙体料浆16％，氧化钙加入质量占墙体料浆的4.0％，光卤石钾盐矿的尾矿加入质量占墙体料浆40％，硅酸钠加入质量占墙体料浆1.1％，磷酸钠加入质量占墙体料浆1.1％，粉煤灰加入质量占墙体料浆2.8％。
2、充填料浆的制备
在光卤石钾盐矿的选矿尾液中加入胶凝剂，混合均匀后加入光卤石钾盐矿的尾矿搅拌成充填料浆，搅拌约20分钟左右。
充填料浆中，光卤石钾盐矿选矿尾液加入的质量占37％，光卤石钾盐矿尾矿加入的质量占60％，胶凝剂加入的质量占3.0％。
3、充填过程
将制备好的墙体料浆和充填料浆分别输送到光卤石钾盐矿采空区。
先将墙体料浆运至井下采空区，使用普通水泥建模灌浆方式制作成面积与巷道断面积相同的挡墙，挡墙的厚度可以任意制作为1～5m，相邻两面挡墙之间的距离任意控制在5～20m之间。然后使用泵压方式将充填料浆运输至井下，使用喷浆泵将充填料浆灌入两面挡墙中间充实，直至接顶，待墙体料浆和充填料浆固化后即完成采空区的充填过程。最终墙体料浆和充填料浆的体积用量控制在约5∶95。
将墙体料浆和充填料浆分别留料制作标准试块，置于井下相同条件，待28天后进行强度检测，此时试块强度能够达到其最终强度70～80％。检测结果如下：
表2 实施例2的墙体料浆和充填料浆固化28天后的强度
Figure BDA0000127568250000081
井下采空区巷道内的充填物料，平均密度约为1.9，接近光卤石钾盐矿的原矿密度，因此充填后不会发生地表沉陷等情况，充填效果良好。
实施例3
针对光卤石钾盐采空区，首先按照常规浮选法将光卤石钾盐矿进行选矿得到光卤石钾盐矿的尾液和光卤石钾盐矿的尾矿。尾液中含有氯化镁约为24％，采用日晒蒸发浓缩所述尾液使其中的氯化镁质量含量达到32％左右。
1、墙体料浆的制备
依次向浓缩后的尾液中加入胶凝剂和改性剂，搅拌混合均匀后加入光卤石钾盐矿的尾矿，再搅拌混合均匀形成墙体料浆，每次搅拌时间约为20分钟左右。
墙体料浆中，光卤石钾盐矿尾液加入的质量占墙体料浆30％，氧化镁加入质量占墙体料浆14％，氧化钙加入质量占墙体料浆的5.5％，光卤石钾盐矿的尾矿加入质量占墙体料浆46.3％，硅酸钠加入质量占墙体料浆1.0％，磷酸钠加入质量占墙体料浆1.0％，粉煤灰加入质量占墙体料浆2.2％。
2、充填过程
将制备好的墙体料浆输送到光卤石钾盐矿采空区。
先将墙体料浆运至井下采空区，使用普通水泥建模灌浆方式制作成面积与巷道断面积相同的挡墙，挡墙的厚度可以任意制作为0.5～5m，相邻两面挡墙之间的距离任意控制在10～30m之间。将光卤石钾盐矿采矿尾矿、尾液直接填入挡墙中间，使用水泥灌浆泵将充填材料的胶凝剂打入充填区域，使充填料浆在挡墙之间混合固化。充填料浆中，光卤石钾盐矿选矿尾液加入的质量占29.5％，光卤石钾盐矿尾矿加入的质量占68％，胶凝剂加入的质量占2.5％。
待墙体料浆和充填料浆固化后即完成采空区的充填过程。最终墙体料浆和充填料浆的体积用量控制在约10∶90。
将墙体料浆和充填料浆分别留料制作标准试块，置于井下相同条件，待28天后进行强度检测，此时试块强度能够达到其最终强度70～80％。检测结果如下：
表3 实施例3的墙体料浆和充填料浆固化28天后的强度
Figure BDA0000127568250000091
井下采空区巷道内的充填物料，平均密度约为1.9，接近光卤石钾盐矿的原矿密度，因此充填后不会发生地表沉陷等情况，充填效果良好。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种钾盐矿采空区的充填方法，其特征在于，将墙体料浆在钾盐矿采空区井下巷道内制作成面积与巷道断面积相同、厚度为0.5～5米的挡墙，相邻挡墙间隔5～100米，然后在所述挡墙之间填入充填料浆；
其中，所述墙体料浆按重量由以下成分组成：
光卤石钾盐矿尾液        20～40％；
光卤石钾盐矿尾矿        30～60％；
胶凝剂                  8～25％；
改性剂                  2～8％；
所述充填料浆按重量由以下成分组成：
光卤石钾盐矿尾液        17～46％；
光卤石钾盐矿尾矿        50～80％；
胶凝剂                  1～5％。
2.根据权利要求1所述的充填方法，其特征在于，所述墙体料浆的制备方法为：将胶凝剂和改性剂加入到光卤石钾盐矿尾液中，搅拌均匀后再加入光卤石钾盐矿尾矿混合均匀，得到墙体料浆；所述充填料浆的制备方法为：将胶凝剂加入到光卤石钾盐矿尾液中，搅拌均匀后再加入光卤石钾盐矿尾矿混合均匀，得到充填料浆。
3.根据权利要求1或2所述的充填方法，其特征在于，所述充填料浆预先制备再填入所述挡墙之间，或将原料分别填入挡墙之间并在其中混合形成充填料浆。
4.根据权利要求1或2所述的充填方法，其特征在于，所述光卤石钾盐矿尾液中的氯化镁质量含量为29～36％。
5.根据权利要求1或2所述的充填方法，其特征在于，所述胶凝剂为氧化镁、氧化钙或两者的混合物。
6.根据权利要求5所述的充填方法，其特征在于，所述墙体料浆中氧化镁的质量分数为0～17％，氧化钙的质量分数为0～8％；优选氧化镁的质量分数为10～16％，氧化钙的质量分数为2～6％。
7.根据权利要求5所述的充填方法，其特征在于，所述充填料浆中的胶凝剂为氧化钙。
8.根据权利要求1或2所述的充填方法，其特征在于，所述改性剂为硅酸钠、磷酸钠和粉煤灰的混合物。
9.根据权利要求8所述的充填方法，其特征在于，所述墙体料浆中硅酸钠的质量分数为0.5～1.5％，磷酸钠质量分数为0.5～1.5％，粉煤灰质量分数为1.0～5.0％。
10.根据权利要求1或2所述的充填方法，其特征在于，所述墙体料浆和充填料浆的输送方式为泵压、料浆自流或车辆运输。
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