CN103130485A - 一种不脱水微膨胀全尾砂充填固结剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑材料以及制备方法，具体为一种应用于金属矿山采空区充填用不脱水微膨胀全尾砂充填固结剂以及制备方法。该充填固结剂的特殊之处是按照以下重量份数配比的原料制成：矿粉35-45份，赤泥15-25份，水泥熟料15-25份，氟石膏5-10份，膨胀剂1-3份，其余为粉煤灰。本发明通过矿粉、赤泥、水泥熟料、粉煤灰、氟石膏、膨胀剂和水反应，与尾砂形成牢固的固结体而达到采用不脱水充填工艺来充填采空区的目的，具有微膨胀、易接顶、工艺简单、充填效果好等优点。

Description

一种不脱水微膨胀全尾砂充填固结剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种不脱水微膨胀尾砂充填固结剂及其制备方法，属于建筑材料和矿用材料技术领域。 

  

背景技术

20世纪60-70年代，中国开始开发和应用尾砂胶结充填技术。在这一阶段尾砂胶结充填技术研究内容主要包括充填骨料的物理力学性质和化学成分对充填体的影响、充填料与围岩的相互作用、充填体的稳定性和充填胶凝材料。这一时期的胶结充填均为传统的混凝土充填，即完全按建筑混凝土的要求和工艺制备和输送胶结充填料。这种传统的粗骨料胶结充填输送工艺复杂，且对物料的级配要求较高，因而一直未获得大规模推广使用。到20世纪70-80年代，几乎被细砂胶结充填完全取代。因细砂胶结充填兼有胶结强度和适于管道水力输送的特点，细砂胶结充填以尾砂、天然砂和棒磨砂等材料作为充填骨料，以水泥为主要胶结剂，集料与胶结剂通过搅拌制备成料浆后，以两相流管道输送方式输入采场进行充填。 

尾砂胶结充填虽然具有较高的生产能力和良好的管道输送特性，但由于使用大量水泥作为胶结剂，使充填成本增加，而且受自流管道输送浓度限制，普通的尾砂胶结充填质量浓度不高(一般70％以下)，充入采场后，大量的水份必须通过滤水设施排出，不仅增加了排水费用、污染了井下环境，而且降低了充填体强度。 

为进一步降低采矿成本，提高充填质量，保护地表环境，20世纪90年代以来，发展了以胶固粉为固结剂的新型充填技术。胶固粉相对于水泥来说，具有宽容度很大，固结强度大，不易堵塞管道等优点，但充入采场后，大量的水份仍然需要通过滤水设施排出，而且充填接顶十分困难。为了解决这些生产难题，急需研制出一种不脱水微膨胀尾砂充填固结剂。 

发明内容

[0006] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种不脱水微膨胀全尾砂充填固结剂以及制备方法。 

本发明是通过以下技术方案实现的： 

一种充填固结剂，其特殊之处在于：包括以下重量份数的原料制成：

矿粉35-45份，赤泥15-25份，水泥熟料15-25份，氟石膏5-10份，膨胀剂1-3份，其余为粉煤灰。

进一步，其较佳的实现方式，本发明的充填固结剂是按照以下重量份数的原料制成： 

矿粉35-40份，赤泥20-25份，水泥熟料20-25份，氟石膏8份，膨胀剂2份，其余为粉煤灰。

使用矿粉、赤泥、水泥熟料、粉煤灰和氟石膏为原料制作，制造出的不脱水微膨胀尾砂充填固结剂，不脱水、微膨胀，彻底解决了现有技术存在的不足。 

本发明同时公开一种制备方法。 

不脱水微膨胀尾砂充填固结剂，按照如下制备方法制得： 

将矿粉、赤泥、水泥熟料、粉煤灰、氟石膏和膨胀剂均加工至200目以上细度粉末，并按以下重量份数（百分比）混合均匀即成：矿粉35-45份，赤泥15-25份，水泥熟料15-25份，，氟石膏5-10份，，膨胀剂1-3份，其余为粉煤灰。使用时根据对充填强度的要求，按灰砂比1:6-1:12的比例加水进行搅拌均匀，自流输送，自然凝固。浆液的质量浓度可达68%-70%。

将按照如上方法制得的不脱水微膨胀尾砂充填固结剂搅拌均匀后，即可通过管道自流送入或泵入待充填的巷道，方便简单，极大改善了充填工艺，因为浆液凝固过程中能够微膨胀，且不脱水，因此实现了自动接顶，且无需排水。 

本发明，具有如下优点： 

1、不脱水，易接顶。由于这种新型固结剂具有微膨胀特性（膨胀率可控制在5-20%），膨胀产生的孔隙全部吸收了充填体固结初期产生的少量泌水，使采空区充填不需要脱水作业，且充填结束时不需要超量充填，只需欠量充填，因为充填体的膨胀会完成自动接顶。这样，简化了充填工艺，大大地提高了充填效率，缩短了充填作业时间。

2、早强高强。充填固结剂7天抗压强度超过1MPa，28天强度超过2MPa。 

3、使尾砂活化，参与水化反应。尾砂作为惰性材料的，在胶固粉中只能做骨料来用。新型固结剂可将尾砂活化，使其参与水化反应，大大增加充填体强度。 

4、全尾砂充填。新型固结剂粘结力强，粗细通吃，不需要将尾砂分级，可实现全尾砂充填。 

5、清洁环保。由于原料利用赤泥，实现了废物利用；且充填过程中，不需要脱水，减少了水源污染，有利于矿区环境保护。 

  

附图说明

图1本发明用矿粉、赤泥、水泥熟料、粉煤灰和氟石膏制作不脱水微膨胀全尾砂充填固结剂的抗压强度曲线，灰砂比为1:12，质量浓度68%。 

  

具体实施方式

以下结合具体实例，对本发明进行详细说明。 

实施例1： 

将矿粉、赤泥、水泥熟料、粉煤灰、氟石膏和膨胀剂均加工至200目以上细度粉末，并按以下重量百分比份数混合均匀即成：矿粉35份，赤泥25份，水泥熟料25份，氟石膏5份，膨胀剂1份，粉煤灰若干。使用时根据对充填强度的要求，按灰砂比1:6-1:12的比例加水进行搅拌，浆液的质量浓度为70%。搅拌均匀后即可通过管道自流送入或泵入待充填的巷道。

附图1中可以看到：不脱水微膨胀尾砂充填固结剂28天龄期（灰砂比1:12）的抗压强度为3.236MPa，明显高于其它充填固结剂的抗压强度。 

实施例2 ： 

将矿粉、赤泥、水泥熟料、粉煤灰、氟石膏和膨胀剂均加工至200目以上细度，并按以下重量份数百分比混合均匀即成：矿粉40份，赤泥20份，水泥熟料20份，粉煤灰若干，氟石膏8份，膨胀剂2份。使用时根据对充填强度的要求，按灰砂比1:6-1:12的比例加水进行搅拌，浆液的质量浓度为68%。搅拌均匀后即可通过管道自流送入或泵入待充填的巷道。

实施例3： 

将矿粉、赤泥、水泥熟料、粉煤灰、氟石膏和膨胀剂均加工至200目以上细度，并按以下重量百分比混合均匀即成：矿粉45份，赤泥15份，水泥熟料15份，粉煤灰若干，氟石膏10份，膨胀剂3份。使用时根据对充填强度的要求，按灰砂比1:6-1:12的比例加水进行搅拌，浆液的质量浓度为68%。搅拌均匀后即可通过管道自流送入或泵入待充填的巷道。

文中，灰砂按照一定比例混合，砂指的是尾砂，灰指的是矿粉、赤泥、水泥熟料、粉煤灰、氟石膏和膨胀剂均加工至200目以上细度的细末灰粉。膨胀剂在原料中的比例影响例充填固结剂产品的膨胀系数。 

  

  众所周知，赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，平均每生产1吨氧化铝，附带产生 1.0～2.0吨赤泥，中国作为世界第4大氧化铝生产国，每年排放的赤泥高达数百万吨；赤泥属于一般固体废渣，赤泥中含有多种微量放射性元素，主要来自于镭、钍、钾，属于危险固体废物。因此对于赤泥的无害化利用成为一个世界性的大难题。赤泥矿物成分复杂；赤泥的主要矿物为文石和方解石，含量为60%~65%，其次是蛋白石、三水铝石、针铁矿，含量最少的是钛矿石、菱铁矿、天然碱、水玻璃、铝酸钠和火碱。其矿物成分复杂，且不符合天然土的矿物组合。

在这些矿石中，文石、方解石和菱铁矿，既是骨架，又有一定的胶结作用；而针铁矿、三水铝石、蛋白石、水玻璃起胶结作用和填充作用。 

 本发明利用赤泥等工业废物，制造工艺简单，成本低，产品微膨胀、不脱水，充填过程中，无需排水，没有污染，充填工艺省去了排水环节和设施，极大的减少了投资费用和劳动成本，原料和工艺都属于清洁生产，达到国际、国内先进技术水平。 

 应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。 

  

Claims (3)

1.一种充填固结剂，其特征在于：包括以下原料，按照重量份数配比制成：

矿粉35-45份，赤泥15-25份，水泥熟料15-25份，，氟石膏5-10份，膨胀剂1-3份，其余为粉煤灰。

2.根据权利要求1所述的充填固结剂，其特征在于：以下原料，按重量份数配比制成：

矿粉40份，赤泥20份，水泥熟料20份，氟石膏8份，膨胀剂2份，其余为粉煤灰。

3.一种充填固结剂制备方法，其特征在于：将原料矿粉、赤泥、水泥熟料、粉煤灰、氟石膏和膨胀剂，其中按照重量份数为：矿粉35-45份，赤泥15-25份，水泥熟料15-25份，氟石膏5-10份，膨胀剂1-3份，其余为粉煤灰；将以上原料均加工至200目以上细度粉末，并均匀混合后，与尾砂按灰砂比1:6-1:12的比例加水，进行搅拌均匀，自流输送。

Images