CN105777014B

CN105777014B - 一种高泵送性磷矿山用填充材料及其制备方法

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Publication number: CN105777014B
Application number: CN201610191305.4A
Authority: CN
Inventors: 曹宏; 杨威; 安子博; 王幸荣; 薛俊; 李先福; 方文君; 李家劲
Original assignee: Yichang Zhongda Mining Technology Development Co Ltd; Wuhan Institute of Technology
Current assignee: Yichang Zhongda Mining Technology Development Co Ltd; Wuhan Institute of Technology
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2017-12-12
Anticipated expiration: 2036-03-30
Also published as: CN105777014A

Abstract

本发明涉及一种填充材料及其制备方法。一种高泵送性磷矿山用填充材料，其特征在于包括胶凝材料、集料、水和外加剂；其中，胶凝材料、集料、水各原料所占质量百分数为：胶凝材料10~30%，集料占60~85%，剩余为水；外加剂包括减水剂和激活剂，减水剂添加量为胶凝材料质量的0.5~1.5%，激活剂添加量为胶凝材料中的工业废渣质量的5%；所述的胶凝材料包括水泥、亚微米级超微细活性粉末和工业废渣；水泥占胶凝材料质量的40~70%，亚微米级超微细活性粉末占胶凝材料质量的15~40%，工业废渣占胶凝材料质量的0~35%。本发明具有高泵送性、低泌水性、高强度且填充费用低的特点。

Description

一种高泵送性磷矿山用填充材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种填充材料及其制备方法，具体涉及一种高栗送性磷矿山用填充材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 充填采矿法是人工支护采矿法的一种。充填采矿法可以按照采矿所使用的填充材料和填料输送方法的不同可分三种:干式充填法、水力充填法和胶结充填法，在这三种充填法中胶结充填法是一种使用碎石、河砂或尾砂或戈壁集料作为骨料（间或掺入块石），再与水泥之类的无机胶凝材料经过搅拌成为膏体或浆体，以管道栗送或重力自流的方式输送到充填区的充填。金属矿山和煤矿通常采用膏体充填，填充材料的流动性很好，但强度低(28 天强度3-5MPa)。

[0003] 我国磷矿多为寒武纪沉积型磷矿，采矿厚度较小(一般2-4m)，顶板脆性大、且破碎程度高，目前以露天开采为主，少数为地下开采。但随着露天资源枯竭，剥采比增大，露采成本增高，转入地下开采的矿山会逐年增多。出于安全考虑，采用地下开采的磷矿都预留有矿柱，这些矿柱占有效矿量的20-30%，造成了资源的极大浪费。对于部分已开采矿山采取边充填、边回收矿柱的方法可以提高其资源利用率，增加经济效益。而对于更多的将进入地采的矿山，如果采用充填开采将极大地提高资源利用率，充分发挥资源的价值。出于安全考虑，矿柱回收以及顶板破碎、矿层厚度不大的充填开采都要求填充材料有较高强度，作为替换预留矿柱的填充材料常设计为C15强度。满足这样条件的填充材料一是需要消耗大量水泥，二是必须有大粒径骨料，三是应尽量降低水胶比。这样一来，随着掺入大粒径骨料，填充材料流动性变差，泌水性提高，栗送性能降低，难以栗送到工作面;并且随着水泥掺量增加充填成本显著增高，使得充填采矿方法经济可行性降低。

[0004] 目前国内关于填充材料的专利基本都是以水泥为主要胶凝材料，辅助掺加一些粉煤灰和其他砂类细骨料，以及一些辅助添加剂，实现整个体系良好的和易性、流动性、凝结效果和强度指标。有部分专利还使用到特种水泥，使用量较大，不利于节能减排、综合利废。本发明设计的填充材料设计为C15混凝土强度，以硅酸盐水泥为胶凝材料，以采矿碎石，重介质选矿尾矿及其破碎后的砂作为骨料，通过添加亚微米级的微硅粉提高填充材料的流动性，降低其泌水性，使其具有高栗送性;根据矿区当地条件选用工业废渣代替部分水泥，降低填充材料的成本。

发明内容

[0005] 为了解决高强度填充材料流动性差、泌水较高的缺点，本发明的目的在于提供一种高栗送性、低泌水性、高强度且填充费用低的高栗送性磷矿山用填充材料及其制备方法。

[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种高栗送性磷矿山用填充材料，其特征在于包括胶凝材料、集料、水和外加剂;其中，胶凝材料、集料、水各原料所占质量百分数为:胶凝材料10〜30%，集料占60〜85 %，剩余为水冰所占质量百分数为5〜15 %);外加剂包括减水剂和激活剂，减水剂添加量为胶凝材料质量的0.5〜1.5 %，激活剂添加量为胶凝材料中的工业废渣质量的5% ;

[0007] 所述的胶凝材料包括水泥、亚微米级超微细活性粉末和工业废渣;水泥占胶凝材料质量的40〜70%，亚微米级超微细活性粉末占胶凝材料质量的15〜40%，工业废渣占胶凝材料质量的〇〜35 %。

[0008] 所述的水泥为市售强度等级至少为32.5水泥。

[0009] 所述的亚微米级超微细活性粉末为微硅粉、硅微粉、煅烧高岭土中的一种，粒径范围为0. Iym〜0.5ym。

[0010] 所述的工业废渣为磷渣粉、矿渣粉、粉煤灰中的一种，其需过325目筛。工业废渣视矿区的具体条件选用。

[0011] 所述的集料为采矿碎石、重介质选尾矿经粉碎、筛分而成，集料的砂率为40 %。粗集料为采矿碎石、重介质选矿尾矿经过破碎而得的粒径为4.75mm-9.5mm的碎石;砂为采矿碎石、重介质选矿尾矿经过破碎筛分之后得到的粒径为0.27mm-2mm的颗粒。

[0012] 所述的减水剂为市售减水率达到20%以上的减水剂。

[0013] 所述的激活剂为无水硫酸钠。

[0014] 优选的，在上述填充材料中，填充材料的水胶比为0.4-0.6;

[0015] 本发明的上述高栗送性磷矿山用填充材料的制备方法，其特征在于包括步骤：

[0016] 1)按各原料所占质量百分数为：胶凝材料10〜30%，集料占60〜85%，剩余为水 (水所占质量百分数为5〜15 % )，选取胶凝材料、集料、水；

[0017] 按，减水剂添加量为胶凝材料质量的0.5〜1.5%，激活剂添加量为胶凝材料中的工业废渣质量的5%，选取减水剂和激活剂，组成外加剂；

[0018] 2)将胶凝材料、集料以及外加剂倒入搅拌桶内，开动搅拌机，拌合5s后徐徐加水， 20〜30s加完，开动搅拌机搅拌180 ± 5s停止，制得高栗送性磷矿山用填充材料(拌合物），通过栗送设备经过管道输送到采空区进行充填。

[0019] 本发明的有益效果是：

[0020] 填充材料浆体的流动性与其固体颗粒堆积密实度存在相关性，在相同用水量条件下，固体颗粒的堆积密实度越高，浆体的流动度越大。本发明所描述的填充材料，通过添加亚微米级超微细活性粉末，在水胶比一定的条件下，超微细活性粉末颗粒将填充材料体系的空隙填充，增加了填充材料密实度，置换出了空隙中较多的自由水量，使填充于颗粒空隙间的用水量大大减少，从而一方面减少达到一定流动性所需的用水量，另一方面又减小泌水的可能，提高拌合物的稳定性。置换出颗粒间隙的填充水，增加浆体的流动性，改善浆体的和易性。因此，添加超微细活性粉末在降低填充材料泌水性的同时，使得填充材料的流动度大大增加，改善了填充材料的栗送性。而且填充材料越密实，其强度越高，这样既保证了填充材料的强度，又使其具有高栗送性，提高了其工作性能；

[0021] 本发明根据矿区的实际情况，在填充材料中添加具有火山灰活性的工业废渣，使其替代部分水泥，在保证强度等各项性能的前提下，降低了填充材料成本。

[0022] 相比于现有技术，本发明有如下优势：

[0023] 用本发明制备的高栗送性磷矿山用填充材料，其具有良好的流动性，可进行远距离栗送，该材料早期强度高、后其强度可持续增长，且成本较低。

具体实施方式

[0024] 为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

[0025] 按本发明的填充材料的实施例配料见表1，水胶比保持0.52不变。

[0026] 上述高栗送性磷矿山用填充材料的制备方法，包括步骤:将胶凝材料、集料以及外加剂倒入搅拌桶内，开动搅拌机，拌合5s后徐徐加水，20〜30s加完，开动搅拌机搅拌180 ± 5s停止，制得高栗送性磷矿山用填充材料(拌合物），通过栗送设备经过管道输送到采空区进行充填。

[0027] 按照《水泥胶砂强度检验方法》GB/T17671-1999，《水泥胶砂流动度测定方法》GB/ T2419-2005,《普通混凝土拌合物性能试验方法》GB/T 50080-2002中规定的抗压强度测试方法、流动度测试方法、塌落度测试方法进行测试，平均测试3组样取平均值，得表2。

[0028] 表1，本发明矿山用填充材料实施例配方组成(wt%)，（剩余为水，表1中未列出）。

[0031] 所述的水泥为市售强度等级至少为32.5水泥。亚微米级超微细活性粉末的粒径范围为0. Ιμπι〜0.5μπι。工业废渣过325目筛。所述的减水剂为市售减水率达到20%以上的减水剂。所述的激活剂为无水硫酸钠。

[0032] 表2为本发明填充材料性能结果：

[0034] 表2说明：（1)表2中比较例按照C15强度标号设计，所使用集料种类与实施例一致； (2)表2中的流动度比为各实施例流动度与比较例流动度的比值乘以100 %。可以看出，所有实施例的流动度都高于比较例，且超细粉末添加量越大流动度也越大。塌落度是衡量混凝土流动性的另一指标，表2中的数据反映了出了与流动度一致的规律。也就是说，亚微米超细活性粉末部分替代水泥使所述采矿充填物的流动性得到了提高；（3)比较例和所有实施例都没有出现明显泌水现象；（4)从表2中的抗压强度数据看，虽然不少实施例28天抗压强度没有达到C15混凝土强度指标（彡15MPa)，但60天抗压强度都高于15MPa。作为采矿充填物，所起作用是长期支撑，且不存在影响后续工期问题。因此，60天强度能够达到C15标号完全可行。综上所述，本发明所展示的实施例完全达到了本发明的目标:在满足强度指标前提下，提高采矿充填物栗送性能，利用工业废弃物降低充填物材料成本，提升环境效益。

[0035] 本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，都能实现本发明，在此不--列举实施例。

[0036] 以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims

1. 一种高栗送性磷矿山用填充材料，其特征在于包括胶凝材料、集料、水和外加剂；其中，胶凝材料、集料、水各原料所占质量百分数为:胶凝材料10〜30 %，集料占60〜85 %，剩余为水;外加剂包括减水剂和激活剂，减水剂添加量为胶凝材料质量的〇. 5〜1.5 %，激活剂添加量为胶凝材料中的工业废渣质量的5% ; 所述的胶凝材料包括水泥、亚微米级超微细活性粉末和工业废渣;水泥占胶凝材料质量的40〜70%，亚微米级超微细活性粉末占胶凝材料质量的15〜40%，工业废渣占胶凝材料质量的〇〜35%; 所述的水泥为市售强度等级至少为32.5水泥；所述的亚微米级超微细活性粉末为微硅粉、硅微粉、煅烧高岭土中的一种，粒径范围为 0 · Ιμπι〜0 · 5μπι; 所述的工业废渣为磷渣粉、矿渣粉、粉煤灰中的一种，过325目筛；所述的激活剂为无水硫酸钠；所述的集料为粗集料和砂组成，集料的砂率为40 % ; 粗集料为采矿碎石、重介质选矿尾矿经过破碎而得的粒径为4.75mm-9.5mm的碎石;砂为采矿碎石、重介质选矿尾矿经过破碎筛分之后得到的粒径为0.27mm-2mm的颗粒；所述的减水剂为市售减水率达到20%以上的减水剂。

2. 如权利要求1所述的高栗送性磷矿山用填充材料的制备方法，其特征在于包括步骤： 1) 按各原料所占质量百分数为:胶凝材料10〜30 %，集料占60〜85 %，剩余为水，选取胶凝材料、集料、水；按，减水剂添加量为胶凝材料质量的〇. 5〜1.5 %，激活剂添加量为胶凝材料中的工业废渣质量的5%，选取减水剂和激活剂，组成外加剂； 2) 将胶凝材料、集料以及外加剂倒入搅拌桶内，开动搅拌机，拌合5s后徐徐加水，20〜 30s加完，开动搅拌机搅拌180 ± 5s停止，制得高栗送性磷矿山用填充材料，通过栗送设备经过管道输送到采空区进行充填。