CN108191365A - 一种应用磷石膏材料胶结充填金属矿山的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用磷石膏材料胶结充填金属矿山的方法。这种应用磷石膏材料胶结充填金属矿山的方法，包括以下步骤：1)充填场地的准备；2)磷石膏胶凝材料的制备；3)磷石膏干混料的制备；4)磷石膏充填料浆的制备；5)充填。本发明提出一种主要利用磷石膏等固体废弃物进行金属矿山的胶结充填，其生产工艺简便，操作安全，成本低，节能效率高，具有非常广阔的应用前景。

Description

一种应用磷石膏材料胶结充填金属矿山的方法
技术领域
本发明涉及一种应用磷石膏材料胶结充填金属矿山的方法。
背景技术
我国是矿产资源的生产和消耗大国，仅非煤矿山就有11万多座，年产矿石近50亿吨，年产值超过5000亿元。采矿是矿产资源开发和利用的基础，但是采矿在为人类提供原材料的同时，也不可避免地会破坏地表环境。随着工业的飞速发展，矿产的需求量在迅速增加，矿产资源却在日趋枯竭，资源开发利用引发的安全、环境问题相当突出，而我国大多数矿山企业生产规模小，工艺技术落后，生产盲目性、被动性大，导致矿山环境严重恶化，给自然生态环境和社会经济生活带来了很大的负面影响。因此，各级政府主管部门、环境和采矿专家们都在为采矿工业实现零排放和不破坏地表环境，达到安全、高效、环保和充分回收不可再生资源的目标而努力，这就要求不将废料排放在地表，采空区被及时有效充填，不在地表开采充填料，同时还要安全、充分有效地回收矿产资源。由于充填采矿法中必不可少的步骤是对采空区进行充填，通过充填体对围岩提供整体支护，控制地压活动，为回采矿石提供工作面，因此，充填采矿法正越来越受到国内外采矿界的重视和推广，目前国内外有色矿山、黑色矿山，甚至煤矿都在更多地研究扩大充填采矿法的应用范围。
胶结充填是充填采矿法的核心，它是将砂(包括选矿废料，即尾砂)、废石等废弃物掺入一定比例的胶凝材料和水形成具有一定流动性的充填体，通过管道自流输送到采场的采空区，达到充填的目的。它既减少尾砂和废石向地表排放，避免污染环境和占用良田，又能有效地控制采场地压、维护采场稳定，避免或减少岩爆、突水、岩移、地表塌陷等地质灾害，提高矿石的开采效率、有效回收难采矿床资源，是深埋、高地应力矿区和围岩不稳固采场以及“三下”矿体开采首选的安全和有效的采矿方法。
磷石膏是磷化工企业湿法生产磷酸的工业副产品，每1吨磷酸将产生约5吨的磷石膏。随着我国磷化工产业的快速发展，每年的副产磷石膏已经超过4000万吨，累计堆积的磷石膏超过约2亿吨。由于各种原因，目前我国磷石膏资源化利用率不足15％，剩余的部分作为固体废弃物堆积或者填埋，这不但占用了大量的土地，还对周围环境造成了严重污染，因此加快对磷石膏的资源化利用已经刻不容缓。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用磷石膏材料胶结充填金属矿山的方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种应用磷石膏材料胶结充填金属矿山的方法，包括以下步骤：
1)充填场地的准备：清理采矿空区现场，在采矿空区的洞口设置封堵挡墙，在挡墙的顶部预留排水排气口，排水排气口砌入排水排气管道；
2)磷石膏胶凝材料的制备：将磷石膏、矿渣、钢渣和减水剂在搅拌机中混合，得到磷石膏胶凝材料；
3)磷石膏干混料的制备：将分级尾砂和磷石膏胶凝材料在搅拌机中混合搅拌，得到磷石膏干混料；
4)磷石膏充填料浆的制备：将磷石膏干混料和水在二次搅拌机中混合搅拌，得到磷石膏充填料浆；
5)充填：将磷石膏充填料浆通过充填管道自流到采矿空区，当料浆的充填高度到达排水排气口时，封堵排水排气管道，停止供浆，截断充填管道。
步骤1)中，挡墙的宽度>50cm。
步骤1)中，挡墙外抹厚度为4cm～6cm的混凝土。
步骤1)中，排水排气口的直径为4cm～6cm。
步骤2)中，磷石膏胶凝材料按质量百分比由以下的原料组成：65％～75％磷石膏，10％～20％矿渣，10％～20％钢渣，0.3％～1％减水剂。
步骤2)中，矿渣为高炉矿渣。
步骤2)中，减水剂为木质素磺酸盐类减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂，脂肪酸系减水剂、聚羧酸系减水剂中的至少一种。
步骤3)中，分级尾砂和磷石膏胶凝材料的质量比为(28～32)：10。
步骤4)中，磷石膏充填料浆中的水含量为25wt％～35wt％。
步骤5)中，充填管道的出口置于采矿空区的最高处。
本发明的有益效果是：
本发明提出一种主要利用磷石膏等固体废弃物进行金属矿山的胶结充填，其充填方法简便，操作安全，成本低，节能效率高，具有非常广阔的应用前景。
具体实施方式
一种应用磷石膏材料胶结充填金属矿山的方法，包括以下步骤：
1)充填场地的准备：清理采矿空区现场，在采矿空区的洞口设置封堵挡墙，在挡墙的顶部预留排水排气口，排水排气口砌入排水排气管道；
2)磷石膏胶凝材料的制备：将磷石膏、矿渣、钢渣和减水剂在搅拌机中混合，得到磷石膏胶凝材料；
3)磷石膏干混料的制备：将分级尾砂和磷石膏胶凝材料在搅拌机中混合搅拌，得到磷石膏干混料；
4)磷石膏充填料浆的制备：将磷石膏干混料和水在二次搅拌机中混合搅拌，得到磷石膏充填料浆；
5)充填：将磷石膏充填料浆通过充填管道自流到采矿空区，当料浆的充填高度到达排水排气口时，封堵排水排气管道，停止供浆，截断充填管道。
优选的，步骤1)中，挡墙的宽度>50cm。
优选的，步骤1)中，挡墙外抹厚度为4cm～6cm的混凝土。
优选的，步骤1)中，排水排气口的直径为4cm～6cm。
优选的，步骤2)中，磷石膏胶凝材料按质量百分比由以下的原料组成：69％～71％磷石膏，14％～15％矿渣，14％～16％钢渣，0.4％～0.6％减水剂；进一步优选的，步骤2)中，磷石膏胶凝材料按质量百分比由以下的原料组成：65％～75％磷石膏，10％～20％矿渣，10％～20％钢渣，0.3％～1％减水剂。
优选的，步骤2)中，矿渣为高炉矿渣。
优选的，步骤2)中，减水剂为木质素磺酸盐类减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂，脂肪酸系减水剂、聚羧酸系减水剂中的至少一种。
优选的，步骤3)中，分级尾砂和磷石膏胶凝材料的质量比为(28～32)：10。
优选的，步骤4)中，磷石膏充填料浆中的水含量为25wt％～35wt％。
优选的，步骤5)中，充填管道的出口置于采矿空区的最高处。
以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。
实施例：
1、充填场地的准备
将充填管道一端接入二次搅拌机的出料口，另一端沿着矿井及采矿通道通接入需要充填的采矿空区，出口置于采矿空区的最高处；清理现场，取出所有有用的物品，然后用砖和水泥砌墙，在挡墙的顶部位置砌入一根直径5cm左右的导管用以排水排气，封死采矿空区的洞口，挡墙的宽度至少大于50cm，以防止挡墙坍塌，在墙上抹一层约5cm厚的混凝土，增加挡墙的抗冲击力及防止水渗出。
2、磷石膏胶凝材料的制备
将70质量份的磷石膏，14.5质量份的矿渣，15质量份的钢渣和0.5质量份的减水剂加入搅拌机中，搅拌5～10分钟，搅拌转速控制在20～40r/min，以防止粉体搅拌时扬尘，从而制成磷石膏胶凝材料。
所用的原料说明如下：
磷石膏的化学组成为：SO3含量为38.9％，CaO含量为30.4％，SiO2含量为8.7％，P2O5含量为1.3％，Al2O3含量为1.1％，Fe2O3含量为0.7％，其余为烧失量。
矿渣为高炉矿渣磨细所制成的粉末，其化学成份及质量含量为：CaO含量为38.2％，SiO2含量30.5％，Al2O3含量为15.3％，MgO含量为9.7％，Fe2O3含量为4.3％，其余为烧失量。
钢渣的化学成份及质量含量为：CaO含量为40.3％，Fe2O3含量为17.5％，SiO2含量为14.8％，MgO含量为8.3％，Al2O3含量为7.5％，SO3的含量为7.1％，余量为烧失量。
减水剂为木质素磺酸盐类减水剂。
3、磷石膏充填料浆的初步混合
将磷石膏胶凝材料通过泵送的方式送入立式砂仓，将分级尾砂通过推土机推入砂仓，通过螺旋给料机，控制螺旋给料机的转数精确控制分级尾砂：磷石膏胶凝材料的质量比为3：1加入搅拌机中，开启搅拌机，控制转速25r/min～40r/min，以防止粉体搅拌时扬尘，搅拌时间为10min。开启搅拌机的出料口至半出料状态，将初步混合均匀的干混料浆输送到二次搅拌机。
4、二次搅拌
初次搅拌均匀后的干混料浆输送入二次搅拌机后，按干混料浆：水＝7：3的质量比加入水，将加水后的料浆快速搅拌，搅拌转速控制为40r/min-60r/min，快速搅拌料浆30s，使其与水充分混合均匀，同时将二次搅拌机的出料口打开，使搅拌好的料浆通过输送管道进入需要充填的采空区，由于在此种情况下，最终料浆浓度为70％，料浆可以通过自流通过输送管道进入采空区，同时也可以保证料浆的自流平，不需要人工介入。
5、排水口的处理
由于挡墙的存在，采空区的充填必须留有排气排水口，否则充填料浆在压力的作用下会使充填管道胀破。但当充填的高度到达排气口时，料浆中的水会边过排气口流出，此时堵死排气管道，防止料浆从管道口流出即可，同时停止供浆，截断采空区管道入口，将其接入排水井。
6、充填管道的清洗
停止供料后，在二次搅拌机处将供水量增大2倍，继续搅拌，将搅拌机清理干净，防止水泥固结，同时水会大量进入充填管道，清洗干净主管道，以备下次充填使用。
本发明充填工艺的优点是在充填过程中不需要人值守，充填过程中不用进入充填区，工作人员只需在地面保证供料和在充填区外注意观察排气口即可，保证了充填过程中的安全，同时本发明的可以实现连续充填，保证了充填效率，有利于保证采场地压的稳定，降低地质灾害的发生概率。另外，大量使用了磷石膏材料，也有利于资源的再生利用，达到环保经济的目的。

Claims (10)

1.一种应用磷石膏材料胶结充填金属矿山的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)充填场地的准备：清理采矿空区现场，在采矿空区的洞口设置封堵挡墙，在挡墙的顶部预留排水排气口，排水排气口砌入排水排气管道；
2)磷石膏胶凝材料的制备：将磷石膏、矿渣、钢渣和减水剂在搅拌机中混合，得到磷石膏胶凝材料；
3)磷石膏干混料的制备：将分级尾砂和磷石膏胶凝材料在搅拌机中混合搅拌，得到磷石膏干混料；
4)磷石膏充填料浆的制备：将磷石膏干混料和水在二次搅拌机中混合搅拌，得到磷石膏充填料浆；
5)充填：将磷石膏充填料浆通过充填管道自流到采矿空区，当料浆的充填高度到达排水排气口时，封堵排水排气管道，停止供浆，截断充填管道。
2.根据权利要求1所述的一种应用磷石膏材料胶结充填金属矿山的方法，其特征在于：步骤1)中，挡墙的宽度>50cm。
3.根据权利要求1所述的一种应用磷石膏材料胶结充填金属矿山的方法，其特征在于：步骤1)中，挡墙外抹厚度为4cm～6cm的混凝土。
4.根据权利要求1所述的一种应用磷石膏材料胶结充填金属矿山的方法，其特征在于：步骤1)中，排水排气口的直径为4cm～6cm。
5.根据权利要求1所述的一种应用磷石膏材料胶结充填金属矿山的方法，其特征在于：步骤2)中，磷石膏胶凝材料按质量百分比由以下的原料组成：65％～75％磷石膏，10％～20％矿渣，10％～20％钢渣，0.3％～1％减水剂。
6.根据权利要求5所述的一种应用磷石膏材料胶结充填金属矿山的方法，其特征在于：步骤2)中，矿渣为高炉矿渣。
7.根据权利要求5所述的一种应用磷石膏材料胶结充填金属矿山的方法，其特征在于：步骤2)中，减水剂为木质素磺酸盐类减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂，脂肪酸系减水剂、聚羧酸系减水剂中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种应用磷石膏材料胶结充填金属矿山的方法，其特征在于：步骤3)中，分级尾砂和磷石膏胶凝材料的质量比为(28～32)：10。
9.根据权利要求1所述的一种应用磷石膏材料胶结充填金属矿山的方法，其特征在于：步骤4)中，磷石膏充填料浆中的水含量为25wt％～35wt％。
10.根据权利要求1所述的一种应用磷石膏材料胶结充填金属矿山的方法，其特征在于：步骤5)中，充填管道的出口置于采矿空区的最高处。
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