CN1101436C - 矿用充填胶结材料 - Google Patents

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Abstract

一种矿用充填胶结材料，其组分及含量为：普通水泥熟料62%～78%；煤矸石6%～15%；尾砂11%～22%；石膏2.4%～3.0%；芒硝0.4%～0.5%；明矾石1.0%～1.25%；石灰0.2%～0.25%，上述所有百分数为重量百分数。本发明克服了普通水泥用作胶结材料时的脱水速度慢、早期强度低、灰沙分层等缺点，提高了接顶率，特别是充分利用了三废资源，避免环境污染，益于环保；同时也克服了全水速凝胶结材料制作、充填工艺复杂，成本高的缺点。

Description

矿用充填胶结材料
本发明涉及一种适用于矿山采空区充填，矿山井巷支护，浇注采场底部结构，人工底柱，工作底板，工作顶板，加固矿岩等的充填胶结材料，特别适用于充填采矿法的采场空区充填工艺。
在采用充填采矿法的矿山中，多是以尾砂、海沙等作为充填骨料外加一种胶结材料的方法，目前采矿充填工艺使用的胶结材料通常一直是普通水泥，由于普通水泥中含有粉煤灰、煤渣等物质，比重相对比尾砂小，沙浆充入井下采场后，部分水泥浮于液体表面，不易沉淀，一方面充填体难于脱水，而排出的水对巷道形成很大污染；另一方面沙灰分层，充填体强度不均，难于发挥其应有的力学作用，从而加大了采矿损失、贫化率，降低了矿石回收率；另外充填体早期强度偏低，不能近早作业，从而使作业循环周期加长。
在九十年代新发明的高水材料的基础上，中国专利文献CN1100076A介绍了一种矿用全水速凝胶结材料，它由铝矾土水泥等水泥、水泥熟料和活化剂组成的A料与B料构成。B料的重量配比为：氟石膏、磷石膏、二水石膏其中的一种为70.1％～90％，生石灰5％～20％，菱苦土0.1％～15％，明矾石0.01％～5％，A料与B料的重量比为1.0∶1.2～1.0。在应用时，该A料和B料的固体粉料分别与自身重量1.2～4.8倍的水混合成甲、乙两种溶液，通过两套自流输送系统同步输送到使用地点附近，经混合器混合后充入被支护或充填空间。该全水速凝胶结材料，克服了普通水泥作为胶结材料的一些缺点，但仍有很多不足，(1)制作工艺复杂，因其A料与B料需单独制备、单独存放。(2)充填工艺复杂，由于该材料在使用时需建立两套充填系统，而一般矿山现有充填系统大都是单管路输送，增设一套输送系统一次性投入大约需100万元，用户不易接受。(3)产品成本偏高，用于组成该材料的化学原料比较贵重，以99年市场价格计算，该材料成本约为500元/吨。
本发明的目的是克服普通水泥用作胶结材料时的脱水速度慢、早期强度低、灰沙分层等缺点，提高接顶率。
本发明的另一个目的是充分利用三废资源，避免环境污染，益于环保；克服全水速凝胶结材料制作、充填工艺复杂，成本高的缺点。
为实现上述目的，本发明采用的一种矿用充填胶结材料，其组分及含量为：普通水泥熟料62％～78％；煤矸石6％～15％；尾砂11％～22％；石膏2.4％～3.0％；芒硝0.4％～0.5％；明矾石1.0％～1.25％；石灰0.2％～0.25％，上述所有百分数为重量百分数。
本发明的矿用胶结充填材料，即可用于上向充填采矿法的胶结材料又可用于下向充填采矿法的胶结材料，优选地，当其中的普通水泥熟料62％～68％、煤矸石10％～15％、尾砂15％～22％时，可用作上向充填采矿法采空区充填的胶结材料；优选地，当其中的普通水泥熟料71％～78％、煤矸石6％～9％、尾砂11％～16％时，可用作下向充填采矿法采空区充填的胶结材料。
本发明的矿用胶结充填材料中的各组分应粉磨成粉，该粉的粒径应小于6.0微米，越细越好；当其用作下向充填采矿法的胶结材料时，其粒径应小于4.0微米，越细越好。
用本发明的一种矿用胶结充填材料与尾砂按1∶3～1∶12的重量比加水配制成浓度为0-73％重量比的充填料浆，利用砂泵管路输送系统或通过自流输送到充填地点。输送浓度在0～73％范围内可调，68％时可泵性能好，但输送浓厚以不大于73％为宜，用于充填采空区。
本发明矿用胶结充填材料的优点在于：
1.由于混合材为尾砂，和充填骨料中的分级尾砂形成亲合力，易沉淀、易脱水、不分层，强度均匀可靠，早期强度高。
2.由于含有尾砂，该材料密度略大，充填到采场后沉降均匀且沉降速度快，减少了普通水泥的离析，降低了对巷道的污染。
3.材料中不含粉煤灰、煤渣等物质，有利于选冶过程中金属的回收。
4.材料中消耗了大量的尾砂及煤矸石，具有很好的环保效益，属于国家环保项目，为建立无尾矿山提供了一定条件。
5.由于原料来源广泛、易取，制作工艺非常简单，所以成本低，以99年的市场价格计算，该材料成本约为176～185元/吨。
6.该材料使用方法与一般普通水泥的充填方法相同，易于操作，可利用原有的充填系统，节约投资。
下面结合实施例对本发明作更详细具体的描述。除非另有说明，下述实施例中所有的百分比均为重量百分比。
实施例1
本发明的一种矿用胶结充填材料，其中普通水泥熟料68％、煤矸石10％、尾砂18％、石膏2.4％、芒硝0.4％、明矾石1.0％、石灰0.2％，将上述各原料均匀混合，用皮带输入球磨机中，进行细磨，细度控制按GB1345-91进行，细度小于6.0微米，比表面积按GB8074-87(勃氏法)进行测定，比表面积控制在3000±100cm2/g。该材料一小时之内开始凝固硬化，3天强度达到0.85MPa；7天强度达到1.2MPa；14天强度达到1.85MPa。
实施例2
本发明的一种矿用胶结充填材料，其中普通水泥熟料78％、煤矸石6.8％、尾砂11％、石膏2.52％、芒硝0.42％、明矾石1.05％、石灰0.21％，将上述各原料均匀混合，用皮带输入球磨机中，进行细磨，细度控制按GB1345-91进行，细度小于4.0微米，比表面积按GB8074-87(勃氏法)进行测定，比表面积控制在3000±100cm2/g。该材料一小时之内开始凝固硬化，3天强度达到1.75MPa；7天强度达到3.0MPa；14天强度达到3.72MPa。
实施例3
本发明的一种矿用胶结充填材料，其中普通水泥熟料67％、煤矸石10％、尾砂18％、石膏3.0％、芒硝0.5％、明矾石1.25％、石灰0.25％，将上述各原料均匀混合，用皮带输入球磨机中，进行细磨，细度控制按GB1345-91进行，细度小于6.0微米，比表面积按GB8074-87(勃氏法)进行测定，比表面积控制在3000±100cm2/g。该材料一小时之内开始凝固硬化，3天强度达到0.85MPa；7天强度达到1.22MPa；14天强度达到1.86MPa。
实施例4
本发明的一种矿用胶结充填材料，其中普通水泥熟料77％、煤矸石6％、尾砂13％、石膏2.4％、芒硝0.4％、明矾石1.0％、石灰0.2％，将上述各原料均匀混合，用皮带输入球磨机中，进行细磨，细度控制按GB1345-91进行，细度小于4.0微米，比表面积按GB8074-87(勃氏法)进行测定，比表面积控制在3000±100cm2/g。该材料一小时之内开始凝固硬化，3天强度达到1.80MPa；7天强度达到3.15MPa；14天强度达到4.3MPa。
实施例5
本发明的一种矿用胶结充填材料，其中普通水泥熟料66％、煤矸石10％、尾砂19.5％、石膏2.7％、芒硝0.45％、明矾石1.125％、石灰0.225％，将上述各原料均匀混合，用皮带输入球磨机中，进行细磨，细度控制按GB1345-91进行，细度小于6.0微米，比表面积按GB8074-87(勃氏法)进行测定，比表面积控制在3000±100cm2/g。该材料一小时之内开始凝固硬化，3天强度达到0.9MPa；7天强度达到1.25MPa；14天强度达到1.9MPa。
实施例6
本发明的一种矿用胶结充填材料，其中普通水泥熟料76％、煤矸石7％、尾砂12.5％、石膏2.7％、芒硝0.45％、明矾石1.125％、石灰0.225％，将上述各原料均匀混合，用皮带输入球磨机中，进行细磨，细度控制按GB1345-91进行，细度小于4.0微米，比表面积按GB8074-87(勃氏法)进行测定，比表面积控制在3000±100cm2/g。该材料一小时之内开始凝固硬化，3天强度达到1.83MPa；7天强度达到3.13MPa；14天强度达到4.4MPa。
实施例7
本发明的一种矿用胶结充填材料，其中普通水泥熟料65％、煤矸石15％、尾砂15％、石膏3.0％、芒硝0.5％、明矾石1.25％、石灰0.25％，将上述各原料均匀混合，用皮带输入球磨机中，进行细磨，细度控制按GB1345-91进行，细度小于6.0微米，比表面积按GB8074-87(勃氏法)进行测定，比表面积控制在3000±100cm2/g。该材料一小时之内开始凝固硬化，3天强度达到0.95MPa；7天强度达到1.28MPa；14天强度达到2.1MPa。
实施例8
本发明的一种矿用胶结充填材料，其中普通水泥熟料75％、煤矸石7％、尾砂14％、石膏2.4％、芒硝0.4％、明矾石1.0％、石灰0.2％，将上述各原料均匀混合，用皮带输入球磨机中，进行细磨，细度控制按GB1345-91进行，细度小于4.0微米，比表面积按GB8074-87(勃氏法)进行测定，比表面积控制在3000±100cm2/g。该材料一小时之内开始凝固硬化，3天强度达到1.95MPa；7天强度达到3.28MPa；14天强度达到4.6MPa。
实施例9
本发明的一种矿用胶结充填材料，其中普通水泥熟料64％、煤矸石12％、尾砂20％、石膏2.4％、芒硝0.4％、明矾石1.0％、石灰0.2％，将上述各原料均匀混合，用皮带输入球磨机中，进行细磨，细度控制按GB1345-91进行，细度小于6.0微米，比表面积按GB8074-87(勃氏法)进行测定，比表面积控制在3000±100cm2/g。该材料一小时之内开始凝固硬化，3天强度达到1.1MPa；7天强度达到1.6MPa；14天强度达到2.3MPa。
实施例10
本发明的一种矿用胶结充填材料，其中普通水泥熟料74％、煤矸石7％、尾砂14.2％、石膏2.88％、芒硝0.48％、明矾石1.2％、石灰0.24％，将上述各原料均匀混合，用皮带输入球磨机中，进行细磨，细度控制按GB1345-91进行，细度小于4.0微米，比表面积按GB8074-87(勃氏法)进行测定，比表面积控制在3000±100cm2/g。该材料一小时之内开始凝固硬化，3天强度达到1.98MPa；7天强度达到3.18MPa；14天强度达到4.68MPa。
实施例11
本发明的一种矿用胶结充填材料，其中普通水泥熟料63％、煤矸石12％、尾砂20％、石膏3.0％、芒硝0.5％、明矾石1.25％、石灰0.25％，将上述各原料均匀混合，用皮带输入球磨机中，进行细磨，细度控制按GB1345-91进行，细度小于6.0微米，比表面积按GB8074-87(勃氏法)进行测定，比表面积控制在3000±100cm2/g。该材料一小时之内开始凝固硬化，3天强度达到0.9MPa；7天强度达到1.3MPa；14天强度达到2.05MPa。
实施例12
本发明的一种矿用胶结充填材料，其中普通水泥熟料73％、煤矸石8％、尾砂14％、石膏3.0％、芒硝0.5％、明矾石1.25％、石灰0.25％，将上述各原料均匀混合，用皮带输入球磨机中，进行细磨，细度控制按GB1345-91进行，细度小于4.0微米，比表面积按GB8074-87(勃氏法)进行测定，比表面积控制在3000±100cm2/g。该材料一小时之内开始凝固硬化，3天强度达到1.9MPa；7天强度达到3.15MPa；14天强度达到4.48MPa。
实施例13
本发明的一种矿用胶结充填材料，其中普通水泥熟料62％、煤矸石15％、尾砂18.5％、石膏2.7％、芒硝0.45％、明矾石1.125％、石灰0.225％，将上述各原料均匀混合，用皮带输入球磨机中，进行细磨，细度控制按GB1345-91进行，细度小于6.0微米，比表面积按GB8074-87(勃氏法)进行测定，比表面积控制在3000±100cm2/g。该材料一小时之内开始凝固硬化，3天强度达到1.0MPa；7天强度达到1.35MPa；14天强度达到2.1MPa。
实施例14
本发明的一种矿用胶结充填材料，其中普通水泥熟料72％、煤矸石8％、尾砂15.5％、石膏2.7％、芒硝0.45％、明矾石1.125％、石灰0.225％，将上述各原料均匀混合，用皮带输入球磨机中，进行细磨，细度控制按GB1345-91进行，细度小于4.0微米，比表面积按GB8074-87(勃氏法)进行测定，比表面积控制在3000±100cm2/g。该材料一小时之内开始凝固硬化，3天强度达到1.9MPa；7天强度达到3.12MPa；14天强度达到4.42MPa。
实施例15
本发明的一种矿用胶结充填材料，其中普通水泥熟料62％、煤矸石12％、尾砂22％、石膏2.4％、芒硝0.4％、明矾石1.0％、石灰0.2％，将上述各原料均匀混合，用皮带输入球磨机中，进行细磨，细度控制按GB1345-91进行，细度小于6.0微米，比表面积按GB8074-87(勃氏法)进行测定，比表面积控制在3000±100cm2/g。该材料一小时之内开始凝固硬化，3天强度达到0.9MPa；7天强度达到1.28MPa；14天强度达到2.05MPa。
实施例16
本发明的一种矿用胶结充填材料，其中普通水泥熟料71％、煤矸石9％、尾砂16％、石膏2.4％、芒硝0.4％、明矾石1.0％、石灰0.2％，将上述各原料均匀混合，用皮带输入球磨机中，进行细磨，细度控制按GB1345-91进行，细度小于4.0微米，比表面积按GB8074-87(勃氏法)进行测定，比表面积控制在3000±100cm2/g。该材料一小时之内开始凝固硬化，3天强度达到1.85MPa；7天强度达到3.13MPa；14天强度达到4.15MPa。
实施例17
在上向充填采矿法采场空区充填工艺中，用实施例1、3、5、7、9、11、13、15其中的一种矿用胶结充填材料与尾砂按重量比1∶4或1∶10加水配成浓度为68％的充填料浆输送到充填地点，充填体1小时开始凝固硬化，其中灰沙比为1∶4的充填体3、7、14、28天的抗压强度分别为0.95MPa、1.30MPa、2.30MPa、3.20MPa(参考值)，强度合适，成本合理，适宜于铲运机等无轨设备的运行，所以1∶4的充填体用于浇注工作底板；1∶10的充填体3、7、14、28天的抗压强度分别为0.10MPa、0.30MPa、0.35MPa、0.55MPa[参考值]，立邦性能较好，用于各空区充填。
实施例18
在下向充填采矿法采场空区充填工艺中，用实施例2、4、6、8、10、12、14、16其中的一种矿用胶结充填材料与尾砂按重量比1∶4加水配成浓度为68％的充填料浆输送到充填地点，充填体1小时开始凝固硬化，充填体3、7、14、28天的抗压强度分别为1.45MPa、1.75MPa、2.7MPa、3.8MPa(参考值)，强度合适，成本合理，该充填体用于浇注工作顶板。

Claims (9)

1.一种矿用充填胶结材料，其组分及含量为：
普通水泥熟料62％～78％；煤矸石6％～15％；尾砂11％～22％；石膏2.4％～3.0％；芒硝0.4％～0.5％；明矾石1.0％～1.25％；石灰0.2％～0.25％，上述所有百分数为重量百分数。
2.根据权利要求1所述的矿用充填胶结材料，其特征是：普通水泥熟料62％～68％；煤矸石10％～15％；尾砂15％～22％。
3.根据权利要求1所述的矿用充填胶结材料，其特征是：普通水泥熟料71％～78％；煤矸石6％～9％；尾砂11％～16％。
4.根据权利要求1所述的矿用充填胶结材料，其特征是：细度小于6.0微米，比表面积3000±100cm2/g。
5.根据权利要求3所述的矿用充填胶结材料，其特征是：细度小于4.0微米，比表面积3000±100cm2/g。
6.权利要求2所述的矿用充填胶结材料用作上向充填采矿法的胶结材料。
7.权利要求3所述的矿用充填胶结材料用作下向充填采矿法的胶结材料。
8.根据权利要求1至5中任一个权利要求所述的矿用充填胶结材料的用途，其特征是：所述用途是用该矿用胶结充填材料与尾砂按1∶3～1∶12的重量比加水配制成浓度为68～73％重量比的充填料浆，利用砂泵管路输送系统或通过自流输送到充填地点，用于充填采空区。
9.根据权利要求8所述的矿用充填胶结材料的用途，其特征是：其中配成的充填料浆的浓度是68％的重量比。
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