CN1128772C - 全砂土固结充填材料、生产及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全砂土固结充填材料、生产及其使用方法。该材料是以高炉水淬矿渣、钢渣、沸腾炉渣、石膏、石灰、石灰石、粘土为主要原料，再加入少量的添加剂共同粉磨制成的一种粉状物料。该材料适用于矿井充填、支护、路基加固，尤其对含粘土量高的砂土有很强的固结能力，是良好的矿用充填和支护材料。工程应用时，将该材料加入到砂土和水混合制成浆液，采用自流或泵送方式将浆液输送到充填地点，形成有强度的充填体，起到充填支护作用。
Description
本发明涉及一种以工业废渣为主要原料的全砂土固结充填材料及其生产和使用方法，该材料配料后直接粉磨成粉体物料，不用煅烧、生产工艺简单、生产成本和能耗低，材料无毒、无害。
该材料产品适用于矿井充填、支护、隔风堵漏、加固路基等，特别适用于矿山的充填支护及加固路基的全砂土固结充填材料，尤其对含粘土量高的砂土有很强的固结能力。
现在矿山一般用水泥作胶结材料进行充填，凝结时间长，充填体强度低，充填成本高。用水泥作胶结材料时，一般要采用分级尾砂作充填料，粒径小于37(um)的细粒级尾砂不能利用，要送往尾矿库，给堆坝增加了困难，也提高了尾矿库的建设费用。在矿石品位高，尾砂产率低的矿山，充填骨料严重不足，以磨砂或外购砂补充，使充填成本进一步提高。
为了解决上述问题，我们研究成功了一种，低成本的全砂土固结充填材料。水泥的主要成份是水泥熟料和少量石膏，再掺进活性材料，其掺量一般少于30％。所用的活性材料有水淬矿渣、火山灰质混合材料、及其它工业废渣，这些活性材料是水泥中的填料，它对水泥强度提高没有促进作用，只是降低水泥标号，降低水泥成本。我们发明的全砂土固结充填材料，是以工业废渣为主要原料，加少量添加剂制成，代替水泥作为胶结充填材料，可降低充填成本。而且使用这种全砂土固结充填材料进行充填，所用的尾砂不用分级，它能把细粒级的尾砂及细泥一起固结，使充填成本进一步降低。
全砂土固结充填材料是选用高炉水淬矿渣、钢渣、沸腾炉渣、石膏、石灰、石灰石、粘土等主要成份，再加入少量激发剂，经磨细、均化等工艺，制成的一种粉状物料。
本发明的突出优点是：以工业废渣为主要原料不用锻烧、节约能源、设备投资少、生产工序简单、材料生产成本和能耗低，经济、效益明显、并能综合利用工业矿渣、减少环境污染，对含粘土量高的砂土有很强的固结能力等。
全砂土固结充填材料、生产及使用方法，其特征在于：
一、全砂土固结充填材料，其特征在于：
工业矿渣 40～95％
石膏 2～40％
石灰 3～20％
添加剂 0.01～3％
1、全砂土固结充填材料中所用的工业矿渣可以有：高炉水淬矿渣、钢渣、沸腾炉渣、锰铁高炉矿渣、粉煤灰、磷矿渣、钛渣、炉渣等活性工业废渣中的一种或某几种的混和物组成。
2、全砂土固结充填材料中所用的石膏包括包括二水石膏、天然硬石膏、半水石膏及化工石膏等石膏中的一种或某几种的混和物组成。
3、全砂土固结充填材料中所用的石灰包括生石灰、消石灰及化工石灰中的一种或几种组成。其组份中的石灰，其有效氧化钙加有效氧化镁含量不小于65％。
4、全砂土固结充填材料中加入少量的激发剂，可以由下列中的一种或几种组合制成，糖类、蜜类、硼酸及硼酸盐、柠檬酸及柠檬酸盐、酒石酸及酒石酸盐、硫酸盐、氯化盐、碳酸盐、木质横酸盐。占全砂土固结充填材料重量配比的0.01～3％。
5、全砂土固结充填材料中所用的工业矿渣，还可以掺入部分非活性混合材料如石灰石、粘土等代替部分工业矿渣。
二、全砂土固结充填材料的生产，其特征在于：
1.把全砂土固结充填材料所用的原料烘干、破碎、粉磨成粉料。
2.全砂土固结充填材料的细度用0.08mm的方孔筛筛余小于8％。
三、全砂土固结充填材料的使用方法，其特征在于：
1、用水或用水与添加固料或用含有添加固料的浆液分别与全砂土固结充填料混合制成充填料浆。
2、全砂土固结充填材料料浆的添加固料是由山砂、河砂、海砂、戈壁砂、磨砂、碎石、块石、废石、矸石、粘土、磷石膏、氟石膏、矿山分级砂及全尾砂中的一种或几种组成。
3、全砂土固结充填材料料浆的重量比根据所用固料的不同，浓度为40％～87％，最佳的重量比浓度范围是60％～82％。
4、全砂土固结充填材料料浆要通过自流或泵送把浆液送到充填地点。
5、全砂土固结充填材料料浆可用于矿山采空区、嗣后充填的矿房、地下空洞、人工挖掘的空洞、地沟、地槽及公路路基。
6、全砂土固结充填材料浆液进入充填点，便形成固体并产生强度，在保证全砂土固结充填材料使用性能指标的前提下，有效降低了充填成本及采矿成本或工程造价。
例1.
在灰砂比、浓度、砂中含泥量、试验温度相等的情况下，用梅山水淬矿渣80％、硬石膏5％、石灰9.5％、石灰石5％、氯化钙0.5％配成的全砂土固结充填材料作为胶结料与用普通425#水泥作为胶结料的强度对比如下表1和表2所示：
(1)、在河砂中加普通425#水泥作为胶结料的强度如下表1：
表1
| 编号 | 砂中含土％ | 灰砂比 | 加水泥％ | 每立方用水泥KG/M3 | 浓度％ | 抗压强度(Mpa) | ||
| 3天 | 7天 | 28天 | ||||||
| 1 | 5 | 25.7 | 3 | 60.5 | 80 | 0.1 | 0.14 | 0.32 |
| 2 | 10 | 25.7 | 3 | 60.5 | 80 | 0.16 | 0.28 | 0.48 |
| 3 | 15 | 25.7 | 3 | 60.5 | 80 | 0.26 | 0.34 | 0.56 |
| 4 | 20 | 25.7 | 3 | 60.5 | 80 | 0.34 | 0.44 | 0.66 |
| 5 | 25 | 25.7 | 3 | 60.5 | 80 | 0.36 | 0.45 | 0.5 |
| 6 | 30 | 25.7 | 3 | 60.5 | 80 | 0.32 | 0.40 | 0.48 |
| 7 | 40 | 25.7 | 3 | 60.5 | 80 | 0.30 | 0.41 | 0.45 |
| 8 | 50 | 25.7 | 3 | 60.5 | 80 | 0.28 | 0.38 | 0.46 |
2.在河砂中加全砂土固结充填材料作为胶结料的强度如下表2：
表2
| 编号 | 砂中含土％ | 灰砂比 | 固化剂％ | 每立方用料KG/M3 | 浓度％ | 抗压强度(Mpa) | |||
| 3天 | 7天 | 28天 | 60天 | ||||||
| 1 | 5 | 25.7 | 3 | 60.5 | 80 | 0.15 | 0.26 | 0.4 | 0.96 |
| 2 | 10 | 25.7 | 3 | 60.5 | 80 | 0.22 | 0.35 | 0.96 | 1.44 |
| 3 | 15 | 25.7 | 3 | 60.5 | 80 | 0.26 | 0.7 | 1.1 | 1.6 |
| 4 | 20 | 25.7 | 3 | 60.5 | 80 | 0.3 | 0.8 | 1.22 | 1.65 |
| 5 | 25 | 25.7 | 3 | 60.5 | 80 | 0.32 | 0.82 | 1.25 | 1.73 |
| 6 | 30 | 25.7 | 3 | 60.5 | 80 | 0.32 | 0.83 | 1.31 | 1.87 |
| 7 | 40 | 25.7 | 3 | 60.5 | 80 | 0.34 | 0.85 | 1.33 | 1.9 |
| 8 | 50 | 25.7 | 3 | 60.5 | 80 | 0.37 | 0.88 | 1.36 | 1.9 |
例2
用梅山铁矿水淬矿渣60％、钢渣15％、硬石膏8％、石灰10％、粉煤灰6.5％、硫酸钠0.5％配成的全砂土固结充填材料来固结中砂的强度如下表3：
表3
| 编号 | 砂中含土％ | 灰砂比 | 固化剂％ | 每立方用料KG/M3 | 浓度％ | 抗压强度(Mpa) | |||
| 3天 | 7天 | 28天 | 60天 | ||||||
| 1 | 5 | 25.7 | 3 | 60.5 | 80 | 0.17 | 0.33 | 0.47 | 0.88 |
| 2 | 15 | 25.7 | 3 | 60.5 | 80 | 0.3 | 0.79 | 1.32 | 1.56 |
| 3 | 30 | 25.7 | 3 | 60.5 | 80 | 0.41 | 0.98 | 1.48 | 1.92 |
| 4 | 50 | 25.7 | 3 | 60.5 | 80 | 0.42 | 0.95 | 1.46 | 1.9 |
例3
用水淬矿渣40％、钢渣30％、粉煤灰10％、硬石膏10％、石灰9.4％、氯化钙0.5％、糖蜜类0.1％配成的全砂土固结充填材来固结砂的强度如表4。
表4
| 编号 | 砂中含土％ | 灰砂比 | 固化剂％ | 每立方用料KG/M3 | 浓度％ | 抗压强度(Mpa) | |||
| 3天 | 7天 | 28天 | 60天 | ||||||
| 1 | 5 | 25.7 | 3 | 60.5 | 80 | 0.18 | 0.35 | 0.45 | 0.98 |
| 2 | 15 | 25.7 | 3 | 60.5 | 80 | 0.28 | 0.77 | 1.2 | 1.66 |
| 3 | 30 | 25.7 | 3 | 60.5 | 80 | 0.4 | 0.88 | 1.64 | 2 |
| 4 | 50 | 25.7 | 3 | 60.5 | 80 | 0.38 | 0.85 | 1.56 | 1.95 |
例4
用水淬矿渣50％、钢渣20％、粘土10％、二水石膏10、石灰9.4％、氯化钙0.5％、糖蜜类0.1％配成的全砂土固结充填材料来固结砂的强度如表5。
表5
| 编号 | 砂中含土％ | 灰砂比 | 固化剂％ | 每立方用料KG/M3 | 浓度％ | 抗压强度(Mpa) | |||
| 3天 | 7天 | 28天 | 60天 | ||||||
| 1 | 5 | 25.7 | 3 | 60.5 | 80 | 0.15 | 0.27 | 0.42 | 0.93 |
| 2 | 15 | 25.7 | 3 | 60.5 | 80 | 0.26 | 0.67 | 1.1 | 1.56 |
| 3 | 30 | 25.7 | 3 | 60.5 | 80 | 0.34 | 0.78 | 1.34 | 1.89 |
| 4 | 50 | 25.7 | 3 | 60.5 | 80 | 0.37 | 0.88 | 1.36 | 1.85 |
例5
用水淬矿渣60％、钢渣10％、石灰石10％、二水石膏10％、石灰9.4％、硫酸盐0.5％、硼酸盐0.1％配成的全砂土固结充填材料来固结山东焦家金矿尾砂的强度如表6。
表6
| 编号 | 尾砂％ | 灰砂比 | 固化剂％ | 每立方用料KG/M3 | 浓度％ | 抗压强度(Mpa) | |||
| 3天 | 7天 | 28天 | 60天 | ||||||
| 1 | 65 | 13 | 5 | 89 | 70 | 0.26 | 0.35 | 0.6 | 0.86 |
| 2 | 70 | 14 | 5 | 95 | 75 | 0.28 | 0.38 | 0.65 | 0.95 |
例6
用水淬矿渣80％、天然硬石膏10％、石灰9.3％、氯化盐0.5％、硼酸盐0.2％配成的全砂土固结充填材料来固结梅山铁矿尾砂的强度如下表7。
表7
| 编号 | 固结料％ | 灰砂比 | 浓度％ | 流动度厘米 | 塌落度厘米 | 抗压强度(MPa) | ||||
| 3天 | 7天 | 14天 | 28天 | 60天 | ||||||
| 1 | 5 | 12 | 60 | 0.2 | 0.32 | 0.6 | 0.9 | 1.5 | ||
| 2 | 6 | 10 | 60 | 0.24 | 0.4 | 0.7 | 1.10 | 1.7 | ||
| 3 | 3 | 20.66 | 65 | 0.2 | 0.24 | 0.50 | 0.55 | 0.82 | ||
| 4 | 4 | 15.25 | 65 | 0.22 | 0.3 | 0.48 | 0.6 | 1.1 | ||
| 5 | 5 | 12 | 65 | 0.38 | 0.7 | 0.98 | 1.18 | 1.8 | ||
| 6 | 6 | 9.8 | 65 | 0.45 | 0.92 | 1.18 | 1.59 | 2.1 | ||
| 7 | 7 | 7.6 | 60 | 0.52 | 1.18 | 1.52 | 1.8 | 2.5 | ||
| 8 | 8 | 6.5 | 60 | 0.52 | 1.26 | 1.85 | 2.2 | 3.0 | ||
| 9 | 9 | 5.667 | 60 | 0.76 | 1.38 | 2.26 | 2.72 | 3.8 | ||
| 10 | 10 | 60 | 0.78 | 1.46 | 2.8 | 3.6 | 4.9 | |||
| 11 | 12 | 60 | 1.04 | 2.32 | 3.96 | 4.56 | 5.8 | |||
例7
用水淬矿渣40％、钢40％、二水石膏8％、石灰11.5％、氯化钙0.4％、硫酸钠0.1％配成的全砂土固结充填材料来固结粘土的强度如表8。
表8
| 编号 | 固结料％ | 粘土占％ | 砂占％ | 含水量％ | 抗压强度(Mpa) | ||
| 3天 | 7天 | 28天 | |||||
| 1 | 8 | 77 | 0 | 15 | 2.5 | 3 | 8.5 |
| 2 | 9 | 76 | 0 | 15 | 3.5 | 4.8 | 12 |
| 3 | 10 | 70 | 0 | 20 | 2.7 | 4.7 | 10 |
| 4 | 11 | 69 | 0 | 20 | 2.4 | 6.2 | 11 |
| 5 | 12 | 68 | 0 | 20 | 3.6 | 6.4 | 11 |
| 6 | 13 | 67 | 0 | 20 | 4.5 | 8.3 | 14.5 |
| 7 | 14 | 66 | 0 | 20 | 3.8 | 6.6 | 14 |
| 8 | 8 | 35 | 47 | 10 | 4 | 7.8 | 16 |
| 9 | 10 | 48 | 30 | 12 | 5 | 10.8 | 22 |
| 10 | 10 | 30 | 50 | 10 | 8.2 | 13.6 | 22.5 |
| 11 | 10 | 35 | 45 | 10 | 8.5 | 13 | 22.5 |
| 12 | 10 | 30 | 50 | 10 | 8.8 | 13.2 | 30 |
从以上试验看出，全砂土固结充填材料是良好的充填和支护材料，适用于矿山的充填支护及路基加固材料，尤其对含粘土量高的砂土有很强的固结能力。
Claims (10)
1、一种全砂土固结充填材料，其特征是其组分及含量(重量比)分别为：
工业矿渣40～80％
石膏2～40％
石灰3～17％
添加剂0.1～3％
添加剂由下列中的一种或几种化合物组合制成，糖或蜜类、硼酸或硼酸盐、柠檬酸或柠檬酸盐、硫酸盐、氯化盐、碳酸盐。
2、根据权利要求1所述的全砂土固结充填材料，其特征是工业矿渣用钢铁厂生产副产品水淬高炉渣或水淬高炉渣中掺入如下工业废渣：钢渣、沸腾炉渣、锰铁高炉矿渣、磷矿渣、铁渣等活性工业废渣中的一种或某几种的混和物，其重量比在工业矿渣中低于50％。
3、根据权利要求1所述的全砂土固结充填材料，其特征是石膏用二水石膏、无水石膏、半水石膏及化工石膏中的一种或某几种的组合。
4、根据权利要求1所述的全砂土固结充填材料，其特征是可以用非活性混合材料石灰石、粘土代替部分工业矿渣。
5、根据权利要求1所述的全砂土固结充填材料，其特征是石灰用生石灰、消石灰及化工石灰中的一种或某几种的混和物。
6、根据权利要求1所述的全砂土固结充填材料，其特征是各组分的最佳配合比例是：
矿渣65～70％
钢渣10～15％
石膏8～12％
石灰8～15％
添加剂0.5～1％
添加剂由下列中的一种或几种化合物组合制成，糖或蜜类、硼酸或硼酸盐、柠檬酸或柠檬酸盐、硫酸盐、氯化盐、碳酸盐。
7、根据权利要求1的全砂土固结充填材料制浆方法，其特征在于用水或用水与添加固料或用含有添加固料的浆液分别与全砂土固结充填料混合制成充填料浆。
8、根据权利要求7的全砂土固结充填材料制浆方法，其特征在于充填料浆的添加固料由下列中的一种或几种组成，山砂、河砂、海砂、戈壁砂、磨砂、碎石、块石、废石、肝石、粘土、磷石膏、氟石膏、矿山分级尾砂或全尾砂。
9、根据权利要求7的全砂士固结充填材料制浆方法，其特征在于充填料浆的重量比浓度为40％～87％，最佳的重量比浓度范围是60％～82％。
10、按照权利要求7所述的全砂土固结充填材料制浆方法，其特征在于所制成的充填料浆通过自流或泵送将充填浆液输送到充填地点。
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