本发明涉及金属矿山井下充填技术领域，尤其是涉及一种用于改善矿山充填料浆流变性能、速凝以及各龄期抗压强度的新型矿山充填速凝增强型外加剂。
背景技术：
充填采矿法是指伴随落矿、运搬及其他作业的同时，用充填料充填采空区的采矿方法，可分为胶结充填和非胶结充填两种方式。其中的胶结充填应用较为广泛，材料来源为地表堆积的废石、掘进坑边的废石、选矿厂的尾砂、冶炼厂的炉渣、戈毕集料、以及从地表属门采石等。
而随着充填采矿法在金属矿山的广泛应用，为了降低生产成本，提高充填后采矿的安全性，胶结充填的充填材料大多选用选矿厂的尾砂、冶炼厂的炉渣制备，通过泵送并注浆入充填区，流动性好不易堵管，具有良好的流动性能，具有原料来源广泛、资源丰富，对尾砂中细粒部分宽容性大，强度高，在一定的浓度下料浆不离析分层，且沁水量小等特点，成为不少矿山单位选择充填胶凝材料的优先选择。
然而与无外加剂的金属矿山充填材料相比，充填过程中为了改善料浆的流变性能，需要加大用水量，但是这样会造成充填时料浆沉缩率大、凝结时间长，同时为了减少脱水而加入的外加剂，可能会使得金属矿山充填体凝结过程缓慢、早期强度和最终强度低，不能满足金属矿山对充填体的结构需求，安全性能较差。
技术实现要素：
本发明提供了一种新型矿山充填速凝增强型外加剂，解决了现有技术中矿山充填材料在料浆不同浓度充填条件下，流变性能差、强度低、凝结时间长、收缩大等问题。
本发明提供一种新型矿山充填速凝增强型外加剂，所述新型矿山充填速凝增强型外加剂的组成按重量百分比计分别为：料浆流变剂10～40wt％，碱性激发剂20～35wt％，速凝剂15～35wt％，早强剂15～30wt％。
优选地，所述新型矿山充填速凝增强型外加剂的组成按重量百分比计分别为：料浆流变剂15～35wt％，碱性激发剂25～32wt％，速凝剂20～28wt％，早强剂20～25wt％。
优选地，所述料浆流变剂为木质素磺酸盐、萘磺酸盐甲醛缩合物减水剂、三聚氰胺、聚羧酸盐减水剂中的一种或几种与可分散乳胶粉、高岭土混合物按质量比50:2:3均匀混合。
优选地，所述速凝剂为铝氧熟料、矾泥与甲酸钙按质量比(10～12)：(2～5)：(3～5)均匀混合的混合物。
优选地，所述的碱性激发剂为电石渣、精炼渣和氢氧化钠按质量比1：1：0.02均匀混合的混合物。
优选地，所述的碱性激发剂为粉磨至比表面积450m2/kg的混合物粉末。
优选地，所述早强剂为无水硫铝酸钙、硫酸铝、碳酸钠和三乙醇胺按质量比(0.5～1.5)：(0.1～0.3)：(0.3～0.5)：(0.5～1.5)均匀混合的混合物。
一种新型矿山充填速凝增强型外加剂的制备方法，其特征在于，首先按照所述新型矿山充填速凝增强型外加剂的组成称取料浆流变剂、碱性激发剂、速凝剂、早强剂作为原料，然后将原料加入到干混机中充分混合5～10min，最后取出混合物干燥制得新型矿山充填速凝增强型外加剂。
一种新型矿山充填料浆，将所述新型矿山充填速凝增强型外加剂与胶凝材料、灰砂比1:5的铁尾矿砂混合均匀，最终制备得到尾砂浓度为50％-60％的新型矿山充填料浆。
优选地，所述新型矿山充填速凝增强型外加剂的加入质量为所述矿山充填料浆中胶凝材料的0.5％～3％。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
本发明通过对矿山充填料浆的功能进行研究，选择料浆流变剂、碱性激发剂、速凝剂、早强剂作为原料，并对其配比进行了适应性研究，最终得出可使得矿山充填料浆具备良好的流动性能、快速凝结时间以及较高的早期强度的新型矿山充填速凝增强型外加剂，且在使用该外加剂的情况下，能够有效提高充填材料性能，保证其充填料浆能在大体积、不同浓度情况下，保持良好的流变性能、速凝效果、强度高和体积稳定性好、沉缩率低等特点，各项性能上表现优异。其中：
1)原料中的各组分材料混合，料浆流变剂中的减水剂配合可再分散乳胶粉与高岭土能够有效防止料浆中的胶凝材料随着水循环流动而流失，保水性能较好；且磨细的高岭土颗粒本身所具有的良好的吸附性能和分散作用，能够有效防止料浆颗粒的聚集，使得料浆颗粒在充填体凝结过程中分布均匀；
2)碱性激发剂中的电石渣、精炼渣和氢氧化钠的共同加入能有效提高充填料浆中钙离子、氢氧根离子和铝离子的含量，从而增加材料整体碱度和水化硅酸钙及钙矾石产物；
3)速凝剂中的铝氧熟料、矾泥与甲酸钙能共同对矿渣起到速凝和微膨胀的效果，与早强剂中的无水硫铝酸钙、硫酸铝、碳酸钠和三乙醇胺共同提高充填体早期强度，共同增加水化产物钙矾石和水化硅酸钙凝胶体组成较为致密的胶凝材料；
4)速凝剂中的铝氧熟料和高岭土具有良好的膨胀性，能有效减少充填体收缩和周边岩体产生的预应力，形成良好的体积稳定性，以提高抗压及耐久等性能；
5)所述新型矿山充填速凝增强型外加剂的加入质量为所述矿山充填料浆中胶凝材料的0.5％～3％时，料浆在不同的浓度下依旧具有良好的输送性能、低沉缩率、低泌水效果，在同样的胶凝材料用量下料浆，抗压强度能大幅度提高，凝结时间短；
6)用所述新型矿山充填速凝增强型外加剂与充填材料制备的充填体强度是同比例条件下水泥充填体的至少1.5倍；同时使用所述新型矿山充填速凝增强型外加剂的矿山充填料浆具有易泵送、凝结快、强度高、沉缩低、成本低等优异性能。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。
本发明要解决的技术问题是通过新型矿山充填速凝增强型外加剂的加入克服现有技术中矿山充填材料在料浆不同浓度充填条件下，流变性能差、强度低、凝结时间长、收缩大等问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于超细铁尾矿砂的低收缩早强型矿山充填胶凝材料，所述新型矿山充填速凝增强型外加剂的组成按重量百分比计分别为：料浆流变剂10～40wt％，碱性激发剂20～35wt％，速凝剂15～35wt％，早强剂15～30wt％。
具体新型矿山充填速凝增强型外加剂结合以下实施例进行说明：
实施例1
将原料按组成和配比为料浆浓度流变剂20wt％；碱性激发剂30wt％；速凝剂25wt％，早强剂25wt％混合均匀配置新型矿山充填速凝增强型外加剂。
首先将新型矿山充填速凝增强型外加剂与胶凝材料混合制得混合材料，然后将不同灰砂比(1:5)的前述混合材料与铁尾矿砂混合均匀制备低收缩早强型矿山充填料浆。其中：铁尾矿砂的级配为10.75％的+60目、19.09％的+100目、42.82％的-100+200目、9.68％的-200+300目、7.13％的-300+400目、以及10.53％的-400目。
将上述制得的低收缩早强型矿山充填料浆经泵送方式注浆到采空区进行充填，其中：
混合材料中，添加剂掺量占胶凝材料的质量百分比为0％，灰砂比(1:5)的混合材料与铁尾矿砂混合均匀制备低收缩早强型矿山充填料浆，流动度为190mm，铁尾矿砂浓度为53.1％，低收缩早强型矿山充填料浆凝结时间只需要28min，沉缩率为3.9％，3d、7d、28d测得矿山充填体的抗压强度分别为0.81mpa、1.51mpa、2.51mpa；
混合材料中，添加剂掺量占胶凝材料的质量百分比为1％，灰砂比(1:5)的混合材料与铁尾矿砂混合均匀制备低收缩早强型矿山充填料浆，流动度为225mm，铁尾矿砂浓度为51.9％，低收缩早强型矿山充填料浆凝结时间只需要18.5min，沉缩率为1.5％，3d、7d、28d测得矿山充填体的抗压强度分别为1.43mpa、2.18mpa、3.13mpa；
混合材料中，添加剂掺量占胶凝材料的质量百分比为0％，灰砂比(1:5)的混合材料与铁尾矿砂混合均匀制备低收缩早强型矿山充填料浆，流动度为173mm，铁尾矿砂浓度为60.3％，低收缩早强型矿山充填料浆凝结时间只需要8.5min，沉缩率为5.5％，3d、7d、28d测得矿山充填体的抗压强度分别为1.15mpa、2.36mpa、3.52mpa；
混合材料中，添加剂掺量占胶凝材料的质量百分比为1％，灰砂比(1:5)的混合材料与铁尾矿砂混合均匀制备低收缩早强型矿山充填料浆，流动度为215mm，铁尾矿砂浓度为60.1％，低收缩早强型矿山充填料浆凝结时间只需要6.5min，沉缩率为2.9％，3d、7d、28d测得矿山充填体的抗压强度分别为1.81mpa、3.55mpa、4.85mpa；
由此可见，灰砂比相同以及铁尾矿砂浓度相近时，添加剂掺量越小，凝结时间越长，沉缩率越大，矿山填充体的抗压强度越低；而灰砂比和添加剂掺量均相同时，铁尾矿砂浓度越大，流动度越小，凝结时间越小，沉缩率越大，抗压强度越大。
实施例2
将原料按组成和配比为料浆浓度流变剂35wt％；碱性激发剂25wt％；速凝剂20wt％，早强剂20wt％混合均匀配置新型矿山充填速凝增强型外加剂。
首先将新型矿山充填速凝增强型外加剂与胶凝材料混合制得混合材料，然后将不同灰砂比(1:5)的前述混合材料与铁尾矿砂混合均匀制备低收缩早强型矿山充填料浆。其中：铁尾矿砂的级配为23.30％的+100目、22.09％的-100+200目、5.82％的-200+300目、14.54％的-300+400目、以及34.25％的-400目。
将上述制得的低收缩早强型矿山充填料浆经泵送方式注浆到采空区进行充填，其中：
混合材料中，添加剂掺量占胶凝材料的质量百分比为0％，灰砂比(1:5)的混合材料与铁尾矿砂混合均匀制备低收缩早强型矿山充填料浆，流动度为173mm，铁尾矿砂浓度为53.1％，低收缩早强型矿山充填料浆凝结时间只需要30min，沉缩率为4.1％，3d、7d、28d测得矿山充填体的抗压强度分别为0.31mpa、0.61mpa、1.11mpa；
混合材料中，添加剂掺量占胶凝材料的质量百分比为2％，灰砂比(1:5)的混合材料与铁尾矿砂混合均匀制备低收缩早强型矿山充填料浆，流动度为207mm，铁尾矿砂浓度为51.9％，低收缩早强型矿山充填料浆凝结时间只需要23.5min，沉缩率为2.3％，3d、7d、28d测得矿山充填体的抗压强度分别为0.43mpa、0.82mpa、1.41mpa；
混合材料中，添加剂掺量占胶凝材料的质量百分比为0％，灰砂比(1:5)的混合材料与铁尾矿砂混合均匀制备低收缩早强型矿山充填料浆，流动度为143mm，铁尾矿砂浓度为59.7％，低收缩早强型矿山充填料浆凝结时间只需要10.5min，沉缩率为5.1％，3d、7d、28d测得矿山充填体的抗压强度分别为0.45mpa、0.91mpa、1.34mpa；
混合材料中，添加剂掺量占胶凝材料的质量百分比为2％，灰砂比(1:5)的混合材料与铁尾矿砂混合均匀制备低收缩早强型矿山充填料浆，流动度为195mm，铁尾矿砂浓度为60.3％，低收缩早强型矿山充填料浆凝结时间只需要8.5min，沉缩率为3.2％，3d、7d、28d测得矿山充填体的抗压强度分别为0.61mpa、1.05mpa、1.55mpa；
由此可见，灰砂比相同以及铁尾矿砂浓度相近时，添加剂掺量越小凝结时间越长，沉缩率越大，矿山填充体的抗压强度越低；而灰砂比和添加剂掺量均相同时，铁尾矿砂浓度越大，流动度越小，凝结时间越小，沉缩率越大，抗压强度越大。
与实施例1对比可知，灰砂比和添加剂掺杂量相同，铁尾矿砂级配不同，即铁尾矿砂-400目粉末级配比例增大以及+60目粉末级配比例减小，流动度相应减小，凝结时间增大，沉缩率增大，抗压强度减小；
灰砂比相同，铁尾矿砂级配不同，即铁尾矿砂-400目粉末级配比例增大以及+60目粉末级配比例减小，添加剂掺杂量越大，流动度相应减小，凝结时间增大，沉缩率增大，抗压强度减小。
实施例3
将原料按组成和配比为料浆浓度流变剂15wt％；碱性激发剂32wt％；速凝剂28wt％，早强剂25wt％混合均匀配置新型矿山充填速凝增强型外加剂。
首先将新型矿山充填速凝增强型外加剂与胶凝材料混合制得混合材料，然后将不同灰砂比(1:5)的前述混合材料与铁尾矿砂混合均匀制备低收缩早强型矿山充填料浆。其中：铁尾矿砂的级配为21.75％的+60目、30.99％的+100目、25.99％的-100+200目、4.42％的-200+300目、4.23％的-300+400目、以及13.1％的-400目。
将上述制得的低收缩早强型矿山充填料浆经泵送方式注浆到采空区进行充填，其中：
混合材料中，添加剂掺量占胶凝材料的质量百分比为0％，灰砂比(1:5)的混合材料与铁尾矿砂混合均匀制备低收缩早强型矿山充填料浆，流动度为208mm，铁尾矿砂浓度为53.1％，低收缩早强型矿山充填料浆凝结时间只需要32min，沉缩率为3.9％，3d、7d、28d测得矿山充填体的抗压强度分别为0.52mpa、0.76mpa、1.22mpa；
混合材料中，添加剂掺量占胶凝材料的质量百分比为3％，灰砂比(1:5)的混合材料与铁尾矿砂混合均匀制备低收缩早强型矿山充填料浆，流动度为235mm，铁尾矿砂浓度为51.9％，低收缩早强型矿山充填料浆凝结时间只需要15.5min，沉缩率为2.7％，3d、7d、28d测得矿山充填体的抗压强度分别为0.89mpa、1.43mpa、1.93mpa；
混合材料中，添加剂掺量占胶凝材料的质量百分比为0％，灰砂比(1:5)的混合材料与铁尾矿砂混合均匀制备低收缩早强型矿山充填料浆，流动度为187mm，铁尾矿砂浓度为60.3％，低收缩早强型矿山充填料浆凝结时间只需要8.5min，沉缩率为5.5％，3d、7d、28d测得矿山充填体的抗压强度分别为0.42mpa、0.3mpa、1.85mpa；
混合材料中，添加剂掺量占胶凝材料的质量百分比为3％，灰砂比(1:5)的混合材料与铁尾矿砂混合均匀制备低收缩早强型矿山充填料浆，流动度为225mm，铁尾矿砂浓度为60.1％，低收缩早强型矿山充填料浆凝结时间只需要6.5min，沉缩率为2.4％，3d、7d、28d测得矿山充填体的抗压强度分别为1.58mpa、2.41mpa、3.52mpa；
由此可见，灰砂比相同以及铁尾矿砂浓度相近时，添加剂掺量越小，凝结时间越长，沉缩率越大，矿山填充体的抗压强度越低；而灰砂比和添加剂掺量均相同时，铁尾矿砂浓度越大，流动度越小，凝结时间越小，沉缩率越大，抗压强度越大。
与实施例1对比可知，灰砂比和添加剂掺杂量相同，铁尾矿砂级配不同，即铁尾矿砂-400目粉末级配比例增大以及+100目和-100+200目粉末级配比例减小，流动度相应增大，凝结时间增大，沉缩率不变，抗压强度减小；
灰砂比相同，铁尾矿砂级配不同，即铁尾矿砂-400目粉末级配比例增大以及+100目和-100+200目粉末级配比例减小，添加剂掺杂量越大，流动度相应增大，凝结时间减小，沉缩率增大，抗压强度减小。
与实施例2对比可知，灰砂比和添加剂掺杂量相同，铁尾矿砂级配不同，即铁尾矿砂-400目粉末级配比例增大以及+100目和-100+200目粉末级配比例减小，流动度相应增大，凝结时间增大，沉缩率减小，抗压强度增大；
灰砂比相同，铁尾矿砂级配不同，即铁尾矿砂-400目粉末级配比例增大以及+100目和-100+200目粉末级配比例减小，添加剂掺杂量越大，流动度相应增大，凝结时间减小，沉缩率增大，抗压强度增大。
由实施例1-3可知，灰砂比相同以及铁尾矿砂浓度相近时，添加剂掺量越大，凝结时间越短，沉缩率越小，矿山填充体的抗压强度越高；而灰砂比和添加剂掺量均相同时，铁尾矿砂浓度越大，流动度越小，凝结时间越小，沉缩率越大，抗压强度越大。
综上可见，本发明通过对矿山充填料浆的功能进行研究，选择料浆流变剂、碱性激发剂、速凝剂、早强剂作为原料，并对其配比进行了适应性研究，最终得出可使得矿山充填料浆具备良好的流动性能、快速凝结时间以及较高的早期强度的新型矿山充填速凝增强型外加剂，且在使用该外加剂的情况下，能够有效提高充填材料性能，保证其充填料浆能在大体积、不同浓度情况下，保持良好的流变性能、速凝效果、强度高和体积稳定性好、沉缩率低等特点，各项性能上表现优异。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。