一种用于矿山的胶结充填材料及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于矿山的胶结充填材料及其制备方法，胶结充填材料由全尾砂、胶骨粉、水和絮凝剂组成，重量份：胶骨粉10份，尾砂40～100份，水16.67～73.33份；絮凝剂添加量为10g/t，浓度为0.1％。制备方法包括步骤：按照重量份组成配比称取相应重量的胶骨粉、尾砂和水，并按单耗量为10g/t称取絮凝剂，配制质量浓度为0.1％的絮凝剂水溶液；将胶骨粉和尾砂放入搅拌机中充分混合，之后放入称量好的水，边放水边搅拌，得到混合物料，此为一级搅拌；将制备好的絮凝剂水溶液放入混合物料中拌匀，使絮凝剂与混合物料充分接触，二级搅拌完成后，充填体制备完成。本发明制备的胶结充填体具有性质稳定、制作工艺简单、养护周期短，适合绝大多数矿山的充填开采。
【专利说明】
一种用于矿山的胶结充填材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及矿产资源开发领域，具体涉及一种用于矿山的胶结充填材料及其制备 方法。
【背景技术】
[0002] 随着矿产资源的不断开发，开采深度不断增加，井下的开采环境也越来越复杂。在 开采过程中，有时会因为采空区较大发生较大范围的沉降和塌陷，不利于安全生产，且随着 开采加深，许多废料也相应产生，选矿产生的尾砂量也不断增加。尾砂的堆放不仅污染环 境，而且严重影响了矿业的可持续发展。随着采矿技术的日趋成熟，国内外多采用尾砂充填 采矿法进行开采。采用尾砂开采充填法不仅可以有效控制围岩的变形，减少事故的发生，在 一定程度上也减少了固体废料的堆放，保护环境。
[0003] 胶结剂作为充填采矿法中材料胶结的主要成分之一，对充填法开采的经济技术效 果直接产生重要影响。其中，由胶结剂所决定的充填体的固化强度、胶结速率直接影响采矿 的成本和效率，从而影响了矿山的经济效益。因此选择更为合适的胶结剂作为充填材料之 一，与尾砂、水进行合适的配比制备充填料浆，可以很大程度上提高开采效率，进而提高经 济效益。目前，绝大多数金属矿山采用硅酸盐水泥等作为胶结剂制备充填料浆，水泥消耗量 较大，且早强性一般，在充填过程中会由于养护条件等其他因素造成充填体的胶结效果一 般，采空区的充填效果不理想等。
[0004] 全尾砂沉降浓缩效果也是保证充填质量的关键因素。目前为止，国内外大部分矿 山都采用浓密、过滤两级脱水的机械脱水工艺浓缩尾砂，这种脱水工艺虽然能满足尾砂脱 水的要求，但是成本高、工艺复杂、而且处理能力有限；有的矿山通过采用高水速凝材料进 行全尾砂充填，虽然该材料对尾砂要求低，但是成本高，并且胶结体在后期因碳化严重而导 致强度丧失，因此该材料未能被广泛应用。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是，针对现有矿山胶结材料存在的上述不足，提供一种 用于矿山的胶结充填材料及其制备方法，材料性质稳定、养护周期短、经济效益高，在不同 配比下所形成的充填材料单轴抗压强度不同，强度变化范围较大，满足不同矿山充填的强 度要求。
[0006] 本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
[0007] -种用于矿山的胶结充填材料，由胶骨粉、尾砂、水和絮凝剂组成，重量份组成： 原料 重量份
[0008] 胶骨粉 10汾 尾砂 40~100份
[0009] 水 16.67~73.33 份
[0010] 絮凝剂添加量为lOg/t，絮凝剂水溶液质量浓度为0.1 %。
[0011] 按上述方案，强度较大的胶结充填材料由以下重量份组成： 原料 重量份 胶骨粉 10份
[0012] 尾砂 40份 水 16.67~33.33 份
[0013] 絮凝剂添加量为10g/t，絮凝剂水溶液质量浓度为0.1%。
[0014] 按上述方案，强度适中的胶结充填材料由以下重量份组成： 原料 重量份 胶骨粉 10份
[0015] 尾砂 60份 水 23.33~46.67 份
[0016] 絮凝剂添加量为10g/t，絮凝剂水溶液质量浓度为0.1%。
[0017] 按上述方案，强度较小的胶结充填材料由以下重量份组成： 原料 重量份 胶骨粉 10份
[0018] 尾砂 80份 水 30-60份
[0019] 絮凝剂添加量为10g/t，絮凝剂水溶液质量浓度为0.1 %。
[0020] 按上述方案，强度更小的胶结充填材料由以下重量份组成： 原料 重量份 胶骨粉 10份
[0021] 尾砂 100份 水 36,67~73.33 份
[0022] 絮凝剂添加量为10g/t，絮凝剂水溶液质量浓度为0.1 %。
[0023] 按上述方案，所述胶骨粉采用ClO型华重胶骨粉。
[0024]按上述方案，所述尾砂为全尾砂。
[0025]按上述方案，所述絮凝剂采用分子量为2000万的阴离子型聚丙烯酰胺。
[0026] 本发明还提供了一种上述用于矿山的胶结充填材料的制备方法，包括如下步骤：
[0027] (1)按照重量份组成配比称取相应重量的胶骨粉、尾砂和水，并按单耗量为10g/t 称取絮凝剂，配制质量浓度为〇. 1 %的絮凝剂水溶液；
[0028] (2)将胶骨粉和尾砂放入搅拌机中充分混合，之后放入称量好的水，边放水边搅 拌，此为一级搅拌，得到混合物料；
[0029] (3)当搅拌均匀后，将制备好的絮凝剂水溶液放入步骤（2)得到的混合物料中拌 匀，使絮凝剂与混合物料充分接触，此为二级搅拌，二级搅拌完成后，充填体制备完成。
[0030] 本发明的有益效果：
[0031] 1、经过综合评定后，本发明由胶骨粉、尾砂、水和絮凝剂制备的胶结充填材料具有 性质稳定、制作工艺简单、养护周期短、材料来源广泛且经济效益高等优点，具有较高实用 性；
[0032] 2、胶骨粉早强性较好，在相同强度要求下，其消耗量比普通硅酸盐水泥低得多，成 本更低;且采用ClO型华重胶骨粉充填，在相同养护条件下其胶结效果更好，强度更大；
[0033] 3、材料中所使用的尾砂为全尾砂，相对于分级尾砂，全尾砂的粒径分布范围较广， 级配良好，且密实性较好，来源广泛，制作成本低，很大程度上实现了资源的再次利用；
[0034] 4、在制备的混合物料中，絮凝剂的添加使得料浆的沉降速度比自然沉降速度提高 了近十倍，大大提高了制浆速率，实现了动态沉降、连续制浆;本发明絮凝剂采用分子量为 2000的阴离子型聚丙烯酰胺，其沉砂浓度可达到60%以上，且沉降低端不会产生结板现象， 充填效果很好;同时，沉降后的上部清液达到国家废污水排放标准，对环境的污染很小；
[0035] 5、在不同配比下所形成的充填材料单轴抗压强度不同，强度变化范围较大，因此 该配比可以满足不同矿山充填的强度要求。
【附图说明】
[0036] 图1为实施例1制得的充填材料养护28d后抗压强度随水的重量份不同而变化曲线 图；
[0037] 图2为实施例2制得的充填材料养护28d后抗压强度随水的重量份不同而变化曲线 图；
[0038] 图3为实施例3制得的充填材料养护28d后抗压强度随水的重量份不同而变化曲线 图；
[0039] 图4为实施例4制得的充填材料养护28d后抗压强度随水的重量份不同而变化曲线 图。
【具体实施方式】
[0040] 下面结合附图和实例对本发明技术方案进行详细的描述。
[0041] 实施例1:本实施例中，用于矿山的胶结充填材料主要由以下重量份(强度较大)组 成： 原料 重量份 胶骨粉 10份
[0042] 尾砂 40份 水 ]6.67~33.33 份
[0043] 絮凝剂添加量为10g/t，絮凝剂水溶液质量浓度为0.1 % (由于絮凝剂添加量远小 于其他材料，且絮凝剂质量浓度为固定值0.1%，故絮凝剂添加量单独计算）。
[0044] 胶骨粉采用ClO型华重胶骨粉，尾砂为全尾砂。
[0045] 絮凝剂为分子量为2000万的阴离子型聚丙烯酰胺，兼具絮凝性、增稠性、耐剪切 性、降阻性、分散性等性能，一定程度上可以提高充填混合物的沉降速度，同时兼顾了充填 材料的强度和经济指标。
[0046]充填料浆制备方法如下：1)按照重量份组成配比称取相应重量的胶骨粉、尾砂和 水，并按单耗量为l〇g/t称取絮凝剂，配制质量浓度为0.1 %的絮凝剂水溶液;2)将胶骨粉和 尾砂放入搅拌机中充分混合，之后放入称量好的水，边放水边搅拌，此为一级搅拌，得到混 合物料；（3)当搅拌均匀后，将制备好的絮凝剂水溶液放入步骤2)得到的混合物料中拌匀， 使絮凝剂与混合物料充分接触，此为二级搅拌，二级搅拌完成后，充填体制备完成，即可通 过输送管道进入采空区。
[0047]实施例1得到的充填体在温度为18°C、湿度为85%的养护箱中养护7d、14d和28d 后，所测得的单轴抗压强度如下表1所示。
[0048]表1:
[0050] 28天养护后，充填材料强度范围为5.1~6.88MPa，一般矿山的充填强度在2~5MPa 范围内，该重量份的充填材料适合用于强度要求较高的矿山充填中。
[0051] 实施例2:本实施例中，用于矿山的胶结充填材料主要由以下重量份(强度适中）组 成： 原料 重量份 胶骨粉 10份
[0052] _ 尾砂 60份 水 23.33-46.67 份
[0053]絮凝剂添加量为10g/t，絮凝剂水溶液质量浓度为0.1 %。
[0054]充填料浆制备方法与实施例1相同，制备完成的充填体通过输送管道进入采空区。 [0055]实施例2得到的充填体在温度为18°C、湿度为85%的养护箱中养护7d、Hd和28d 后，所测得的单轴抗压强度如下表2所示。
[0056]表2:
[0058] 28天养护后，充填材料强度范围为2.7~3.67MPa，达到充填材料的强度要求，适合 用于强度要求适中的矿山充填中。
[0059] 实施例3:
[0060]本实施例中，用于矿山的胶结充填材料主要由以下重量份(强度适中）组成： 原料 重量份 胶骨粉 10份
[0061] 尾砂 80份 水 30~60份
[0062] 絮凝剂添加量为10g/t，絮凝剂水溶液质量浓度为0.1 %。
[0063] 充填体制备方法与实施例1相同，制备完成的充填体通过输送管道进入采空区。 [0064]实施例3得到的充填体在温度为18°C、湿度为85%的养护箱中养护7d、Hd和28d 后，所测得的单轴抗压强度如下表3所示。
[0065]表3:
[0067] 28天养护后，充填材料强度范围为2.1~2.92MPa，达到充填材料的强度要求，适合 用于强度要求较小的矿山充填中。
[0068] 实施例4:
[0069] 本实施例中，用于矿山的胶结胶结充填材料主要由以下重量份(强度更小)组成： 原料 重量份
[0070] 胶骨粉 10份 尾砂 100份
[0071] 水 36,67~73.33 份
[0072] 絮凝剂添加量为10g/t，絮凝剂水溶液质量浓度为0.1 %。
[0073] 充填体制备方法与实施例1相同，制备完成的充填体通过输送管道进入采空区。 [0074]实施例4得到的充填体温度为18°C、湿度为85%的养护箱中养护7(1、14(1和28(1后， 所测得的单轴抗压强度如下表4所示。
[0075]表4:
[0077] 28天养护后，充填材料强度范围为1~1.69MPa，达到充填材料的强度要求。适合用 于强度要求更小的矿山充填中。
[0078]综上所述，充填材料在不同重量份下制备的充填体，通过胶结养护7d、Hd和28d 后，所测得单轴抗压强度如下表5所示。
[0079]表5:
[0081] 由表5可以得出，充填材料的比例适当变化，其所制备的充填体养护后的强度也相 应变化，早强性较好，强度变化范围为1~6.88MPa，范围较大，将比例进行适当的调整可以 满足多种用途需要。相比于其他硅酸盐水泥，如果使两种不同胶结剂充填体试块达到相同 强度3.06MPa，单位体积华重胶骨粉的用量为169.9Kg/m 3，水泥的用量为326.4Kg/m3，目前胶 骨粉单价为460元/吨，普通水泥320元/吨，计算得到相同强度条件下，采用华重胶骨粉的充 填体胶结剂成本为78.15元/m 3，而采用娃酸盐水泥的充填体胶结剂成本为104.45元/m3，由 此可知，本发明中所使用的材料比较经济合理。
[0082] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的 实施方式的限定。本领域的技术人员可以根据所需要求适当调整原料的配比，但依本发明 的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
【主权项】
1. 一种用于矿山的胶结充填材料，其特征在于，由胶骨粉、尾砂、水和絮凝剂组成，重量 份组成： 原料 重量份 胶骨粉 10份 尾砂 40~100份 水 16.67~73.33 份 絮凝剂添加量为l〇g/t，絮凝剂水溶液质量浓度为0.1 %。2. 根据权利要求1所述的用于矿山的胶结充填材料，其特征在于，强度较大的胶结充填 材料由以下重量份组成： 原料 重量份 胶骨粉 1.0份 尾砂 40份 水 16.67~33.33 份 絮凝剂添加量为l〇g/t，絮凝剂水溶液质量浓度为0.1 %。3. 根据权利要求1所述的用于矿山的胶结充填材料，其特征在于，强度适中的胶结充填 材料由以下重量份组成： 原料 重量份 胶骨粉 _1〇份 尾砂 60份 水 23.33~46.67 份 絮凝剂添加量为l〇g/t，絮凝剂水溶液质量浓度为0.1 %。4. 根据权利要求1所述的用于矿山的胶结充填材料，其特征在于，强度较小的胶结充填 材料由以下重量份组成： 原料 重量份 胶骨粉 10份 尾砂 80份 7欠 30~60份 絮凝剂添加量为l〇g/t，絮凝剂水溶液质量浓度为0.1 %。5. 根据权利要求1所述的用于矿山的胶结充填材料，其特征在于，强度更小的胶结充填 材料由以下重量份组成： 原料 重量份 胶骨粉 10份 尾砂 100份 水 36.67~73.33 份 絮凝剂添加量为lOg/t，絮凝剂水溶液质量浓度为0.1 %。6. 根据权利要求1-5任一项所述的用于矿山的胶结充填材料，其特征在于，所述胶骨粉 采用C10型华重胶骨粉。7. 根据权利要求1-5任一项所述的用于矿山的胶结充填材料，其特征在于，所述尾砂为 全尾砂。8. 根据权利要求1-5任一项所述的用于矿山的胶结充填材料，其特征在于，所述絮凝剂 采用分子量为2000万的阴离子型聚丙烯酰胺。9. 一种上述权利要求1~8任一项所述的用于矿山的胶结充填材料的制备方法，其特征 在于，包括如下步骤： (1) 按照重量份组成配比称取相应重量的胶骨粉、尾砂和水，并按单耗量为l〇g/t称取 絮凝剂，配制质量浓度为0.1 %的絮凝剂水溶液； (2) 将胶骨粉和尾砂放入搅拌机中充分混合，之后放入称量好的水，边放水边搅拌，此 为一级搅拌，得到混合物料； (3) 当搅拌均匀后，将制备好的絮凝剂水溶液放入步骤(2)得到的混合物料中拌匀，使 絮凝剂与混合物料充分接触，此为二级搅拌，二级搅拌完成后，充填体制备完成。
【文档编号】C04B28/00GK105859197SQ201610185792
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月29日
【发明人】周传波, 周家全, 刘杨波, 蒋楠, 何如, 陈东, 路世伟
【申请人】中国地质大学（武汉）