专利名称：金属矿山高水材料胶结充填新工艺的制作方法
技术领域：
本发明公开了一种金属矿山利用具有高结晶水速凝固化性能的材料做胶凝材料的低浓度输送、采场不脱水胶结充填新工艺。该工艺属金属矿山充填技术领域。
目前，国内外金属矿山进行胶结充填主要是使用普通水泥或加入部分其他掺合料做充填胶凝材料。普通水泥水化所需水量较少，这就使得只有充填料浆浓度较高时充填体才能形成较好的强度。传统的也是目前使用较多的尾砂胶结充填法，通常制成60-70%浓度的充填料浆进行输送充填，这种料浆具有大量的多余水需要从采场脱出排走，这就要求使用分级脱泥后的粗粒级尾砂做充填骨料，以保证充填料浆良好的渗透性能。这样的充填工艺分级、脱水工艺繁杂，作业周期长，充填料凝结时间较长，使得采场作业循环周期延长，采场生产效率低，矿山生产采场数量多，充填料浆离析、分层、跑浆等因素有时使得充填体强度达不到设计要求，脱出的水夹杂水泥砂浆污染井下环境。分级后的细粒级尾砂排放构筑坝体困难，坝体维护费用高。用全尾砂做充填骨料是国内外有关矿山技术人员及科研人员十分关心的科研课题，近年来，国内外一些矿山在进行尾砂胶结充填时一直在努力将尾砂砂浆浓度提高到70%以上即所谓“高浓度”尾砂胶结充填取得一定进展，但这种“高浓度”尾砂胶结充填，仅仅是使尾砂利用率提高，料浆中多余的水减少，但仍需在采场进行少量的脱水排水工作，地表砂浆料浆制造困难，综合充填能力难于提高。1978年西德Preussage金属公司开始了全尾砂膏体泵送充填试验，经过几年努力，形成了泵压充填新工艺。膏体充填料充填到采场后基本上不再有多余的水。膏体泵送充填工艺近年在美国、南非等一些矿山进行了应用，这些矿山矿体埋深较大，利用深井高自然压头弥补膏体输送管道阻力大的缺陷。全尾砂膏体泵送充填目前尚处于应用和发展的初期阶段，工艺和设备均不很成熟，充填料制备所需高效浓缩、脱水设备及输送充填料所需泵送设备的投资较大。“七五”期间，我国也进行了全尾砂胶结充填工艺及设备的攻关研究，取得了一定的进展，但在高浓度膏体输送工艺方面还不过关，输送能力低，易堵孔堵管，井下充填体平场、接顶难。使用非膏体全尾砂料浆，井下脱水困难，难以实现充填料浆的连续大量输送，充填能力受到限制，难以满足矿山生产需要。
因此，既可以利用矿山分级尾砂中的粗粒级部分，又可以利用矿山全尾砂或分级尾砂中细粒级部分作为充填骨料，又要达到充填料浆容易输送，井下不脱水，充填能力大，这正是国内外金属矿山胶结充填迫切需要解决的问题。
本发明的目的是设计新的充填工艺，该工艺在金属矿山胶结充填中，利用具有高结晶水性能的材料做胶凝材料部分或全部取代普通水泥，利用矿山全尾砂砂浆或尾砂中各种粒级的分级尾砂砂浆甚至可以用水或尾砂浆中溢流出的含有细泥的水，制成便于输送的低浓度料浆进行输送，采场不用脱水排水而凝结成固体，从而达到简化工艺，加大充填能力，提高生产效率的目地。
本发明提出的充填新工艺，是新型胶凝材料在金属矿山充填中的使用方法。这种新型的胶凝材料是由甲、乙两种基础材料构成，其中甲基础材料是由钒土水泥或高铝耐火水泥或高铝水泥或硫铝酸盐水泥熟料或铁铝酸盐水泥熟料或氟铝酸盐水泥熟料为主要原料加入适量的添加剂制成;其中乙基础材料是由天然硬石膏(或天然无水石膏)和生石灰(或熟石灰)为主要原料加适量的掺合料和添加剂制成。甲、乙两料的产品是分别制造存放的，具有如下技术性能，甲、乙二料分别与水或一定浓度范围的砂浆混合，各可保持较长时间(6小时以上)不凝固，以保证料浆的良好输送性能。甲乙两种基料混合在一起之后，其料浆在一定的时间内呈均匀悬浮的浆状，从而使料浆进入采场具有良好的流动平场性能。进入采场后的混合料浆在几分钟至几小时内凝结成固体。料浆凝结过程中，胶凝材料与水结合，形成高结晶水结构的物质。也就是说，混合后的料浆不需要脱水便可凝结成固体。甲乙两种基础材料不单独做胶凝材料使用。利用胶凝材料的高结晶水性能，实现充填料浆的低浓度输送采场不脱水。由于不需要采场脱水，则可不考虑充填料浆的渗透性问题，这样既可以使用分级尾砂的粗粒级部分，又可以利用全尾砂或分级尾砂的细粒级部分。先将尾砂制备成所需浓度的砂浆，而后再通过各种方法将胶凝材料加入到砂浆中。实施新工艺所用的砂浆与胶凝材料的甲乙两种基础材料的混合的方案，其特征在于
(1)将制备好的尾砂浆分为两部分，分别导入两套制浆系统，分别加入甲料及乙料，制成重量比浓度为15-70%的甲乙两种料浆，利用两套输送系统将两种料浆输送到采场附近，在采场附近通过混合系统将两种料浆混合后充入采场。
(2)尾砂浆制备成重量比浓度为15-70%浓度，直接输送到采场附近，将甲乙两种基础材料各自分别制成重量比浓度为15-70%浓度的料浆，两种料浆分别输送到采场附近，在采场附近将三种浆体混合后充入采场。
(3)将制备好的砂浆与甲乙两种材料中之一甲(或乙)料制成重量比浓度为15-70%的料浆，将甲乙料的另一种乙(或甲)料单独与水制成重量比浓度为15-70%的料浆，两种料浆输送到采场附近混合后充入采场。
(4)将制备好的砂浆与甲乙料中之一甲(或乙)料制成重量比浓度为15-70%的料浆输送到采场，利用压风将甲乙料中另一种乙(或甲)料在料浆进入采场的输送管道出口处附近加入到料浆中充入采场。
(5)将甲乙两种基础材料各自分别与水或尾砂浆中溢流的带有细泥的水制成重量比浓度为15-70%的料浆，两种料浆分别输送到采场附近将两种料浆混合后充入采场。
根据各种现场具体条件和不同要求，在砂浆制备过程，料浆制造过程、输送过程、混合过程、混合后充入采场过程，可加入除尾砂及甲乙两种基础材料之外的1种或多种掺合料或添加剂(如普通硅酸盐水泥、粉煤灰、火山灰、河砂、磨砂、石灰石、膨润土、Na2CO3、NaCl、柠檬酸等)，以调节料浆的悬浮性能、流动性能、输送性能、缓凝性能、速凝性能、充填体早强及长期稳定性能。
本发明的工艺流程主要是砂浆制造系统-料浆制造系统-输送系统-混合系统-采场。实施方案分五种分别以五幅图加以说明。
图一为将砂浆分为两部分分别与甲乙两种基础材料制成料浆，分别输送，在采场附近混合后充入采场的工艺流程图。
图二为砂浆单独输送，甲乙两种料浆也各自单独输送，在采场附近混合后充入采场的工艺流程图。
图三为砂浆与甲乙两种基础材料之一混合制成料浆，另一种材料用水制成料浆，输送到采场附近混合后充入采场的工艺流程图。
图四为砂浆与甲乙两种基础材料之一混合制成料浆输送到采场，在输送管道出口处用压风将另一种材料混入料浆中的工艺流程图。
图五为甲乙两种基础材料分别与水或尾砂浆中溢流的带有细泥的水制成料浆，分别输送，在采场附近混合后充入采场的工艺流程图。
流程图中仅示出了充填工艺的主要部分，在某些环节需要设计流量计、浓度计等设施，输送系统可以是泵送，也可以是自流，在各个环节，可根据具体情况及要求，决定加入或不加入其他掺合材料或添加剂。
本发明与现有技术相比，新工艺利用具有高结晶水速凝固化性能的材料做胶凝材料，充填料浆浓度变化范围大，易实现泵送和自流输送，而且易实现大能力输送，易满足矿山充填需求，井下不用进行采场脱水，省掉采场滤水设施，简化工艺，节省滤水费用，改善井下作业环境，既可利用分级尾砂的粗粒级部分，也可利用全尾砂或尾砂中细粒级部分做充填骨料，节省补充磨砂投资，减缓尾砂坝构筑维护困难。低浓度料浆易于在采场内流动平场，易于实现充填体接顶。
本发明的实施，在我国已具备成熟的条件，具有高结晶水速凝固化性能的胶凝材料一如“高水速固充填材料”已由中国矿业大学北京研究生部孙恒虎博士等研究成功，已交由天津特种水泥厂及青岛高水固化材料厂等实现了工厂化生产，并批量供应市场。目前出厂的产品甲乙两种材料分别包装成50Kg一袋。在我国生产该材料的原材料丰富、分布广。用低浓度料浆进行充填，工艺及设备在我国已有成熟的基础。当然，对由不同矿山所具有的尾砂成份及水质等具体情况，需对甲乙两种基础材料的配制进行适当调整，或在工艺系统的某环节加入适宜的添加剂。
本发明所提出的充填新工艺具有多种实施方案，下面结合两个实施方案举例说明本发明的实施应用方法。
实施例1在砂仓中将全尾砂制成重量比浓度为35%砂浆，通过流量计、浓度计、三通阀将砂浆分成相等的两部分导入两个叶片式搅拌桶中，将甲乙两个基础材料料仓中的材料利用压风分别通过冲击式计量器输入到两个搅拌桶中与砂浆一起进行搅拌制成重量比浓度为45%料浆。通过泥浆泵或自流将料浆输送到采场附近，通过螺旋式混合器将两种料浆混合后充入采场。两种基础材料的加入量按重量比分别各占最终充填料浆的7%。(可参考图一)实施例2在砂仓中将尾砂制成重量比浓度为43%的砂浆，通过流量计、浓度计导入到叶片式搅拌桶中，将甲料料仓中的材料利用压风通过冲击式计量器输入到叶片式搅拌桶中，制成重量比浓度为48%的甲料浆。将乙料料仓中的材料利用压风通过冲击式计量器输入到另一个叶片式搅拌桶中加水制成重量比浓度为25%的乙料浆，两种料浆通过泥浆泵按甲料浆∶乙料浆为3∶1的重量比例输送到采场附近，通过螺旋式搅拌装置混合后充入采场。(可参考图三)
权利要求
1.金属矿山胶结充填新工艺，其特征在于充填新工艺利用具有高结晶水速凝固化性能的材料做胶囊材料，与矿山全尾砂砂浆或尾砂中各种粒级的分级尾砂砂浆或水相配制成重量比浓度为15-70%的料浆，料浆在重量比浓度为15-70%的情况下进行输送，实现充填料浆在采场不用脱水便可凝结为固体。
2.按照权利要求1，金属矿山胶结充填新工艺，其特征在于充填新工艺所利用的具有高结晶水速凝固化性能的胶凝材料是由甲、乙两种基础材料组成。该甲、乙两种基础材料不单独做胶凝材料使用。其中甲基础材料是由钒土水泥或高铝耐火水泥或高铝水泥或硫铝酸盐水泥熟料或铁铝酸盐水泥熟料或氟铝酸盐水泥熟料为主要原料加适量添加剂制成;其中乙基础材料是由天然硬石膏(或天然无水石膏)和生石灰(或熟石灰)为主要原料加适量的掺合料和添加剂制成。
3.按照权利要求1、2，实施金属矿山胶结充填新工艺的方案，其特征在于将制备好的尾砂浆分为两部分，分别导入两套制浆系统，分别加入甲料及乙料，制成重量比浓度为15-70%的甲乙两种料浆，利用两套输送系统将两种料浆输送到采场附近，在采场附近通过混合系统将两种料浆混合后充入采场。
4.按照权利要求1、2，实施金属矿山胶结充填新工艺的方案，其特征在于将尾砂浆制备成重量比浓度为15-70%的砂浆，直接输送到采场附近，将甲乙两种基础材料各自分别制成重量比浓度为15-70%的料浆，两种料浆分别输送到采场附近，在采场附近将三种浆体混合后充入采场。
5.按照权利要求1、2，实施金属矿山胶凝充填新工艺的方案，其特征在于将制备好的砂浆与甲乙料中之一甲(或乙)料制成重量比浓度为15-70%的料浆，将甲乙料的另一种乙(或甲)料单独与水制成重量比浓度为15-70%的料浆，两种料浆分别输送到采场附近混合后充入采场。
6.按照权利要求1、2，实施金属矿山胶结充填新工艺的方案，其特征在于将制备好的砂浆与甲乙料中之一甲(或乙)料制成重量比浓度15-70%的料浆输送向采场，利用压风将甲乙料的另一种乙(或甲)料在料浆送向采场的输送管道出口处附近加入到料浆中混合后充入采场。
7.按照权利要求1、2，实施金属矿山胶结充填新工艺的方案，其特征在于将甲乙两种基础材料各自分别与水或尾砂浆中溢流的带有细泥的水制成重量比浓度为15-70%的料浆，两种料浆分别输送到采场附近，在采场附近两种料浆混合后充入采场。
8.按照权利要求1、2、3、4、5、6、7，在砂浆制备过程、料浆制备过程、输送过程、混合过程、混合后充入采场过程，可加入1种或若干种掺合料或添加剂，其特征在于这一种或若干种掺合料或添加剂(如普通硅酸盐水泥、粉煤灰、火山灰、河砂、磨砂、石灰石、膨润土、Na2CO3、NaCl、柠檬酸等)可以调节料浆的悬浮性能、流动性能、输送性能、缓凝性能、速凝性能、充填体的早强及长期稳定性能。
全文摘要
本发明公开了一种金属矿山利用具有高结晶水速凝固化性能的材料做胶凝材料的低浓度输送、采场不脱水胶结充填新工艺。属金属矿山充填技术领域。以往的胶结充填使用水泥做胶凝材料，料浆浓度低需采场脱水，料浆浓度高输送困难。本发明所公开的新工艺，可实现充填料浆的低浓度输送和这种料浆的采场不脱水而固化。这种胶凝材料由甲乙两种基础材料组成，与全尾砂浆或分级尾砂浆相配，分别用两套或两套以上的系统制浆输送，并在采场附近混合后充入采场。
文档编号E21F15/00GK1067707SQ91103829
公开日1993年1月6日 申请日期1991年6月12日 优先权日1991年6月12日
发明者孙恒虎, 刘庆林, 刘文永, 徐维瑞, 盖光举, 吴健 申请人:中国矿业大学北京研究生部, 烟台大洋实用科学技术研究所