专利名称：用于胶结充填采矿矿山的胶凝材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种胶凝材料，尤其是一种用于胶结充填采矿矿山的胶凝材料及其制备方法。
背景技术：
充填法采矿已成为控制地质灾害、实现无废开采和高效利用矿产资源的主要采矿方法。充填法采矿将选厂尾砂或废石，添加一些胶凝材料，采用管道水力输送到采场，一方面充填采空区，控制采场地压，限制围岩变形，将地表沉降控制在允许的范围内，避免地表塌陷和不均勻沉降破坏农田和毁坏建筑物；另一方面，大量的尾砂废石充填于空区，减少尾矿库占用土地，避免尾矿库垮坝造成泥石流灾害，达到保护矿区环境，根治地质灾害，实现 “一废治两害”的资源开发目的。传统上，胶结充填矿山普遍采用水泥作为胶凝材料，但基本上是以分级尾砂作为充填骨料，应用全尾砂作为充填骨料的矿山很少。原因是由于超细全尾砂充填料颗粒粒径很小，且含泥量多，以水泥作为胶凝材料的全尾砂浆充填体强度较低，很难达到矿房底部结构和一步采矿房对充填体的强度要求。为了提高充填体强度达到设计要求，目前主要采用两种途径
1、采用分级尾砂作为充填材料。采用分级尾砂充填不仅增大尾砂分级成本，而且使尾砂利用率降低。更重要的是从尾砂中脱离出来的细泥仍需输送到尾矿库存放，一是仍需征用尾矿库，增加企业占地；二是细泥尾砂排到尾矿库，不容易脱水和板结，对尾矿库的安全构成潜在危害。2、提高灰砂比。将导致充填水泥用量大幅度提高，增加充填胶结材料成本，降低采矿效益。特别是冀东地区的低品位铁矿床充填法开采问题尤其突出。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用全尾砂作为骨料且充填体强度高的用于胶结充填采矿矿山的胶凝材料；本发明还提供了其制备方法。为解决上述技术问题，本发明由100重量份的A组分与5 35重量份的B组分混合而成
所述的A组分由下述百分含量的原料组成80 100%的矿渣粉，0 20%的粉煤灰，和 0 10%的水泥熟料或早强水泥；
所述的B组分由下述重量配比组成100份的石灰和/或石膏、0 10份的增强剂、0 5份的减水剂，以及0 20份的硅酸钠、碳酸钠和十二水和硫酸铝钾中的任意一种或几种。本发明优选的增强剂为三乙醇胺和/或氯化钙。本发明优选的减水剂为木钙和/或萘系高效减水剂。本发明A组分中优选的矿渣粉为S95级，比表面积彡400m2/kg，7d活性指数彡75%，28d活性指数彡95%。
本发明A组分中优选的粉煤灰为三级粉煤灰。本发明A组分中优选的水泥熟料为硅酸盐水泥熟料f_CaO ( 1. 5%，3d抗压强度彡28. OMPa, 28d抗压强度彡58. OMPa ；所述A组分中早强水泥为42. 5R早强水泥。本发明的制备方法为先将B组分混合，磨粉成粒径30 80mm粉末；然后与A组分混合均勻即可。采用上述技术方案所产生的有益效果在于本发明解决了全尾砂作为骨料时，充填体强度低的问题，适用于超细全尾砂充填法采矿；本发明胶凝材料的充填体强度高，不仅解决了超细全尾砂充填，而且胶砂比低，胶凝材料用量少，有效提高采矿效益，尤其适应于贫铁矿矿床的充填法开采。本发明胶凝材料可以用于胶结充填法采矿的矿山，可以实现磁铁矿及磁铁矿和红矿伴生的矿山进行全尾砂充填，具有胶凝充填体强度高，胶砂比小，成本低，材料无毒、安全等特点。以全尾砂为骨料，浓度为68%的条件下，胶砂比为1:5时，以本发明胶凝材料为胶凝剂制备的胶砂体强度达到普通水泥的3倍。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。下述实施例中，选用的矿渣为唐山唐龙公司生产的矿渣粉S95级，比表面积彡400m2/kg, 7d活性指数> 75%，28d活性指数> 95% ；冀东水泥厂生产的硅酸盐水泥熟料 f-CaO ^ 1. 5%，3d抗压强度彡28. OMPa, 28d抗压强度彡58. OMPa ；早强水泥为42. 5R早强水泥；粉煤灰为唐山丰润热电厂粉煤灰，属三级粉煤灰。选用的石灰中CaO的含量为69. 8% ；
石膏中CaSCV2H20含量为80. 2%。矿渣和水泥熟料的主要成分如表1所示。
表1 矿渣和水泥熟料的原料成分(重量)
成分CaO VvWW /%MgO W^vVv / SiO； /%Α1Λ /1Fe=O: /%Cl； /%/%不溶物/%Hn=0 /%SO； /%Na:0 /%K;0 /1Los S /%矿38.10.33.16. 20. 00.0.0.2渣0. 620. 560. 44//1610353317077熟料65. 151.7 622. 055. 033. 66////0. 550.1 S1. 100.5 2 实施例1 本用于胶结充填采矿矿山的胶凝材料由100重量份的A组分与18重量份的B组分混合而成
所述的A组分由下述百分含量的原料组成95%的矿渣粉和5%的水泥熟料； 所述的B组分由下述重量配比组成55%的石灰和45%的石膏制备方法先将B组分混合，磨粉成粒径56mm粉末；然后与A组分混合均勻即可。
4
本胶凝材料按照75wt%的浓度进行加水拌和，产品的28d抗压强度为52. 2MPa。实施例2 本用于胶结充填采矿矿山的胶凝材料由100重量份的A组分与18重量份的B组分混合而成
所述的A组分由下述百分含量的原料组成95%的矿渣粉和5%的水泥熟料； 所述的B组分由下述重量配比组成100份的石灰和石膏(石灰55wt%、石膏45wt%)、3 份的增强剂；所述的增强剂为50wt%的三乙醇胺和50wt%的氯化钙；
制备方法先将B组分混合，磨粉成粒径60mm粉末；然后与A组分混合均勻即可。
本胶凝材料按照75wt%的浓度进行加水拌和，产品的28d抗压强度为60. 6MPa。实施例3 本用于胶结充填采矿矿山的胶凝材料由100重量份的A组分与12重量份的B组分混合而成
所述的A组分为矿渣粉；
所述的B组分由下述重量配比组成100份的石灰和石膏(石灰80wt%、石膏20wt%)、10 份的硅酸钠、1份的萘系高效减水剂。制备方法同实施例1。本胶凝材料按照78wt%的浓度进行加水拌和，产品的28d抗压强度为69. 5MPa。实施例4 本用于胶结充填采矿矿山的胶凝材料由100重量份的A组分与30重量份的B组分混合而成
所述的A组分由下述百分含量的原料组成90%的矿渣，5%的粉煤灰和5%的早强水泥； 所述的B组分由下述重量配比组成100份的石灰和石膏(石灰25wt%、石膏75wt%)、6 份的三乙醇胺和2份的减水剂；所述的减水剂为10wt%的木钙和90wt%的萘系高效减水剂。制备方法同实施例1。本胶凝材料以-200目的全尾砂为骨料，浓度为68wt%、胶砂比为1 5时，胶砂体 28d抗压强度为6. 5MPa。实施例5 本用于胶结充填采矿矿山的胶凝材料由100重量份的A组分与16重量份的B组分混合而成
所述的A组分由下述百分含量的原料组成90%的矿渣粉，5%的粉煤灰，5%的水泥熟
料；
所述的B组分由下述重量配比组成100份的石灰和石膏(石灰85wt%、石膏15wt%)、 5份60wt%的三乙醇胺和40wt%的氯化钙、2份的萘系高效减水剂、8份75wt%的硅酸钠和 25wt%的十二水和硫酸铝钾；
制备方法先将B组分混合，磨粉成粒径80mm粉末；然后与A组分混合均勻即可。本胶凝材料以-200目的全尾砂为骨料，浓度为68wt%、胶砂比为1 7时，胶砂体 28d抗压强度为4. IMPa0实施例6 本用于胶结充填采矿矿山的胶凝材料由100重量份的A组分与5重量份的B组分混合而成
所述的A组分由下述百分含量的原料组成80%的矿渣粉，10%的粉煤灰，10%的早强水
泥；
所述的B组分由下述重量配比组成100份石灰、10份氯化钙、5份的木钙、20份30wt% 硅酸钠、30衬％碳酸钠和40wt%十二水和硫酸铝钾；制备方法先将B组分混合，磨粉成粒径40mm粉末；然后与A组分混合均勻即可。本胶凝材料以-200目的全尾砂为骨料，浓度为68wt%、胶砂比为1:6时，胶砂体 28d抗压强度为5. 4MPa。实施例7 本用于胶结充填采矿矿山的胶凝材料由100重量份的A组分与35重量份的B组分混合而成
所述的A组分由下述百分含量的原料组成80%的矿渣粉，20%的粉煤灰； 所述的B组分由下述重量配比组成100份石膏、8份50wt%的三乙醇胺和50wt%的氯化钙、4份50wt%的木钙和50wt%的萘系高效减水剂、20份碳酸钠；
制备方法先将B组分混合，磨粉成粒径70mm粉末；然后与A组分混合均勻即可。本胶凝材料以-200目的全尾砂为骨料，浓度为68wt%、胶砂比为1 7时，胶砂体 28d抗压强度为6. OMPa0
权利要求
1.一种用于胶结充填采矿矿山的胶凝材料，其特征在于其由100重量份的A组分与 5 35重量份的B组分混合而成所述的A组分由下述百分含量的原料组成80 100%的矿渣粉，0 20%的粉煤灰，和 0 10%的水泥熟料或早强水泥；所述的B组分由下述重量配比组成100份的石灰和/或石膏、0 10份的增强剂、0 5份的减水剂，以及0 20份的硅酸钠、碳酸钠和十二水和硫酸铝钾中的任意一种或几种。
2.根据权利要求1所述的用于胶结充填采矿矿山的胶凝材料，其特征在于所述的增强剂为三乙醇胺和/或氯化钙。
3.根据权利要求1所述的用于胶结充填采矿矿山的胶凝材料，其特征在于所述的减水剂为木钙和/或萘系高效减水剂。
4.根据权利要求1_3所述的任意一种用于胶结充填采矿矿山的胶凝材料，其特征在于，所述A组分中的矿渣粉为S95级，比表面积彡400m2/kg，7d活性指数彡75%，28d活性指数彡95%。
5.根据权利要求1_3所述的任意一种用于胶结充填采矿矿山的胶凝材料，其特征在于所述A组分中的粉煤灰为三级粉煤灰。
6.根据权利要求1_3所述的任意一种用于胶结充填采矿矿山的胶凝材料，其特征在于，所述A组分中的水泥熟料为硅酸盐水泥熟料f_CaO ( 1. 5%，3d抗压强度彡28. OMPa, 28d抗压强度彡58. OMPa ；所述A组分中早强水泥为42. 5R早强水泥。
7.权利要求1-6所述的用于胶结充填采矿矿山的胶凝材料的制备方法，其特征在于 先将B组分混合，磨粉成粒径30 80mm粉末；然后与A组分混合均勻。
全文摘要
本发明公开了一种用于胶结充填采矿矿山的胶凝材料及其制备方法，其由100重量份的A组分与5～35重量份的B组分混合而成所述的A组分由下述百分含量的原料组成80～100%的矿渣粉，0～20%的粉煤灰，和0～10%的水泥熟料或早强水泥；所述的B组分由下述重量配比组成100份的石灰和/或石膏、0～10份的增强剂、0～5份的减水剂，以及0～20份的硅酸钠、碳酸钠和十二水和硫酸铝钾中的任意一种或几种。本胶凝材料可以用于胶结充填法采矿的矿山，可以实现磁铁矿及磁铁矿和红矿伴生的矿山进行全尾砂充填，具有胶凝充填体强度高，胶砂比小，成本低，材料无毒、安全等特点。
文档编号C04B28/00GK102249611SQ20111012390
公开日2011年11月23日 申请日期2011年5月13日 优先权日2011年5月13日
发明者南世卿, 孙爱芝, 宋爱东, 杨云鹏, 武天山, 王得志, 王琎, 胡亚军, 韩瑞亮, 高翔, 高谦 申请人:河北钢铁集团有限公司, 河北钢铁集团矿业有限公司