专利名称：钾盐矿采空区胶结充填料及充填方法
技术领域：
本发明涉及一种矿山充填料及充填方法，尤其涉及一种钾盐矿采空区胶结充填料及充填方法。
背景技术：
矿山充填是为满足采矿业的需要而发展起来的，已经有100多年的历史，中国从20世纪50年代开始开展了矿山充填实践。矿山充填技术经历了从非胶结充填到胶结充填的发展过程，目前中国煤矿一般采用膏体(或类膏体)充填技术。膏体充填技术于20世纪80年代初期起源于德国普鲁萨格金属公司位于图林根州哥斯拉地区的巴德格隆德铅锌矿。在德国混凝土泵制造商-普茨迈斯特公司的帮助下，利用选矿厂浮选尾砂和重介质分离粗粒废石，设计出一种可泵送的膏体充填材料配比，并利用连续带式水平真空过滤机和全液压驱动两段连续搅拌机制备膏体，PM全液压双缸活塞泵输送至井下。巴德格隆德铅锌矿膏体充填系统成功的运行了 10年，直到1992年闭坑，普鲁萨格金属公司开始向全世界转让和提供咨询服务。随后膏体充填技术在美国、加拿大、澳大利亚和南非等国家迅速发展起来。如美国的幸运星期五银铅矿、加拿大的多姆金矿、澳大利亚的奎和铅锌矿以及南非的兰德方舟金矿。1991年德国矿冶技术公司首次把膏体充填技术应用到煤矿中来，试验地点是沃尔萨姆煤矿，工作面采深1000m，煤层厚度1.5m，所用膏体充填材料为矸石、粉煤灰和破碎岩粉。物料粒径小于5_，质量浓度达到了 76% 84%。沃尔萨姆矿使用普茨迈斯特公司生产的液压双活塞泵进行泵送，工作压力25MPa，最大输送距离7km。在充填采空区时，充填管道沿煤壁方向布置在输送机和 液压支架之间，每隔一定的距离接一布料管深入到采空区内20m左右进行充填，充填管路紧随工作面设备推进而前移。膏体充填材料的制料、混料、输送和充填过程是在充填系统的帮助下完成的，一般来说，膏体充填系统由地面设施(厂房设备和仪表等)和井下管网组成。充填系统的配置可分为分散配置和集中配置两大类。集中配置便于集中管理，可减少岗位操作人员，减少设备，从而降低费用。因此，只要条件允许，要尽量采用集中配置方案。膏体充填材料相对其它充填材料有其独特的特点，首先是膏体充填材料的浓度相对于其它充填材料的浓度普遍要高，一般达到了 76% 84% ;其次是膏体充填材料中的料浆基本不沉淀、不离析、不泌水，这个特点使得充填材料在工作面的排水设备变得简单，同时也减少了因排水而带走大量的固体颗粒；同时膏体充填材料的流动状态为柱塞流，充填管道横截面上的浆体基本上以相同的流速流动；膏体充填材料的压缩率极低，主要是由于膏体充填材料中固体颗粒之间的空隙由胶结材料和水充满，一般压缩率只有1%左右，这对于控制地表开采沉陷有很好的效果。采空区充填技术分为井下充填和地面充填:井下充填方法主要分为4种，即自溜充填、机械充填、风力充填和水力充填。自溜充填只能满足急倾斜煤层中应用，淮南、北京、北票及中梁山等矿业集团曾应用过这种充填法。机械充填所用的设备简单，对充填材料和要求不严格，但充填能力低。风力充填对系统、设备和充填料的要求比较高，适用范围较小。地面充填包括从地面直接向采空区充填和由地面向岩层内部离层带注浆充填。其中，从地面直接向采空区充填，内容涉及充填工艺、充填时机、充填形式及充填体的强度等；覆岩内部离层注浆控制地表沉陷技术是一种新的岩层控制技术途径，其工程实践主要涉及注浆孔的平面位置和深度的选择、注浆孔的施工、注浆站与注浆工艺设计、注浆工程质量控制、注浆材料配比、充填体的分布及充填体的持久稳定性等。目前矿山实施充填开采技术时，主要采用了三种充填工艺，即尾矿回填、膏体充填和高浓度充填。尾矿回填是通过充填井将地面尾矿运到工作面，进行采空区充填，由于尾矿回填属于干式充填，其充填体的压缩率较大，最终产生的地表变形较大，对地表沉陷控制要求较高的场合，该方法不太适用。膏体充填所形成的充填体质量高，地表沉陷控制效果好。但膏体充填料浆质量控和输送较为困难，经常发生堵管事件，系统工作的稳定性和可靠性较差，并且设备投资较高，所以在世界上采用膏体充填技术的矿山相对较少。高浓度充填与膏体充填相比，虽然充填体质量稍差，但由于高浓度充填料浆流动性好，更有利于充填接顶，因而地表沉陷控制效果同样比较理想。
上述膏体充填仅用于不溶性的固体矿产矿山采空区，且充填膏体未进行固化处理，其抗压强度很弱。充填膏体大量的泌水对可溶性石盐矿的固体开采带来极大的危害，使采矿无法进行。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种钾盐矿采空区胶结充填料及充填方法。为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案:本发明所述钾盐矿采空区胶结充填料包括以下质量份的各原料:高镁石灰30-100份、石膏10-20份、老卤水250-350份、尾盐900-1200份、减水剂0.1-0.3份。进一步，所述各原料的质量份为:闻镁石灰30-90份、石骨12-18份、老齒水260-335 份、尾盐 1000-1100 份、减水剂 0.15-0.25 份。更具体地，所述各原料的质量份为:高镁石灰90份、石膏15份、老卤水330份、尾盐1086份、减水剂0.2份。所述各原料的质量份也可以为:闻镁石灰30份、石骨15份、老齒水267份、尾盐1086份、减水剂0.2份。所述各原料的质量份还可以为:高镁石灰60份、石膏13份、老卤水300份、尾盐1050份、减水剂0.18份。作为优选，所述闻镁石灰中含有占闻镁石灰总重量56.5%的氧化I丐和占闻镁石灰总重量23.6%的氧化镁。所述老卤水为氯化镁饱和溶液。
所述减水剂为氨基磺酸盐。本发明所述钾盐矿采空区胶结充填料的充填方法，包括以下步骤:(I)先将尾盐、减水剂和老卤水用双轴叶片搅拌机进行初步搅拌；(2)再用双轴螺旋搅拌机对初步搅拌过的尾盐、减水剂和老卤水进行活化搅拌，得到盐浆；(3)将搅拌均匀的盐浆经高压液压输送泵加压后用充填管道输送到井下各充填采场的移动式作业车上的搅拌机内；(4)将高镁石灰和石膏组成的胶粉料采用气力输送到井下各充填采场的移动式作业车上的搅拌机内，并与盐浆在移动式作业车上的搅拌机内快速搅拌混合得到胶结充填料；(5)采用移动作业车上的螺旋输送机将胶结充填料输送至钾盐矿采空区进行布料充填作业。作为最佳选择，在所述第(5)步骤的胶结充填料中加入膨润土后再输送至钾盐矿采空区；输送过程中，胶结充填料的流速大于其临界流速，所述胶结充填料的临界流速的计算公式为:Y=0.55KV^(J-1)式中:V是胶结充填料的临界流速，单位是m/s ；K是流速系数，取值为1.2-2 ；d是胶结充填料颗粒的最大尺寸，单位是cm ；y是固体物料的重量，单位是kg ；上述各参数的最佳取值为:K = 1.8 ;d = 0.236 ；y = 2.165 ；对应地，γ=055x1.8 V0-236C2165-1) =0.52m/so本发明的有益效果在于:采用本发明的胶结充填料充填钾盐矿采空区，不需要添加清水，因此老卤水中的水一部分以结晶水的形式进入固体，另外一部分是饱和的氯化镁溶液，在充填材料泌水率满足既定要求的情况下，有少量老卤水泌出，由于泌出的水是氯化镁饱和溶液，所以对石盐矿体无影响，不存在溶解盐矿的问题；胶结充填料的强度为0.5Mpa即可满足要求，而实际施工中，制成的胶结充填料的抗压强度可达2Mpa，完全可以满足要求，解决了传统充填料及充填方法无法充填钾盐矿采空区或充填后有垮塌危险的问题；由于利用了尾盐，所以本发明还解决了尾盐在地表堆放所产生的环境污染问题；充填本发明的胶结充填料后，钾盐矿的回采率由15-20%提升到50%左右，这些都将产生巨大的社会和经济的效益。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步具体描述:实施例1:取以下质量的各原料备用:高镁石灰 90kg、石膏15kg、老卤水330kg、尾盐1086kg、减水剂0.2kg。高镁石灰中含有占高镁石灰总重量56.5%的氧化钙和占高镁石灰总重量23.6%的氧化镁，石膏采用石膏粉，老卤水采用氯化镁饱和溶液，尾盐的主要成分是氯化钠，减水剂采用氨基磺酸盐。这种胶结充填料抗压强度高极高，适用于环境恶劣的钾盐矿采空区充填。
将上述胶结充填料按以下方法进行充填作业:(I)先将尾盐、减水剂和老卤水用双轴叶片搅拌机进行初步搅拌；(2)再用双轴螺旋搅拌机对初步搅拌过的尾盐、减水剂和老卤水进行活化搅拌，得到盐浆；(3)将搅拌均匀的盐浆经高压液压输送泵加压后用充填管道输送到井下各充填采场的移动式作业车上的搅拌机内；(4)将高镁石灰和石膏组成的胶粉料采用气力输送到井下各充填采场的移动式作业车上的搅拌机内，并与盐浆在移动式作业车上的搅拌机内快速搅拌混合得到胶结充填料；(5)采用移动作业车上的螺旋输送机将胶结充填料输送至钾盐矿采空区进行布料充填作业。在第(5)步骤中，先在胶结充填料中加入膨润土后再输送至钾盐矿采空区；输送过程中，胶结充填料的流速大于0.52m/s。这样确保了胶结充填料得安全输送。实施例2:取以下质量的各原料备用:高镁石灰30kg、石膏15kg、老卤水267kg、尾盐1086kg、减水剂0.2kg。高镁石灰中·含有占高镁石灰总重量56.5%的氧化钙和占高镁石灰总重量23.6%的氧化镁，石膏采用石膏粉，老卤水采用氯化镁饱和溶液，尾盐的主要成分是氯化钠，减水剂采用氨基磺酸盐。这种胶结充填料抗压强度高较低，适用于环境较好的钾盐矿采空区充填。将上述胶结充填料按以下方法进行充填作业:(I)先将尾盐、减水剂和老卤水用双轴叶片搅拌机进行初步搅拌；(2)再用双轴螺旋搅拌机对初步搅拌过的尾盐、减水剂和老卤水进行活化搅拌，得到盐浆；(3)将搅拌均匀的盐浆经高压液压输送泵加压后用充填管道输送到井下各充填采场的移动式作业车上的搅拌机内；(4)将高镁石灰和石膏组成的胶粉料采用气力输送到井下各充填采场的移动式作业车上的搅拌机内，并与盐浆在移动式作业车上的搅拌机内快速搅拌混合得到胶结充填料；(5)采用移动作业车上的螺旋输送机将胶结充填料输送至钾盐矿采空区进行布料充填作业。在第(5)步骤中，先在胶结充填料中加入膨润土后再输送至钾盐矿采空区；输送过程中，胶结充填料的流速大于0.52m/s。这样确保了胶结充填料得安全输送。实施例3:取以下质量的各原料备用:高镁石灰60kg、石膏13kg、老卤水300kg、尾盐1050kg、减水剂0.18kg。高镁石灰中含有占高镁石灰总重量56.5%的氧化钙和占高镁石灰总重量23.6%的氧化镁，石膏采用石膏粉，老卤水采用氯化镁饱和溶液，尾盐的主要成分是氯化钠，减水剂采用氨基磺酸盐。这种胶结充填料抗压强度高适中，适用于一般环境的钾盐矿采空区充填。将上述胶结充填料按以下方法进行充填作业:
(I)先将尾盐、减水剂和老卤水用双轴叶片搅拌机进行初步搅拌；(2)再用双轴螺旋搅拌机对初步搅拌过的尾盐、减水剂和老卤水进行活化搅拌，得到盐浆；(3)将搅拌均匀的盐浆经高压液压输送泵加压后用充填管道输送到井下各充填采场的移动式作业车上的搅拌机内；(4)将高镁石灰和石膏组成的胶粉料采用气力输送到井下各充填采场的移动式作业车上的搅拌机内，并与盐浆在移动式作业车上的搅拌机内快速搅拌混合得到胶结充填料；(5)采用移动作业车上的螺旋输送机将胶结充填料输送至钾盐矿采空区进行布料充填作业。在第(5)步骤中，先在胶结充填料中加入膨润土后再输送至钾盐矿采空区；输送过程中，胶结充填料 的流速大于0.52m/s。这样确保了胶结充填料得安全输送。
权利要求
1.一种钾盐矿采空区胶结充填料，其特征在于:包括以下质量份的各原料:高镁石灰30-100份、石膏10-20份、老卤水250-350份、尾盐900-1200份、减水剂0.1-0.3份。
2.根据权利要求1所述的钾盐矿采空区胶结充填料，其特征在于:所述各原料的质量份为:高镁石灰30-90份、石膏12-18份、老卤水260-335份、尾盐1000-1100份、减水剂0.15-0.25 份。
3.根据权利要求2所述的钾盐矿采空区胶结充填料，其特征在于:所述各原料的质量份为:高镁石灰90份、石膏15份、老卤水330份、尾盐1086份、减水剂0.2份。
4.根据权利要求2所述的钾盐矿采空区胶结充填料，其特征在于:所述各原料的质量份为:高镁石灰30份、石膏15份、老卤水267份、尾盐1086份、减水剂0.2份。
5.根据权利要求2所述的钾盐矿采空区胶结充填料，其特征在于:所述各原料的质量份为:高镁石灰60份、石膏13份、老卤水300份、尾盐1050份、减水剂0.18份。
6.根据权利要求1-5中任何一项权利要求所述的钾盐矿采空区胶结充填料，其特征在于:所述闻镁石灰中含有占闻镁石灰总重量56.5%的氧化I丐和占闻镁石灰总重量23.6%的氧化镁。
7.根据权利要求1-5中任何一项权利要求所述的钾盐矿采空区胶结充填料，其特征在于:所述老卤水为氯化镁饱和溶液。
8.根据权利要求1-5中任何一项权利要求所述的钾盐矿采空区胶结充填料，其特征在于:所述减水剂为氨基磺酸盐。
9.一种如权利要求1所述的钾盐矿采空区胶结充填料的充填方法，其特征在 于:包括以下步骤: (1)先将尾盐、减水剂和老卤水用双轴叶片搅拌机进行初步搅拌； (2)再用双轴螺旋搅拌机对初步搅拌过的尾盐、减水剂和老卤水进行活化搅拌，得到盐浆； (3)将搅拌均匀的盐浆经高压液压输送泵加压后用充填管道输送到井下各充填采场的移动式作业车上的搅拌机内； (4)将高镁石灰和石膏组成的胶粉料采用气力输送到井下各充填采场的移动式作业车上的搅拌机内，并与盐浆在移动式作业车上的搅拌机内快速搅拌混合得到胶结充填料； (5)采用移动作业车上的螺旋输送机将胶结充填料输送至钾盐矿采空区进行布料充填作业。
10.根据权利要求9所述的钾盐矿采空区胶结充填料的充填方法，其特征在于:在所述第(5)步骤的胶结充填料中加入膨润土后再输送至钾盐矿采空区；输送过程中，胶结充填料的流速大于其临界流速，所述胶结充填料的临界流速的计算公式为: V=0.55K 抑-1) 式中:V是胶结充填料的临界流速，单位是m/s ；K是流速系数，取值为1.2-2 ；d是胶结充填料颗粒的最大尺寸，单位是cm ；y是固体物料的重量，单位是kg ； 上述各参数的最佳取值为:K = 1.8 ;d = 0.236 ；y = 2.165 ； 对应地，ν=0.55χ1.8Λ/0.236(2.165-1) =0.52m/s。
全文摘要
本发明公开了一种钾盐矿采空区胶结充填料，包括以下质量份的各原料高镁石灰30-100份、石膏10-20份、老卤水250-350份、尾盐900-1200份、减水剂0.1-0.3份。本发明还公开了一种钾盐矿采空区胶结充填料的充填方法，包括以下步骤先将尾盐、减水剂和老卤水进行初步搅拌；再进行活化搅拌，得到盐浆；将搅拌均匀的盐浆经加压后输送到井下各充填采场的移动式作业车上的搅拌机内；将高镁石灰和石膏组成的胶粉料采用气力输送到搅拌机内与盐浆快速搅拌混合得到胶结充填料；将胶结充填料输送至钾盐矿采空区进行布料充填作业。采用本发明的胶结充填料充填钾盐矿采空区，不加清水，对石盐矿体无影响，解决了传统方法无法充填或充填后有垮塌危险的问题。
文档编号C04B28/30GK103242024SQ20121002297
公开日2013年8月14日 申请日期2012年2月2日 优先权日2012年2月2日
发明者李后蜀, 何永平, 王松林, 石永奎, 叶正茂, 张声军 申请人:四川省开元集团有限公司