胶凝材料、用该胶凝材料制备的充填料浆及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种充填法采矿的胶凝材料，该胶凝材料以质量百分比计包括4%—6%高钙石灰，16.5%—18.5%的脱硫灰渣，2%—3%芒硝，72%—75%矿渣微粉，还可包括质量百分比≤1.5%的亚硫酸钠。本发明同时公开了一种使用上述胶凝材料、棒磨砂充填料及自来水制备的矿用充填料浆，其中胶凝材料与棒磨砂充填料的质量比为1:4，自来水的质量百分比为22%。使用本发明提供的方法制备的矿用充填料浆的充填体强度高，且成本低。
【专利说明】胶凝材料、用该胶凝材料制备的充填料浆及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种矿用充填胶凝材料，具体涉及一种下向分层进路式胶结充填法采矿的胶凝材料。
【背景技术】
[0002]充填采矿法是随着回采工作面的推进，向采空区送入充填材料，以进行地压管理、控制围岩崩落和地表移动，并在形成的充填体上或在其保护下进行回采。在目前现有的采矿方法中，充填法采矿的回收率最高，贫化率最低，开采过程中能够有效控制围岩变形和地表岩层移动，地表不塌陷、农田不破坏和村庄不搬迁，实现安全采矿和环保采矿的目的。但充填法采矿成本高、回采工艺较复杂，且其生产能力也较低。
[0003]目前充填法采矿大多采用水泥作为充填胶凝材料，因此充填法采矿的成本普遍较高。尤其对于埋藏深、地应力大和围岩破碎的厚大矿床，采用由上向下逐层回采、逐层充填的下向分层进路式胶结充填法开采时，为了确保在充填体假顶下安全生产，不仅要求充填体强度高，且还需具备较高的早期强度，一般要求3d充填体强度不小于1.5MPa，7d充填体强度不小于2.5MPa。在此条件下，即使采用成本较高的棒磨砂充填料，要达到充填体设计强度所需要的灰砂比也较大，通常在1:4以上，每立方充填体的水泥用量超过310kg，导致充填法开采消耗大量的水泥材料，降低了充填法采矿的经济效益。
[0004]可以用以下三种途径来降低充填法采矿的成本:一是选择价格低、来源广和就地取材的尾砂和废石作为充填料；二是采用泵送或低倍线自流输送膏体充填来提高充填体的强度，降低灰砂比，从而提高充填体的强度；三是开发低成本和高性能的新型胶凝材料来替代水泥，从而降低胶凝材料`成本。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种下向分层胶结充填法采矿用胶凝材料、用该胶凝材料制备的充填料浆及其制备方法，与以往的采用水泥作为胶凝材料的充填体相比，能够在降低采矿成本的前提下，提高充填体的强度，实现安全采矿。
[0006]上述目的是通过下述方案实现的:
一种胶凝材料，其特征在于，该胶凝材料的成分以质量百分比计包括:4% — 6%高钙石灰，16.5% —18.5%脱硫灰渣，2% — 3%芒硝，72% — 75%矿渣微粉。
[0007]根据上述的胶凝材料，其特征在于，所述高钙石灰中CaO的质量百分比含量^ 78%,高钙石灰的粒度分布为 d1(l = 3.97 μ m一 5.06 μ m、d50 = 8.06 μ m一13.68 μ m、d90 = 22.19 μ m—42.21 μ m, dav = 11.09 μ m—24.55 μ m,比表面积为 5720.68 cm2/cm3—8377.99cm2/cm3。
[0008]根据上述的胶凝材料，其特征在于，所述脱硫灰渣中SO3的质量百分比含量^ 38%,脱硫灰洛的粒度分布为 d1(l = 13.5 μ m一 15.5 μ m、d5。= 38.3 μ m一40.0 μ m、d9。=72.7 μ m一80.3 μ m, dav = 42.2 μ m一44.2 μ m,比表面积 2326.5 cm2/cm3一2436.0 cm2/cm3。[0009]根据上述的胶凝材料，其特征在于，所述矿渣微粉为碱度系数小于I的酸性渣，其质量系数≤1.9，活性系数< 1.1。
[0010]根据上述的胶凝材料，其特征在于，所述矿渣微粉的粒度分布为d1(l = 4.53 μ m, d50=10.67 μ m，d90 = 43.81 μ m，dav = 18.13 μ m。
[0011]根据上述的胶凝材料，其特征在于，所述胶凝材料还包括质量百分比< 1.5%的亚硫酸钠。
[0012]一种使用上述胶凝材料制备的充填料浆，其特征在于，该充填料浆还包括棒磨砂充填料和自来水，所述棒磨砂充填料的成分以质量百分比计包括:70% — 85%Si02，6% —10%Al2O3, 3% — 6% MgO, 3%—6% CaO, 3%—8% Fe2O3，不大于0.1%S ;所述棒磨砂充填料的密实密度为2.6t/m3—2.7t/m3,松散密度为1.5t/m3—1.6t/m3,孔隙率为40% — 42%，粒度分布为d10=0.13mm—0.16mm，d50=0.8mm—1.0mm、d60=L Omm—1.5mm，d90=2.9mm—3.3mm，dav=0.8mm—
1.2mm，不均匀系数为7— 9。
[0013]根据上述的充填料浆，其特征在于，所述胶凝材料与所述棒磨砂充填料的质量比为1:4,所述自来水的质量百分比为22%。
[0014]一种制备上述的充填料浆的方法，其特征在于，所述方法依次包括以下步骤:
(1)将所述胶凝材料与所述棒磨砂充填料按1:4的质量比混合均匀，得到混合物；
(2)向所述混合物中加入自来水，使料浆的质量浓度为78%，用砂浆泵搅拌均匀。
[0015]本发明的有益效果:
本发明的充填胶凝材料的主要成分为脱硫灰渣和矿渣微粉，其中脱硫灰渣是电厂的废弃材料，不仅价格低，来源广，而且无需再次加工；矿渣微粉通过水淬渣粉磨制得，水淬渣是炼铁废弃物，成本低，且易于粉磨。因此，使用本发明提供的充填料浆可以降低采矿的成本。同时，加工过程中使用的脱硫灰渣解决了其不合理堆放造成的环境污染。
[0016]使用本发明提供的方法制备的充填体的强度高，与使用32.5R普通硅酸盐早强水泥作为胶凝材料制得的充填体相比，强度提高1.3-2.2倍，而成本降低了 30% — 40%。
【具体实施方式】
[0017]本发明的充填胶凝材料的成分以质量百分比计包括:4%—6%闻钙石灰，16.5%一
18.5%脱硫灰渣，2% — 3%芒硝，72% — 75%矿渣微粉。芒硝为早强剂。高钙石灰中CaO的质量百分比含量不小于78%,高钙石灰的粒度分布为d1(l = 3.97 μ m一5.06 μ m、d5(l = 8.06 μ m一
13.68 μ m、d90 = 22.19 μ m—42.21 μ m, dav = 11.09 μ m—24.55 μ m,比表面积 5720.68 cm2/cm3—8377.99cm2/cm3。脱硫灰渣中SO3的质量百分比含量≤38%，脱硫灰渣的粒度分布为 d10 = 13.5 μ m—15.5 μ m、d50 = 38.3 μ m—40.0 μ m、d90 = 72.7 μ m—80.3 μ m, dav =42.2 μ m—44.2 μ m，比表面积2326.5 cm2/cm3—2436.0 cm2/cm3.矿渣微粉为碱度系数小于I的酸性渣，其质量系数> 1.9，活性系数≤1.1。矿渣微粉的粒度分布为d1(l = 4.=10.67 μ m，d90 = 43.81 μ m，dav = 18.13 μ m。
[0018]矿渣微粉的碱性系数根据其氧化物的比例来计算:
当MQ>1，称为碱性矿渣；当Mtl=I，称为中性矿渣；当MQ〈1，称为酸性矿渣。[0019]矿渣微粉的质量系数K的计算公式为
【权利要求】
1.一种胶凝材料，其特征在于，该胶凝材料的成分以质量百分比计包括:4% — 6%高钙石灰，16.5% —18.5%脱硫灰渣，2% — 3%芒硝，72% — 75%矿渣微粉。
2.根据权利要求1所述的胶凝材料，其特征在于，所述高钙石灰中CaO的质量百分比含量≥ 78%,高钙石灰的粒度分布为 d10 = 3.97 μ m一5.06 μ m、d50 = 8.06 μ m一13.68 μ m、d90 =22.19 μ m—42.21 μ m, dav = 11.09 μ m—24.55 μ m,比表面积 5720.68 cm2/cm3—8377.99cm2/3cm o
3.根据权利要求1所述的胶凝材料，其特征在于，所述脱硫灰渣中SO3的质量百分比含量≥38%，所述脱硫灰密的粒度分布为d1Q = 13.5 μ m一15.5 μ m、d5Q = 38.3 μ m一40.0 μ m、d90 = 72.7 μ m—80.3 μ m，dav = 42.2 μ m—44.2 μ m，比表面积 2326.5 cm2/cm3—2436.0 cm2/3cm o
4.根据权利要求1所述的胶凝材料，其特征在于，所述矿渣微粉为碱度系数小于I的酸性渣，其质量系数> 1.9，活性系数≤1.1。
5.根据权利要求1所述的胶凝材料，其特征在于，所述矿渣微粉的粒度分布为d1(l=4.53 μ m，d50 = 10.67 μ m，d90 = 43.81 μ m，dav = 18.13 μ m。
6.根据权利要求1所述的胶凝材料，其特征在于，所述的胶凝材料还包括质量百分比(1.5%的亚硫酸钠。
7.一种使用如权利要求1-6之一所述的胶凝材料制备的充填料浆，其特征在于，该充填料浆还包括棒磨砂充填料和自来水，所述棒磨砂充填料的成分以质量百分比计包括:70%— 85%Si02,6%—10% Al2O3, 3%—6% MgO, 3%—6% CaO, 3%—8% Fe2O3,不大于 0.1%S ;所述棒磨砂充填料的密实密度2.6t/m3—2.7t/m3，松散密度1.5t/m3—1.6t/m3，孔隙率40%—42%,粒度分布 d1(l=0.13mm—0.16mm, d5(l=0.8mm—1.0mm、d6(l=l.0mm—1.5mm，d9(l=2.9mm—3.3mm，dav=0.8mm— 1.2mm，不均匀系数 7—9。
8.根据权利要求7所述的充填料浆，其特征在于所述的胶凝材料与所述的棒磨砂充填料的质量比为1:4，所述的自来水质量百分比为22%。
9.一种如权利要求7所述的充填料浆的制备方法，其特征在于，所述方法依次包括以下步骤: (1)将所述的胶凝材料与所述的棒磨砂充填料按1:4的质量比混合均匀，得到混合物； (2)向所述混合物中加入自来水，使料浆的质量浓度为78%，用砂浆泵搅拌均匀。
【文档编号】C04B28/14GK103803927SQ201310731704
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】杨志强, 高谦, 把多恒, 李茂辉, 王有团, 田立鹏, 陈杰, 肖柏林 申请人:金川集团股份有限公司, 北京科技大学