本发明涉及一种矿山采空区充填浆料的制备方法。
背景技术：
：磷石膏是磷化工企业湿法生产磷酸的工业副产品，每1吨磷酸将产生约5吨的磷石膏。随着我国磷化工产业的快速发展，每年的副产磷石膏已经超过4000万吨，累计堆积的磷石膏超过约2亿吨。由于各种原因，目前我国磷石膏资源化利用率不足15％，剩余的部分作为固体废弃物堆积或者填埋，这不但占用了大量的土地，还对周围环境造成了严重污染，因此加快对磷石膏的资源化利用已经刻不容缓。黄土高原地区是地球上黄土分布最多的地区，受其影响，黄土在我国中西部地区广泛分布，包括青海、陕西、山西、内蒙古、河南、河北等地。黄土多被认为风化沉淀形成，其形成年代较晚，性质疏松多孔，粘结力较差，颗粒较细，属于沙土中的粉沙。山西地区黄土普遍分布，具有廉价易得的特点，拥有独特的天然资源优势。矿山大量开采后留下了众多的采空区，给再生产和生命财产带来了安全隐患。注浆充填是处理老空区主要手段，而充填材料的成本对注浆方案的经济效益起着决定性的影响，现在普遍使用的矿山充填材料是水泥粉煤灰浆液。随着近年来粉煤灰用途的增广及其需求量的增多，粉煤灰价格也在逐年增长。粉煤灰作为现在很多老空区充填材料的重要组成部分，其价格的增长无疑使老空区充填成本大幅度增加，所以寻找出用于老空区充填的粉煤灰替代品，具有实用价值。目前大部分矿山充填采矿法使用的充填胶结剂仍然为硅酸盐水泥，适用于矿山充填特点的专用胶凝材料还不多见。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种矿山采空区充填浆料的制备方法。本发明所采取的技术方案是：一种矿山采空区充填浆料的制备方法，包括以下步骤：1)将磷石膏、黄土、矿渣和钢渣混合搅拌，得到预混料；2)将预混料与减水剂混合搅拌，得到胶凝剂；3)将胶凝剂、水泥和水混合搅拌，得到充填浆料。步骤1)中，磷石膏、黄土、矿渣、钢渣的质量比为100：(35～45)：(20～45)：(10～25)。步骤1)中，矿渣为高炉水淬矿渣。步骤2)中，减水剂的用量为预混料质量的0.2～1％。步骤2)中，减水剂为木质素磺酸盐类减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂，脂肪酸系减水剂、聚羧酸系减水剂中的至少一种。步骤3)中，胶凝剂与水泥的质量比为1：(3～8)。步骤3)中，水泥为42.5或42.5r型水泥。步骤3)中，充填料浆的固含量为55wt％～65wt％。本发明的有益效果是：本发明针对矿山充填的要求，开发出了以磷石膏和黄土为原料的矿山充填料浆。与现用水泥相比，本发明料浆的强度整体比现用的水泥要好，能完全满足矿山充填所要求的流动性。本发明的充填料浆使用黄土代替粉煤灰，不但解决了采空区充填骨料不足的问题，还使充填成本更低，同时也有利于消耗大量堆积的磷石膏，具有良好的环保效益。具体实施方式一种矿山采空区充填浆料的制备方法，包括以下步骤：1)将磷石膏、黄土、矿渣和钢渣混合搅拌，得到预混料；2)将预混料与减水剂混合搅拌，得到胶凝剂；3)将胶凝剂、水泥和水混合搅拌，得到充填浆料。优选的，步骤1)中，磷石膏、黄土、矿渣、钢渣的质量比为100：(35～45)：(20～45)：(10～25)。优选的，磷石膏的化学组成为：so3含量为35wt％～40wt％，cao含量为28wt％～32wt％，sio2含量为7wt％～10wt％，p2o5含量为1wt％～1.5wt％，al2o3含量为0.8wt％～1.3wt％，fe2o3含量为0.5wt％～1.0wt％，其余为烧失量。黄土优选自山西地区的黄土，黄土的粒径小于1mm的占98wt％以上。优选的，黄土的主要化学组成为：sio2含量为53wt％～58wt％，al2o3含量为25wt％～30wt％，fe2o3含量为2.5wt％～3.5wt％，tio2含量为1wt％～2wt％。优选的，步骤1)中，矿渣为高炉水淬矿渣。优选的，矿渣的化学组成为：cao含量为35wt％～39wt％，sio2含量28wt％～31wt％，al2o3含量为13wt％～16wt％，mgo含量为8wt％～10wt％，fe2o3含量为3wt％～5wt％，其余为烧失量。优选的，钢渣的化学组成为：cao含量为38wt％～41wt％，fe2o3含量为16wt％～18wt％，sio2含量为13wt％～15wt％，mgo含量为7wt％～9wt％，al2o3含量为6wt％～8wt％，so3的含量为6wt％～8wt％，余量为烧失量。优选的，步骤2)中，减水剂的用量为预混料质量的0.2～1％；进一步优选的，减水剂的用量为预混料质量的0.2～0.5％。优选的，步骤2)中，减水剂为木质素磺酸盐类减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂，脂肪酸系减水剂、聚羧酸系减水剂中的至少一种；进一步优选的，减水剂为聚羧酸系减水剂。优选的，步骤3)中，胶凝剂与水泥的质量比为1：(3～8)。优选的，步骤3)中，水泥为42.5或42.5r型水泥。优选的，步骤3)中，充填料浆的固含量为55wt％～65wt％。本发明中，磷石膏的主要成分是二水石膏，本身并不具有胶凝性。但石膏与某些具有潜在水硬性的工业废渣，在适当碱度(钢渣)条件下，可发生水化反应并生成稳定的水化产物。黄土具有疏松多孔，颗粒细，表面积大的特点，有助于各原材料的吸附以及分散，形成更稳定的水化产物。同时由于黄土来源广价格低，可以降低胶凝材料的生产成本。以未经煅烧处理的磷石膏为主要原料，并辅以黄土，通过添加钢铁工业的高炉水淬矿渣和少量碱性激发剂，混合磨细能制成一种新型低能耗的较高强度的水硬性胶凝材料。以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。下列实施例中，所用磷石膏的化学组成为：so3含量为38.9％，cao含量为30.4％，sio2含量为8.7％，p2o5含量为1.3％，al2o3含量为1.1％，fe2o3含量为0.7％，其余为烧失量；黄土的化学组成为：sio2含量为55.6％，al2o3含量为28.2％，fe2o3含量为3.02％，tio2含量为1.28％，烧失量为8.7％，其余为微量元素；黄土的粒径分布为：小于40μm的颗粒占16.1wt％，大于40μm且小于85μm的颗粒占36.7wt％，大于85μm小于1mm的颗粒占45.3wt％；矿渣为高炉水淬矿渣，其化学组成为：cao含量为38.2％，sio2含量30.5％，al2o3含量为15.3％，mgo含量为9.7％，fe2o3含量为4.3％，其余为烧失量；钢渣的化学组成为：cao含量为40.3％，fe2o3含量为17.5％，sio2含量为14.8％，mgo含量为8.3％，al2o3含量为7.5％，so3的含量为7.1％，余量为烧失量；减水剂为聚羧酸系减水剂。实施例1：实施例1充填浆料的制备方法，包括以下步骤：1)将100kg磷石膏、42kg黄土、41kg矿渣和25kg钢渣混合搅拌，得到预混料；2)将预混料与1kg减水剂混合搅拌，得到胶凝剂；3)将胶凝剂和42.5型普通硅酸盐水泥按质量比1:6混合，并加水配制成固含量为60wt％充填浆料。实施例2：实施例2充填浆料的制备方法，包括以下步骤：1)将100kg磷石膏、37kg黄土、36kg矿渣和19kg钢渣混合搅拌，得到预混料；2)将预混料与0.7kg减水剂混合搅拌，得到胶凝剂；3)将胶凝剂和42.5型普通硅酸盐水泥按质量比1:6混合，并加水配制成固含量为60wt％充填浆料。实施例3：实施例3充填浆料的制备方法，包括以下步骤：1)将100kg磷石膏、37kg黄土、33kg矿渣和15kg钢渣混合搅拌，得到预混料；2)将预混料与0.4kg减水剂混合搅拌，得到胶凝剂；3)将胶凝剂和42.5型普通硅酸盐水泥按质量比1:6混合，并加水配制成固含量为60wt％充填浆料。实施例4：实施例4充填浆料的制备方法，包括以下步骤：1)将100kg磷石膏、36kg黄土、20kg矿渣和21kg钢渣混合搅拌，得到预混料；2)将预混料与0.8kg减水剂混合搅拌，得到胶凝剂；3)将胶凝剂和42.5型普通硅酸盐水泥按质量比1:6混合，并加水配制成固含量为60wt％充填浆料。实施例5：实施例5充填浆料的制备方法，包括以下步骤：1)将100kg磷石膏、35kg黄土、22kg矿渣和10kg钢渣混合搅拌，得到预混料；2)将预混料与0.4kg减水剂混合搅拌，得到胶凝剂；3)将胶凝剂和42.5型普通硅酸盐水泥按质量比1:6混合，并加水配制成固含量为60wt％充填浆料。对比例：与现用的粉煤灰水泥充填料浆作对比例进行对比，对比例浆料的固含量同为60wt％。将实施例1～5以及对比例按《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(gb/t50080-2016)的方法测试充填材料的坍落度；按《普通混凝土力学性能试验方法标准》(gb/t50081-2016)的方法测试70.7mm*70.7mm*70.7mm试件的析水率及28天的无限侧抗压强度。实施例1～5和对比例各性能的测试结构如表1所示。表1实施例和对比例料浆的性能结果坍落度(cm)析水率(％)28天强度(mpa)实施例126.09.22.6实施例225.99.32.6实施例325.19.03.1实施例425.69.63.0实施例525.89.92.7对比例24.38.52.6从测试结果来看，本发明制备得到的充填料浆性能均优于现有的充填料浆，所以本发明的充填料浆可以取代现有的粉煤灰水泥充填浆料，用于矿山的充填。当前第1页12