一種用于礦山的膠結(jié)充填材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于礦山的膠結(jié)充填材料及其制備方法，膠結(jié)充填材料由全尾砂、膠骨粉、水和絮凝劑組成，重量份：膠骨粉10份，尾砂40～100份，水16.67～73.33份；絮凝劑添加量為10g/t，濃度為0.1％。制備方法包括步驟：按照重量份組成配比稱取相應(yīng)重量的膠骨粉、尾砂和水，并按單耗量為10g/t稱取絮凝劑，配制質(zhì)量濃度為0.1％的絮凝劑水溶液；將膠骨粉和尾砂放入攪拌機(jī)中充分混合，之后放入稱量好的水，邊放水邊攪拌，得到混合物料，此為一級(jí)攪拌；將制備好的絮凝劑水溶液放入混合物料中拌勻，使絮凝劑與混合物料充分接觸，二級(jí)攪拌完成后，充填體制備完成。本發(fā)明制備的膠結(jié)充填體具有性質(zhì)穩(wěn)定、制作工藝簡單、養(yǎng)護(hù)周期短，適合絕大多數(shù)礦山的充填開采。
【專利說明】
一種用于礦山的膠結(jié)充填材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及礦產(chǎn)資源開發(fā)領(lǐng)域，具體涉及一種用于礦山的膠結(jié)充填材料及其制備 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著礦產(chǎn)資源的不斷開發(fā)，開采深度不斷增加，井下的開采環(huán)境也越來越復(fù)雜。在 開采過程中，有時(shí)會(huì)因?yàn)椴煽諈^(qū)較大發(fā)生較大范圍的沉降和塌陷，不利于安全生產(chǎn)，且隨著 開采加深，許多廢料也相應(yīng)產(chǎn)生，選礦產(chǎn)生的尾砂量也不斷增加。尾砂的堆放不僅污染環(huán) 境，而且嚴(yán)重影響了礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。隨著采礦技術(shù)的日趨成熟，國內(nèi)外多采用尾砂充填 采礦法進(jìn)行開采。采用尾砂開采充填法不僅可以有效控制圍巖的變形，減少事故的發(fā)生，在 一定程度上也減少了固體廢料的堆放，保護(hù)環(huán)境。
[0003] 膠結(jié)劑作為充填采礦法中材料膠結(jié)的主要成分之一，對(duì)充填法開采的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效 果直接產(chǎn)生重要影響。其中，由膠結(jié)劑所決定的充填體的固化強(qiáng)度、膠結(jié)速率直接影響采礦 的成本和效率，從而影響了礦山的經(jīng)濟(jì)效益。因此選擇更為合適的膠結(jié)劑作為充填材料之 一，與尾砂、水進(jìn)行合適的配比制備充填料漿，可以很大程度上提高開采效率，進(jìn)而提高經(jīng) 濟(jì)效益。目前，絕大多數(shù)金屬礦山采用硅酸鹽水泥等作為膠結(jié)劑制備充填料漿，水泥消耗量 較大，且早強(qiáng)性一般，在充填過程中會(huì)由于養(yǎng)護(hù)條件等其他因素造成充填體的膠結(jié)效果一 般，采空區(qū)的充填效果不理想等。
[0004] 全尾砂沉降濃縮效果也是保證充填質(zhì)量的關(guān)鍵因素。目前為止，國內(nèi)外大部分礦 山都采用濃密、過濾兩級(jí)脫水的機(jī)械脫水工藝濃縮尾砂，這種脫水工藝雖然能滿足尾砂脫 水的要求，但是成本高、工藝復(fù)雜、而且處理能力有限；有的礦山通過采用高水速凝材料進(jìn) 行全尾砂充填，雖然該材料對(duì)尾砂要求低，但是成本高，并且膠結(jié)體在后期因碳化嚴(yán)重而導(dǎo) 致強(qiáng)度喪失，因此該材料未能被廣泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有礦山膠結(jié)材料存在的上述不足，提供一種 用于礦山的膠結(jié)充填材料及其制備方法，材料性質(zhì)穩(wěn)定、養(yǎng)護(hù)周期短、經(jīng)濟(jì)效益高，在不同 配比下所形成的充填材料單軸抗壓強(qiáng)度不同，強(qiáng)度變化范圍較大，滿足不同礦山充填的強(qiáng) 度要求。
[0006] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種用于礦山的膠結(jié)充填材料，由膠骨粉、尾砂、水和絮凝劑組成，重量份組成： 原料 重量份
[0008] 膠骨粉 10汾 尾砂 40~100份
[0009] 水 16.67~73.33 份
[0010] 絮凝劑添加量為lOg/t，絮凝劑水溶液質(zhì)量濃度為0.1 %。
[0011] 按上述方案，強(qiáng)度較大的膠結(jié)充填材料由以下重量份組成： 原料 重量份 膠骨粉 10份
[0012] 尾砂 40份 水 16.67~33.33 份
[0013] 絮凝劑添加量為10g/t，絮凝劑水溶液質(zhì)量濃度為0.1%。
[0014] 按上述方案，強(qiáng)度適中的膠結(jié)充填材料由以下重量份組成： 原料 重量份 膠骨粉 10份
[0015] 尾砂 60份 水 23.33~46.67 份
[0016] 絮凝劑添加量為10g/t，絮凝劑水溶液質(zhì)量濃度為0.1%。
[0017] 按上述方案，強(qiáng)度較小的膠結(jié)充填材料由以下重量份組成： 原料 重量份 膠骨粉 10份
[0018] 尾砂 80份 水 30-60份
[0019] 絮凝劑添加量為10g/t，絮凝劑水溶液質(zhì)量濃度為0.1 %。
[0020] 按上述方案，強(qiáng)度更小的膠結(jié)充填材料由以下重量份組成： 原料 重量份 膠骨粉 10份
[0021] 尾砂 100份 水 36,67~73.33 份
[0022] 絮凝劑添加量為10g/t，絮凝劑水溶液質(zhì)量濃度為0.1 %。
[0023] 按上述方案，所述膠骨粉采用ClO型華重膠骨粉。
[0024]按上述方案，所述尾砂為全尾砂。
[0025]按上述方案，所述絮凝劑采用分子量為2000萬的陰離子型聚丙烯酰胺。
[0026] 本發(fā)明還提供了一種上述用于礦山的膠結(jié)充填材料的制備方法，包括如下步驟：
[0027] (1)按照重量份組成配比稱取相應(yīng)重量的膠骨粉、尾砂和水，并按單耗量為10g/t 稱取絮凝劑，配制質(zhì)量濃度為〇. 1 %的絮凝劑水溶液；
[0028] (2)將膠骨粉和尾砂放入攪拌機(jī)中充分混合，之后放入稱量好的水，邊放水邊攪 拌，此為一級(jí)攪拌，得到混合物料；
[0029] (3)當(dāng)攪拌均勻后，將制備好的絮凝劑水溶液放入步驟（2)得到的混合物料中拌 勻，使絮凝劑與混合物料充分接觸，此為二級(jí)攪拌，二級(jí)攪拌完成后，充填體制備完成。
[0030] 本發(fā)明的有益效果：
[0031] 1、經(jīng)過綜合評(píng)定后，本發(fā)明由膠骨粉、尾砂、水和絮凝劑制備的膠結(jié)充填材料具有 性質(zhì)穩(wěn)定、制作工藝簡單、養(yǎng)護(hù)周期短、材料來源廣泛且經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)，具有較高實(shí)用 性；
[0032] 2、膠骨粉早強(qiáng)性較好，在相同強(qiáng)度要求下，其消耗量比普通硅酸鹽水泥低得多，成 本更低;且采用ClO型華重膠骨粉充填，在相同養(yǎng)護(hù)條件下其膠結(jié)效果更好，強(qiáng)度更大；
[0033] 3、材料中所使用的尾砂為全尾砂，相對(duì)于分級(jí)尾砂，全尾砂的粒徑分布范圍較廣， 級(jí)配良好，且密實(shí)性較好，來源廣泛，制作成本低，很大程度上實(shí)現(xiàn)了資源的再次利用；
[0034] 4、在制備的混合物料中，絮凝劑的添加使得料漿的沉降速度比自然沉降速度提高 了近十倍，大大提高了制漿速率，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)沉降、連續(xù)制漿;本發(fā)明絮凝劑采用分子量為 2000的陰離子型聚丙烯酰胺，其沉砂濃度可達(dá)到60%以上，且沉降低端不會(huì)產(chǎn)生結(jié)板現(xiàn)象， 充填效果很好;同時(shí)，沉降后的上部清液達(dá)到國家廢污水排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)環(huán)境的污染很?。?br>[0035] 5、在不同配比下所形成的充填材料單軸抗壓強(qiáng)度不同，強(qiáng)度變化范圍較大，因此 該配比可以滿足不同礦山充填的強(qiáng)度要求。
【附圖說明】
[0036] 圖1為實(shí)施例1制得的充填材料養(yǎng)護(hù)28d后抗壓強(qiáng)度隨水的重量份不同而變化曲線 圖；
[0037] 圖2為實(shí)施例2制得的充填材料養(yǎng)護(hù)28d后抗壓強(qiáng)度隨水的重量份不同而變化曲線 圖；
[0038] 圖3為實(shí)施例3制得的充填材料養(yǎng)護(hù)28d后抗壓強(qiáng)度隨水的重量份不同而變化曲線 圖；
[0039] 圖4為實(shí)施例4制得的充填材料養(yǎng)護(hù)28d后抗壓強(qiáng)度隨水的重量份不同而變化曲線 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0041] 實(shí)施例1:本實(shí)施例中，用于礦山的膠結(jié)充填材料主要由以下重量份(強(qiáng)度較大)組 成： 原料 重量份 膠骨粉 10份
[0042] 尾砂 40份 水 ]6.67~33.33 份
[0043] 絮凝劑添加量為10g/t，絮凝劑水溶液質(zhì)量濃度為0.1 % (由于絮凝劑添加量遠(yuǎn)小 于其他材料，且絮凝劑質(zhì)量濃度為固定值0.1%，故絮凝劑添加量單獨(dú)計(jì)算）。
[0044] 膠骨粉采用ClO型華重膠骨粉，尾砂為全尾砂。
[0045] 絮凝劑為分子量為2000萬的陰離子型聚丙烯酰胺，兼具絮凝性、增稠性、耐剪切 性、降阻性、分散性等性能，一定程度上可以提高充填混合物的沉降速度，同時(shí)兼顧了充填 材料的強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
[0046]充填料漿制備方法如下：1)按照重量份組成配比稱取相應(yīng)重量的膠骨粉、尾砂和 水，并按單耗量為l〇g/t稱取絮凝劑，配制質(zhì)量濃度為0.1 %的絮凝劑水溶液;2)將膠骨粉和 尾砂放入攪拌機(jī)中充分混合，之后放入稱量好的水，邊放水邊攪拌，此為一級(jí)攪拌，得到混 合物料；（3)當(dāng)攪拌均勻后，將制備好的絮凝劑水溶液放入步驟2)得到的混合物料中拌勻， 使絮凝劑與混合物料充分接觸，此為二級(jí)攪拌，二級(jí)攪拌完成后，充填體制備完成，即可通 過輸送管道進(jìn)入采空區(qū)。
[0047]實(shí)施例1得到的充填體在溫度為18°C、濕度為85%的養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)7d、14d和28d 后，所測得的單軸抗壓強(qiáng)度如下表1所示。
[0048]表1:
[0050] 28天養(yǎng)護(hù)后，充填材料強(qiáng)度范圍為5.1~6.88MPa，一般礦山的充填強(qiáng)度在2~5MPa 范圍內(nèi)，該重量份的充填材料適合用于強(qiáng)度要求較高的礦山充填中。
[0051] 實(shí)施例2:本實(shí)施例中，用于礦山的膠結(jié)充填材料主要由以下重量份(強(qiáng)度適中）組 成： 原料 重量份 膠骨粉 10份
[0052] _ 尾砂 60份 水 23.33-46.67 份
[0053]絮凝劑添加量為10g/t，絮凝劑水溶液質(zhì)量濃度為0.1 %。
[0054]充填料漿制備方法與實(shí)施例1相同，制備完成的充填體通過輸送管道進(jìn)入采空區(qū)。 [0055]實(shí)施例2得到的充填體在溫度為18°C、濕度為85%的養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)7d、Hd和28d 后，所測得的單軸抗壓強(qiáng)度如下表2所示。
[0056]表2:
[0058] 28天養(yǎng)護(hù)后，充填材料強(qiáng)度范圍為2.7~3.67MPa，達(dá)到充填材料的強(qiáng)度要求，適合 用于強(qiáng)度要求適中的礦山充填中。
[0059] 實(shí)施例3:
[0060]本實(shí)施例中，用于礦山的膠結(jié)充填材料主要由以下重量份(強(qiáng)度適中）組成： 原料 重量份 膠骨粉 10份
[0061] 尾砂 80份 水 30~60份
[0062] 絮凝劑添加量為10g/t，絮凝劑水溶液質(zhì)量濃度為0.1 %。
[0063] 充填體制備方法與實(shí)施例1相同，制備完成的充填體通過輸送管道進(jìn)入采空區(qū)。 [0064]實(shí)施例3得到的充填體在溫度為18°C、濕度為85%的養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)7d、Hd和28d 后，所測得的單軸抗壓強(qiáng)度如下表3所示。
[0065]表3:
[0067] 28天養(yǎng)護(hù)后，充填材料強(qiáng)度范圍為2.1~2.92MPa，達(dá)到充填材料的強(qiáng)度要求，適合 用于強(qiáng)度要求較小的礦山充填中。
[0068] 實(shí)施例4:
[0069] 本實(shí)施例中，用于礦山的膠結(jié)膠結(jié)充填材料主要由以下重量份(強(qiáng)度更小)組成： 原料 重量份
[0070] 膠骨粉 10份 尾砂 100份
[0071] 水 36,67~73.33 份
[0072] 絮凝劑添加量為10g/t，絮凝劑水溶液質(zhì)量濃度為0.1 %。
[0073] 充填體制備方法與實(shí)施例1相同，制備完成的充填體通過輸送管道進(jìn)入采空區(qū)。 [0074]實(shí)施例4得到的充填體溫度為18°C、濕度為85%的養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)7(1、14(1和28(1后， 所測得的單軸抗壓強(qiáng)度如下表4所示。
[0075]表4:
[0077] 28天養(yǎng)護(hù)后，充填材料強(qiáng)度范圍為1~1.69MPa，達(dá)到充填材料的強(qiáng)度要求。適合用 于強(qiáng)度要求更小的礦山充填中。
[0078]綜上所述，充填材料在不同重量份下制備的充填體，通過膠結(jié)養(yǎng)護(hù)7d、Hd和28d 后，所測得單軸抗壓強(qiáng)度如下表5所示。
[0079]表5:
[0081] 由表5可以得出，充填材料的比例適當(dāng)變化，其所制備的充填體養(yǎng)護(hù)后的強(qiáng)度也相 應(yīng)變化，早強(qiáng)性較好，強(qiáng)度變化范圍為1~6.88MPa，范圍較大，將比例進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整可以 滿足多種用途需要。相比于其他硅酸鹽水泥，如果使兩種不同膠結(jié)劑充填體試塊達(dá)到相同 強(qiáng)度3.06MPa，單位體積華重膠骨粉的用量為169.9Kg/m 3，水泥的用量為326.4Kg/m3，目前膠 骨粉單價(jià)為460元/噸，普通水泥320元/噸，計(jì)算得到相同強(qiáng)度條件下，采用華重膠骨粉的充 填體膠結(jié)劑成本為78.15元/m 3，而采用娃酸鹽水泥的充填體膠結(jié)劑成本為104.45元/m3，由 此可知，本發(fā)明中所使用的材料比較經(jīng)濟(jì)合理。
[0082] 顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的 實(shí)施方式的限定。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)所需要求適當(dāng)調(diào)整原料的配比，但依本發(fā)明 的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于礦山的膠結(jié)充填材料，其特征在于，由膠骨粉、尾砂、水和絮凝劑組成，重量 份組成： 原料 重量份 膠骨粉 10份 尾砂 40~100份 水 16.67~73.33 份 絮凝劑添加量為l〇g/t，絮凝劑水溶液質(zhì)量濃度為0.1 %。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于礦山的膠結(jié)充填材料，其特征在于，強(qiáng)度較大的膠結(jié)充填 材料由以下重量份組成： 原料 重量份 膠骨粉 1.0份 尾砂 40份 水 16.67~33.33 份 絮凝劑添加量為l〇g/t，絮凝劑水溶液質(zhì)量濃度為0.1 %。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于礦山的膠結(jié)充填材料，其特征在于，強(qiáng)度適中的膠結(jié)充填 材料由以下重量份組成： 原料 重量份 膠骨粉 _1〇份 尾砂 60份 水 23.33~46.67 份 絮凝劑添加量為l〇g/t，絮凝劑水溶液質(zhì)量濃度為0.1 %。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于礦山的膠結(jié)充填材料，其特征在于，強(qiáng)度較小的膠結(jié)充填 材料由以下重量份組成： 原料 重量份 膠骨粉 10份 尾砂 80份 7欠 30~60份 絮凝劑添加量為l〇g/t，絮凝劑水溶液質(zhì)量濃度為0.1 %。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于礦山的膠結(jié)充填材料，其特征在于，強(qiáng)度更小的膠結(jié)充填 材料由以下重量份組成： 原料 重量份 膠骨粉 10份 尾砂 100份 水 36.67~73.33 份 絮凝劑添加量為lOg/t，絮凝劑水溶液質(zhì)量濃度為0.1 %。6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的用于礦山的膠結(jié)充填材料，其特征在于，所述膠骨粉 采用C10型華重膠骨粉。7. 根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的用于礦山的膠結(jié)充填材料，其特征在于，所述尾砂為 全尾砂。8. 根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的用于礦山的膠結(jié)充填材料，其特征在于，所述絮凝劑 采用分子量為2000萬的陰離子型聚丙烯酰胺。9. 一種上述權(quán)利要求1~8任一項(xiàng)所述的用于礦山的膠結(jié)充填材料的制備方法，其特征 在于，包括如下步驟： (1) 按照重量份組成配比稱取相應(yīng)重量的膠骨粉、尾砂和水，并按單耗量為l〇g/t稱取 絮凝劑，配制質(zhì)量濃度為0.1 %的絮凝劑水溶液； (2) 將膠骨粉和尾砂放入攪拌機(jī)中充分混合，之后放入稱量好的水，邊放水邊攪拌，此 為一級(jí)攪拌，得到混合物料； (3) 當(dāng)攪拌均勻后，將制備好的絮凝劑水溶液放入步驟(2)得到的混合物料中拌勻，使 絮凝劑與混合物料充分接觸，此為二級(jí)攪拌，二級(jí)攪拌完成后，充填體制備完成。
【文檔編號(hào)】C04B28/00GK105859197SQ201610185792
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月29日
【發(fā)明人】周傳波, 周家全, 劉楊波, 蔣楠, 何如, 陳東, 路世偉
【申請(qǐng)人】中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）