技术领域
[0001] 本
发明涉及一种金属矿山中胶结充填抗蚀胶凝料浆的方法。
背景技术
[0002] 我国是矿产资源的生产和消耗大国，仅非
煤矿山就有11万多座，年产
矿石近50亿吨，年产值超过5000亿元。采矿是矿产资源开发和利用的
基础，但是采矿在为人类提供原材料的同时，也不可避免地会破坏地表环境。随着工业的飞速发展，矿产的需求量在迅速增加，矿产资源却在日趋枯竭，资源开发利用引发的安全、环境问题相当突出，而我国大多数矿山企业生产规模小，工艺技术落后，生产盲目性、被动性大，导致矿山环境严重恶化，给自然生态环境和社会经济生活带来了很大的负面影响。因此，各级政府主管部
门、环境和采矿专家们都在为采矿工业实现零排放和不破坏地表环境，达到安全、高效、环保和充分回收不可再生资源的目标而努
力，这就要求不将废料排放在地表，采空区被及时有效充填，不在地表开采充填料，同时还要安全、充分有效地回收矿产资源。由于充填采矿法中必不可少的步骤是对采空区进行充填，通过充填体对围岩提供整体支护，控制地压活动，为回采矿石提供工作面，因此，充填采矿法正越来越受到国内外采矿界的重视和推广，目前国内外有色矿山、黑色矿山，甚至煤矿都在更多地研究扩大充填采矿法的应用范围。
[0003] 胶结充填是充填采矿法的核心，它是将砂(包括选矿废料，即尾砂)、废石等废弃物掺入一定比例的胶凝材料和
水形成具有一定流动性的充填体，通过管道自流输送到采场的采空区，达到充填的目的。它既减少尾砂和废石向地表排放，避免污染环境和占用良田，又能有效地控制采场地压、维护采场稳定，避免或减少岩爆、突水、岩移、地表塌陷等地质灾害，提高矿石的开采效率、有效回收难采矿床资源，是深埋、高地
应力矿区和围岩不稳固采场以及“三下”
矿体开采首选的安全和有效的采矿方法。
[0004] 随着全球经济的发展和工业化
进程的加快，每年都有大量的废渣排放，主要有
粉煤灰、炉渣、
高炉矿渣、
钢渣、煤矸石、特种
冶金渣、电石渣、锂渣、
碱渣等。为了保护环境、变废为宝和保持可持续发展，世界各国
水泥学者已开展了大量的研究工作并将取得大量的研究成果应用于水泥
混凝土生产中。如在日本，目前仅在水泥生产中各种废弃物的利用率达到近40％。我国早在20世纪50年代就开始了对工业废渣的利用进行研究，目前对一些量大面广的工业废渣如粉煤灰、矿渣等的综合利用已经形成了一系列相当成熟的综合利用技术，并已广泛应用于水泥生产、混凝土掺合料和混凝土制品中。但目前的应用主要是用于增加混凝土的早强等性能，并没有充份发挥矿渣及粉煤灰的潜在活性性能。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种金属矿山中胶结充填抗蚀胶凝料浆的方法。
[0006] 本发明所采取的技术方案是：
[0007] 一种金属矿山中胶结充填抗蚀胶凝料浆的方法，包括以下步骤：
[0008] 1)充填场地的准备：清理采矿空区现场，在采矿空区的洞口设置封堵
挡墙，在挡墙的顶部预留排水排气口，排水排气口砌入排水排气管道；
[0009] 2)抗蚀胶凝材料的制备：将水泥、矿粉、粉煤灰、
硬脂酸钙、
石膏、
铝矾土和聚丙烯在
搅拌机中混合，得到抗蚀胶凝材料；
[0010] 3)抗蚀干混料的制备：将分级尾砂和抗蚀胶凝材料在搅拌机中混合搅拌，得到抗蚀干混料；
[0011] 4)抗蚀充填料浆的制备：将抗蚀干混料和水在二次搅拌机中混合搅拌，得到抗蚀充填料浆；
[0012] 5)充填：将抗蚀充填料浆通过充填管道自流到采矿空区，当料浆的充填高度到达排水排气口时，封堵排水排气管道，停止供浆，截断充填管道。
[0013] 步骤1)中，挡墙的宽度>50cm。
[0014] 步骤1)中，挡墙外抹厚度为4cm～6cm的混凝土。
[0015] 步骤1)中，排水排气口的直径为4cm～6cm。
[0016] 步骤2)中，抗蚀胶凝材料由以下
质量份的原料组成：35～45份水泥，20～30份矿粉，20～30份粉煤灰，2～5份硬脂酸钙，0.5～2份石膏，3～8份铝矾土，0.5～2份聚丙烯。
[0017] 步骤2)中，水泥为普通
硅酸盐水泥；矿粉为高炉矿渣粉；粉煤灰为Ⅱ级F类粉煤灰。
[0018] 步骤2)中，聚丙烯为束状单丝聚丙烯
纤维，其直径为10μm～25μm。
[0019] 步骤3)中，分级尾砂和抗蚀胶凝材料的质量比为(28～32)：10。
[0020] 步骤4)中，抗蚀充填料浆中的固体含量为65wt％～75wt％。
[0021] 步骤5)中，充填管道的出口置于采矿空区的最高处。
[0022] 本发明的有益效果是：
[0023] 本发明通过利用粉煤灰、矿渣等工业废渣具有良好混凝土活性矿物掺合料的性能，把矿渣及粉煤灰应用在金属矿山的充填过程中，既满足胶凝材料的要求，也充分循环利用了固废资源。本发明的充填方法简便，操作安全，成本低，节能效率高，具有非常广阔的应用前景。
具体实施方式
[0024] 一种金属矿山中胶结充填抗蚀胶凝料浆的方法，包括以下步骤：
[0025] 1)充填场地的准备：清理采矿空区现场，在采矿空区的洞口设置封堵挡墙，在挡墙的顶部预留排水排气口，排水排气口砌入排水排气管道；
[0026] 2)抗蚀胶凝材料的制备：将水泥、矿粉、粉煤灰、硬脂酸钙、石膏、铝矾土和聚丙烯在搅拌机中混合，得到抗蚀胶凝材料；
[0027] 3)抗蚀干混料的制备：将分级尾砂和抗蚀胶凝材料在搅拌机中混合搅拌，得到抗蚀干混料；
[0028] 4)抗蚀充填料浆的制备：将抗蚀干混料和水在二次搅拌机中混合搅拌，得到抗蚀充填料浆；
[0029] 5)充填：将抗蚀充填料浆通过充填管道自流到采矿空区，当料浆的充填高度到达排水排气口时，封堵排水排气管道，停止供浆，截断充填管道。
[0030] 优选的，步骤1)中，挡墙的宽度>50cm。
[0031] 优选的，步骤1)中，挡墙外抹厚度为4cm～6cm的混凝土。
[0032] 优选的，步骤1)中，排水排气口的直径为4cm～6cm。
[0033] 优选的，步骤2)中，抗蚀胶凝材料由以下质量份的原料组成：35～45份水泥，20～30份矿粉，20～30份粉煤灰，2～5份硬脂酸钙，0.5～2份石膏，3～8份铝矾土，0.5～2份聚丙烯。
[0034] 优选的，步骤2)中，水泥为普通
硅酸盐水泥；矿粉为高炉矿渣粉；粉煤灰为Ⅱ级F类粉煤灰。
[0035] 优选的，步骤2)中，聚丙烯为束状单丝聚丙烯纤维，其直径为10μm～25μm。
[0036] 优选的，步骤3)中，分级尾砂和抗蚀胶凝材料的质量比为(28～32)：10。
[0037] 优选的，步骤4)中，抗蚀充填料浆中的固体含量为65wt％～75wt％。
[0038] 优选的，步骤5)中，充填管道的出口置于采矿空区的最高处。
[0039] 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。
[0040] 实施例：
[0041] 1、充填场地的准备
[0042] 将充填管道一端接入二次搅拌机的出料口，另一端沿着矿井及采矿通道通接入需要充填的采矿空区，出口置于采矿空区的最高处；清理现场，取出所有有用的物品，然后用砖和水泥砌墙，在挡墙的顶部
位置砌入一根直径5cm左右的
导管用以排水排气，封死采矿空区的洞口，挡墙的宽度至少大于50cm，以防止挡墙坍塌，在墙上抹一层约5cm厚的混凝土，增加挡墙的抗冲击力及防止水渗出。
[0043] 2、抗蚀胶凝材料的制备
[0044] 将40质量份的水泥，25质量份的矿粉，25质量份的粉煤灰，3质量份的硬脂酸钙，1质量份的石膏，5质量份的铝
钒土和1质量份的聚丙烯加入搅拌机中搅拌15～20分钟，搅拌转速控制在20～40r/min，以防止粉体搅拌时扬尘，即得到抗蚀胶凝材料。
[0045] 所用的原料说明如下：
[0046] 水泥为市场上购买的普通华润P.O 42.5水泥。
[0047] 矿粉为高炉矿渣经
粉碎、筛选所得，其化学成份及各种成分的比例为：SiO2含量为39.25wt％，CaO含量为39.36wt％，MgO含量为7.43wt％，Al2O3含量为12.22wt％，S的
氧化物含量为1.32wt％，其它氧化物占0.42wt％；高炉矿渣的粒径分布为：粒径小于2.65μm的颗粒占9wt％，粒径小于5.3μm的颗粒占35wt％，粒径小于7.55μm的颗粒占53wt％，粒径小于
10.71μm的颗粒占65wt％，粒径小于26.62μm的颗粒占90wt％。
[0048] 粉煤灰为Ⅱ级F类粉煤灰。
[0049] 硬脂酸钙为诸暨市三合化工工贸有限公司生产的优等硬脂酸钙，其钙含量为6.8％，游离
脂肪酸小于0.5％，熔点为155℃，热烧失量小于2％，200目细度大于等于
99.5％。
[0050] 石膏，其CaSO4含量≥99.8％，粒径分布为：粒径小于3.12μm的颗粒占10wt％，粒径小于5.35μm的颗粒占40wt％，粒径小于6.83μm的颗粒占40wt％，粒径小于7.48μm的颗粒占60wt％，粒径小于36.38μm的颗粒占90wt％。
[0051] 铝矾土各化学成份及质量比例为：SiO2含量为8.17％，Al2O3含量为85.07％，Fe2O3含量为1.18％，TiO2含量为3.76％，CaO含量为0.24％，MgO含量为0.21％，K2O含量为0.44％等；铝矾土通过200目粒径的比例占99.5％。
[0052] 聚丙烯为上海齐硕实业有限公司生产的专用于水泥
砂浆、混凝土中塑性防开裂纤维，其单项检测结果如下：聚丙烯含量≥99.9％，吸湿率≤0.1％，纤维形状为束状单丝，纤维规格为3mm，线
密度0.91g/cm3，纤维直径10-25μm。
[0053] 3、抗蚀充填料浆的初步混合
[0054] 将抗蚀胶凝材料通过
泵送的方式送入立式砂仓，将分级尾砂通过
推土机推入砂仓，通过螺旋给料机，控制螺旋给料机的转数精确控制分级尾砂：抗蚀胶凝材料的质量比为3：1加入搅拌机中，开启搅拌机，控制转速25r/min～40r/min，以防止粉体搅拌时扬尘，搅拌时间为10min。开启搅拌机的出料口至半出料状态，将初步混合均匀的干混料输送到二次搅拌机。
[0055] 4、二次搅拌
[0056] 初次搅拌均匀后的干混料输送入二次搅拌机后，按干混料：水＝7：3的质量比加入水，将加水后的料浆快速搅拌，搅拌转速控制为40r/min-60r/min，快速搅拌料浆30s，使其与水充分混合均匀，同时将二次搅拌机的出料口打开，使搅拌好的料浆通过输送管道进入需要充填的采空区，由于在此种情况下，最终料浆浓度为70％，料浆可以通过自流通过输送管道进入采空区，同时也可以保证料浆的自流平，不需要人工介入。
[0057] 将本实施例制备得到的料浆与普通硅酸盐水泥制成的料浆进行
腐蚀测试对比。对比例中所用的胶凝材料为单一华润牌普通P·O42.5水泥，其余条件与实施例的相同。测试方法为：①浆体灌注在70.7*70.7*70.7mm标准三联试模中，每组样品浇注两组，试件在湿气常温养护1天、水中标准养28天，然后分别浸入
自来水和5％的Na2SO4溶液中养护15周，测定其压强的平均值；②浆体灌注在40*40*160mm标准三联试模中，每组样品浇注两组，试件在湿气常温养护1天、水中标准养28天，然后分别浸入自来水和5％的Na2SO4溶液中养护15周，测定其
膨胀率。结果证明，测试①中，对比例的试件在自来水养护以及5％的Na2SO4溶液中养护中的强度结果分别为31.6MPa和26.8MPa，而本实施例的试件分别为36.4MPa和30.8MPa；测试②中，对比例的试件在自来水养护以及5％的Na2SO4溶液中养护中的膨胀率结果分别为
1.22×10-4和2.37×10-4，而本实施例的试件分别为0.58×10-4和1.04×10-4。由此可见，本实施例的抗蚀材料比普通水泥有更好的耐蚀性。
[0058] 5、排水口的处理
[0059] 由于挡墙的存在，采空区的充填必须留有排气排水口，否则充填料浆在压力的作用下会使充填管道胀破。但当充填的高度到达排气口时，料浆中的水会边过排气口流出，此时堵死排气管道，防止料浆从管道口流出即可，同时停止供浆，截断采空区管道入口，将其接入排水井。
[0060] 6、充填管道的清洗
[0061] 停止供料后，在二次搅拌机处将供水量增大2倍，继续搅拌，将搅拌机清理干净，防止水泥固结，同时水会大量进入充填管道，清洗干净主管道，以备下次充填使用。
[0062] 本发明充填工艺的优点是在充填过程中不需要人值守，充填过程中不用进入充填区，工作人员只需在地面保证供料和在充填区外注意观察排气口即可，保证了充填过程中的安全，同时本发明的可以实现连续充填，保证了充填效率，有利于保证采场地压的稳定，降低地质灾害的发生概率。
