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一种快凝充填胶凝材料

阅读：960发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种快凝充填胶凝材料专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了本发明提供一种快凝充填胶凝材料，组成按重量份分别为：矿渣粉40-90份，水泥熟料6-24份，膨润土 2-18份，钢渣粉2-28份，改性石膏 0-15份，碱性激发剂0.5-10份，促凝剂0-10份，减水剂 1-3份，抗裂材料0.2-8份，悬浮剂0.5-10份，该快凝充填胶凝材料可以有效降低添加剂用量、具备良好的流动性能和较高的早期强度，具有良好的保持强度和体积稳定性，胶凝时间短，早期强度增长快，后期强度缓慢增长，工艺简单，材料来源广泛。，下面是一种快凝充填胶凝材料专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种快凝充填胶凝材料，其特征在于，所述快凝充填胶凝材料的组成按重量份计分别为：矿渣粉40-90份，水泥熟料6-24份，膨润土2-18份，钢渣粉2-28份，改性石膏0-15份，碱性激发剂0.5-10份，促凝剂0-10份，减水剂1-3份，抗裂材料0.2-8份，悬浮剂0.5-10份。
2.根据权利要求1所述的快凝充填胶凝材料，其特征在于，所述快凝充填胶凝材料的组成按重量份计分别为：矿渣粉45份，水泥熟料20份，膨润土3份，钢渣粉10份，改性石膏10份，碱性激发剂2份，促凝剂5份，减水剂3份，抗裂材料3份，悬浮剂2份。
3.根据权利要求1所述的快凝充填胶凝材料，其特征在于，所述矿渣粉为比表面积至少
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480m/kg的工业炼铜副产品。
4.根据权利要求3所述的快凝充填胶凝材料，其特征在于，所述矿渣粉为将粒化高炉矿渣淬冷、烘干、破碎粉磨而成的矿渣微粉。
5.根据权利要求1所述的快凝充填胶凝材料，其特征在于，所述水泥熟料为比表面积至
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少450m/kg的硅酸盐水泥熟料，所述的钢渣粉为比表面积至少500m/kg的转炉钢渣。
6.根据权利要求1所述的快凝充填胶凝材料，其特征在于，所述的改性石膏为比表面积至少500m2/kg的脱硫改性石膏，所述的碱性激发剂为粉磨至比表面积450m2/kg的精炼渣和氢氧化钠的混合物。
7.根据权利要求1所述的快凝充填胶凝材料，其特征在于，所述抗裂材料为5-7mm长度的聚乙烯醇纤维。
8.根据权利要求1所述的快凝充填胶凝材料，其特征在于，所述促凝剂为氯化钙、甲酸钙和硫酸钠按质量比4:1:1混合而成。
9.根据权利要求1所述的快凝充填胶凝材料，其特征在于，所述悬浮剂材料为可再分散乳胶粉、高岭土和纤维素醚按质量比1:13:1混合而成。
10.一种低回缩快凝矿山充填料浆，将灰砂比1:4-1:16的权利要求1-9所述快凝充填胶凝材料与极细铜矿尾砂混合均匀制成尾砂浓度为60％-65％的低回缩快凝矿山充填料浆。

说明书全文

一种快凝充填胶凝材料

技术领域

[0001] 本发明涉及金属矿山井下充填技术领域，具体涉及一种快凝充填胶凝材料。

背景技术

[0002] 充填采矿法是指伴随落矿、运搬及其他作业的同时，用充填料充填采空区的采矿方法，可分为胶结充填和非胶结充填两种方式。其中的胶结充填应用较为广泛，材料来源为地表堆积的废石、掘进坑边的废石、选矿厂的尾砂、冶炼厂的炉渣、戈壁集料、以及从地表采石等。

[0003] 随着充填采矿法在金属矿山的广泛应用，为了降低生产成本，提高充填后采矿的安全性，胶结充填的充填材料大多选用选矿厂的尾砂、冶炼厂的炉渣制备，通过泵送并注浆入充填区，流动性好不易堵管，具有良好的流动性能，具有原料来源广泛、资源丰富，对尾砂中细粒部分宽容性大，强度高，在一定的浓度下料浆不离析分层，且沁水量小等特点，成为不少矿山单位选择充填胶凝材料的优先选择。然而同硅酸盐水泥相比，选矿厂的尾砂、冶炼厂的炉渣制备的料浆中，矿渣碱激发材料收缩较大，后续与尾砂配置的料浆在浓度较低时，特别是在养护不当的情况下，容易出现采矿区充填体收缩大、凝结缓慢和开裂等不良现象，使得矿渣碱激发材料在采矿区充填体中不能起到增加材料整体碱度和水化硅酸钙及钙矾石产物的作用。

发明内容

[0004] 本发明提供一种快凝充填胶凝材料，解决了现有技术矿渣基充填材料在料浆低浓度充填条件下的收缩大、凝结时间长、早期强度低等技术问题。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：本发明提供一种快凝充填胶凝材料，所述快凝充填胶凝材料的组成按重量份计分别为：矿渣粉40-90份，水泥熟料6-24份，膨润土2-18份，钢渣粉2-28份，改性石膏0-15份，碱性激发剂0.5-10份，促凝剂0-10份，减水剂1-3份，抗裂材料0.2-8份，悬浮剂0.5-10份。

[0006] 进一步地，所述快凝充填胶凝材料的组成按重量份计分别为：矿渣粉45份，水泥熟料20份，膨润土3份，钢渣粉10份，改性石膏10份，碱性激发剂2份，促凝剂5份，减水剂3份，抗裂材料3份，悬浮剂2份。

[0007] 进一步地，所述矿渣粉为比表面积至少480m2/kg的工业炼铜副产品。

[0008] 进一步地，所述矿渣粉为将粒化高炉矿渣淬冷、烘干、破碎粉磨而成的矿渣微粉。

[0009] 进一步地，所述水泥熟料为比表面积至少450m2/kg的硅酸盐水泥熟料，所述的钢渣粉为比表面积至少500m2/kg的转炉钢渣。

[0010] 进一步地，所述的改性石膏为比表面积至少500m2/kg的脱硫改性石膏，所述的碱性激发剂为粉磨至比表面积450m2/kg的精炼渣和氢氧化钠的混合物。

[0011] 进一步地，所述抗裂材料为5-7mm长度的聚乙烯醇纤维。

[0012] 进一步地，所述促凝剂为氯化钙、甲酸钙和硫酸钠按质量比4:1:1混合而成。

[0013] 进一步地，所述悬浮剂材料为可再分散乳胶粉、高岭土和纤维素醚按质量比1:13:1混合而成。

[0014] 一种低回缩快凝矿山充填料浆，将灰砂比1:4-1:16的所述快凝充填胶凝材料与极细铜矿尾砂混合均匀制成尾砂浓度为60％-65％的低回缩快凝矿山充填料浆。

[0015] 本发明的有益效果如下：本发明通过对矿山充填胶凝材料的功能进行研究，选择矿渣粉、水泥熟料、钢渣粉、膨润土、改性石膏、碱性激发剂、促凝剂、抗裂材料、悬浮剂作为矿山充填胶凝材料，并对其配比进行了适应性研究，最终得出可以有效降低添加剂用量、具备良好的流动性能和较高的早期强度的低回缩快凝矿山充填料浆，该低收缩快凝矿山充填料浆具有保持良好的强度和体积稳定性等特点，各项性能上均超过了水泥材料。其中：高比表面积的钢渣、熟料快速与水反应，为矿渣粉水化提供所需碱度和钙离子，同时与改性石膏快速反应，生成的水化硅酸钙和钙矾石能起到非常好的胶凝效果；碱性激发剂中的精炼渣和氢氧化钠的共同加入能有效提高充填料浆中钙离子、氢氧根离子和铝离子的含量，从而增加材料整体碱度和水化硅酸钙及钙矾石产物；促凝剂中的甲酸钙、氯化钙和硫酸钠能共同对矿渣起到增强激活效果，能有效提高充填体早期强度，使得水化产物钙矾石和水化硅酸钙凝胶体组成较为致密的胶凝材料；悬浮剂中的可再分散乳胶粉与纤维素醚及高岭土可有效防止胶固粉随着水循环流动而流失，以提高充填浆体的保水性；磨细的高岭土颗粒本身所具有的良好的分散作用，能够有效防止料浆颗粒的聚集，使得料浆颗粒分布均匀，以提高充填浆体的稳定性；且高岭土具有良好的膨胀性，能有效减少收缩和充填体周边岩体产生的预应力，从而形成良好的体积稳定性，以提高抗压性及耐久性等性能；加入少量的抗裂材料提高充填体的抗裂效果。快凝充填料浆包括上述制备的矿山充填胶凝材料和400目以下灰砂比1:4-1:16的极细尾矿砂，低回缩快凝矿山充填料浆制备的充填体强度是同比例条件下水泥充填体的1.5-2.5倍及以上，同时具有易泵送、凝结快、抗裂效果好、成本低等优异性能。

[0016]

具体实施方式

[0017] 下面通过对各实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0018] 本发明要解决的技术问题是克服现有技术中矿渣基充填材料在料浆低浓度充填条件下的收缩大、凝结时间长、早期强度低等问题。

[0019] 为解决上述技术问题，本发明提供一种快凝充填胶凝材料，所述快凝充填胶凝材料的组成按重量份计分别为：矿渣粉40-90份，水泥熟料6-24份，膨润土2-18份，钢渣粉2-28份，改性石膏0-15份，碱性激发剂0.5-10份，促凝剂0-10份，减水剂1-3份，抗裂材料0.2-8份，悬浮剂0.5-10份。

[0020] 具体快凝充填胶凝材料结合以下实施例进行说明：实施例1
将原料按组成和配比为55份矿渣粉，10份水泥熟料，3份膨润土，10份钢渣粉，15份改性石膏，5份碱性激发剂，2份促凝剂，3份减水剂，0.5份4mm长度聚乙烯醇纤维，1份悬浮剂混合均匀配置成快凝充填胶凝材料。

[0021] 将不同灰砂比(1:5、1:10)的快凝充填胶凝材料与极细铜矿尾砂混合均匀制备低回缩早强型快凝矿山充填料浆。其中：极细铜矿尾砂的级配为10.75％的+60目、19.09％的+100目、42.82％的-100+200目、9.68％的-200+300目、7.13％的-300+400目、以及10.53％的-400目。

[0022] 将上述制得的低回缩快凝矿山充填料浆经泵送方式注浆到采空区进行充填，其中：灰砂比(1:5)的快凝充填胶凝材料与极细铜矿尾砂混合均匀制备低回缩快凝矿山充填料浆，铜矿尾砂浓度为63.9％，低回缩快凝矿山充填料浆凝结时间只需要10min，回缩率为0.6％，3d、7d、28d测得矿山充填体的抗压强度分别为1.0MPa、3.2MPa、4.4MPa；
灰砂比(1:10)的快凝充填胶凝材料与极细铜矿尾砂混合均匀制备低回缩快凝矿山充填料浆，铜矿尾砂浓度为64.1％，低回缩快凝矿山充填料浆凝结时间只需要20min，回缩率为2.2％，3d、7d、28d测得矿山充填体的抗压强度分别为0.8MPa、1.5MPa、2.2MPa。

[0023] 由此可见，快凝充填胶凝材料相同时，灰砂比越小凝结时间越长，回缩率越大，矿山填充体的抗压强度越低。

[0024] 对比例1将不同灰砂比(1:5、1:10)的水泥与铜矿尾砂混合均匀，铜矿尾砂浓度为65％。其中：铜矿尾砂的级配为10.75％的+60目、19.09％的+100目、42.82％的-100+200目、9.68％的-200+300目、7.13％的-300+400目、以及10.53％的-400目。

[0025] 将上述制得的矿山充填料浆经泵送方式注浆到采空区进行充填，其中：灰砂比(1:5)的水泥与铜矿尾砂混合均匀制备矿山充填料浆，铜矿尾砂浓度为65.1％，矿山充填料浆凝结时间只需要20min，回缩率为3.9％，3d、7d、28d测得矿山充填体的抗压强度分别为
0.1MPa、0.4MPa、1.1MPa；
灰砂比(1:10)的水泥与铜矿尾砂混合均匀制备矿山充填料浆，铜矿尾砂浓度为
65.3％，型矿山充填料浆凝结时间只需要38min，回缩率为5.5％，3d、7d、28d测得矿山充填体的抗压强度分别为0.1MPa、0.3MPa、0.5MPa。

[0026] 由此可见，在水泥作为充填胶凝材料时，灰砂比越小凝结时间越长，沉缩率越大，矿山填充体的抗压强度越低。

[0027] 由实施例1和对比例1可知，快凝充填料浆与普通的水泥矿山充填料浆相比，在灰砂比相同和铜矿尾砂浓度相近的情况下，低回缩快凝矿山充填料浆的凝结时间、回缩率远小于普通的水泥矿山充填料浆，而低回缩快凝矿山充填料浆的抗压强度则远大于普通的水泥矿山充填料浆。

[0028] 由此可见，本发明通过对充填胶凝材料的功能进行研究，选择矿渣粉、水泥熟料、钢渣极细粉、膨润土，改性石膏、碱性激发剂、促凝剂、抗裂材料、悬浮剂作为充填胶凝材料，并对其配比进行了适应性研究，最终得出可以有效降低添加剂用量、具备良好的流动性能和较高的早期强度的快凝矿山充填料浆，该快凝矿山充填料浆具有良好的保持强度和体积稳定性，胶凝时间短，早期强度增长快，后期强度缓慢增长，无毒无害，不会造成地下水污染，工艺简单，材料来源广泛。

[0029] 以上所述仅为本发明的一些实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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