專利名稱：鉀鹽礦采空區膠結充填料及充填方法
技術領域：
本發明涉及一種礦山充填料及充填方法，尤其涉及一種鉀鹽礦采空區膠結充填料及充填方法。
背景技術：
礦山充填是為滿足采礦業的需要而發展起來的，已經有100多年的歷史，中國從20世紀50年代開始開展了礦山充填實踐。礦山充填技術經歷了從非膠結充填到膠結充填的發展過程，目前中國煤礦一般采用膏體(或類膏體)充填技術。膏體充填技術于20世紀80年代初期起源于德國普魯薩格金屬公司位于圖林根州哥斯拉地區的巴德格隆德鉛鋅礦。在德國混凝土泵制造商-普茨邁斯特公司的幫助下，利用選礦廠浮選尾砂和重介質分離粗粒廢石，設計出一種可泵送的膏體充填材料配比，并利用連續帶式水平真空過濾機和全液壓驅動兩段連續攪拌機制備膏體，PM全液壓雙缸活塞泵輸送至井下。巴德格隆德鉛鋅礦膏體充填系統成功的運行了 10年，直到1992年閉坑，普魯薩格金屬公司開始向全世界轉讓和提供咨詢服務。隨后膏體充填技術在美國、加拿大、澳大利亞和南非等國家迅速發展起來。如美國的幸運星期五銀鉛礦、加拿大的多姆金礦、澳大利亞的奎和鉛鋅礦以及南非的蘭德方舟金礦。1991年德國礦冶技術公司首次把膏體充填技術應用到煤礦中來，試驗地點是沃爾薩姆煤礦，工作面采深1000m，煤層厚度1.5m，所用膏體充填材料為矸石、粉煤灰和破碎巖粉。物料粒徑小于5_，質量濃度達到了 76% 84%。沃爾薩姆礦使用普茨邁斯特公司生產的液壓雙活塞泵進行泵送，工作壓力25MPa，最大輸送距離7km。在充填采空區時，充填管道沿煤壁方向布置在輸送機和 液壓支架之間，每隔一定的距離接一布料管深入到采空區內20m左右進行充填，充填管路緊隨工作面設備推進而前移。膏體充填材料的制料、混料、輸送和充填過程是在充填系統的幫助下完成的，一般來說，膏體充填系統由地面設施(廠房設備和儀表等)和井下管網組成。充填系統的配置可分為分散配置和集中配置兩大類。集中配置便于集中管理，可減少崗位操作人員，減少設備，從而降低費用。因此，只要條件允許，要盡量采用集中配置方案。膏體充填材料相對其它充填材料有其獨特的特點，首先是膏體充填材料的濃度相對于其它充填材料的濃度普遍要高，一般達到了 76% 84% ;其次是膏體充填材料中的料漿基本不沉淀、不離析、不泌水，這個特點使得充填材料在工作面的排水設備變得簡單，同時也減少了因排水而帶走大量的固體顆粒；同時膏體充填材料的流動狀態為柱塞流，充填管道橫截面上的漿體基本上以相同的流速流動；膏體充填材料的壓縮率極低，主要是由于膏體充填材料中固體顆粒之間的空隙由膠結材料和水充滿，一般壓縮率只有1%左右，這對于控制地表開采沉陷有很好的效果。采空區充填技術分為井下充填和地面充填:井下充填方法主要分為4種，即自溜充填、機械充填、風力充填和水力充填。自溜充填只能滿足急傾斜煤層中應用，淮南、北京、北票及中梁山等礦業集團曾應用過這種充填法。機械充填所用的設備簡單，對充填材料和要求不嚴格，但充填能力低。風力充填對系統、設備和充填料的要求比較高，適用范圍較小。地面充填包括從地面直接向采空區充填和由地面向巖層內部離層帶注漿充填。其中，從地面直接向采空區充填，內容涉及充填工藝、充填時機、充填形式及充填體的強度等；覆巖內部離層注漿控制地表沉陷技術是一種新的巖層控制技術途徑，其工程實踐主要涉及注漿孔的平面位置和深度的選擇、注漿孔的施工、注漿站與注漿工藝設計、注漿工程質量控制、注漿材料配比、充填體的分布及充填體的持久穩定性等。目前礦山實施充填開采技術時，主要采用了三種充填工藝，即尾礦回填、膏體充填和高濃度充填。尾礦回填是通過充填井將地面尾礦運到工作面，進行采空區充填，由于尾礦回填屬于干式充填，其充填體的壓縮率較大，最終產生的地表變形較大，對地表沉陷控制要求較高的場合，該方法不太適用。膏體充填所形成的充填體質量高，地表沉陷控制效果好。但膏體充填料漿質量控和輸送較為困難，經常發生堵管事件，系統工作的穩定性和可靠性較差，并且設備投資較高，所以在世界上采用膏體充填技術的礦山相對較少。高濃度充填與膏體充填相比，雖然充填體質量稍差，但由于高濃度充填料漿流動性好，更有利于充填接頂，因而地表沉陷控制效果同樣比較理想。
上述膏體充填僅用于不溶性的固體礦產礦山采空區，且充填膏體未進行固化處理，其抗壓強度很弱。充填膏體大量的泌水對可溶性石鹽礦的固體開采帶來極大的危害，使采礦無法進行。
發明內容
本發明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種鉀鹽礦采空區膠結充填料及充填方法。為了達到上述目的，本發明采用了以下技術方案:本發明所述鉀鹽礦采空區膠結充填料包括以下質量份的各原料:高鎂石灰30-100份、石膏10-20份、老鹵水250-350份、尾鹽900-1200份、減水劑0.1-0.3份。進一步，所述各原料的質量份為:聞鎂石灰30-90份、石骨12-18份、老齒水260-335 份、尾鹽 1000-1100 份、減水劑 0.15-0.25 份。更具體地，所述各原料的質量份為:高鎂石灰90份、石膏15份、老鹵水330份、尾鹽1086份、減水劑0.2份。所述各原料的質量份也可以為:聞鎂石灰30份、石骨15份、老齒水267份、尾鹽1086份、減水劑0.2份。所述各原料的質量份還可以為:高鎂石灰60份、石膏13份、老鹵水300份、尾鹽1050份、減水劑0.18份。作為優選，所述聞鎂石灰中含有占聞鎂石灰總重量56.5%的氧化I丐和占聞鎂石灰總重量23.6%的氧化鎂。所述老鹵水為氯化鎂飽和溶液。
所述減水劑為氨基磺酸鹽。本發明所述鉀鹽礦采空區膠結充填料的充填方法，包括以下步驟:(I)先將尾鹽、減水劑和老鹵水用雙軸葉片攪拌機進行初步攪拌；(2)再用雙軸螺旋攪拌機對初步攪拌過的尾鹽、減水劑和老鹵水進行活化攪拌，得到鹽漿；(3)將攪拌均勻的鹽漿經高壓液壓輸送泵加壓后用充填管道輸送到井下各充填采場的移動式作業車上的攪拌機內；(4)將高鎂石灰和石膏組成的膠粉料采用氣力輸送到井下各充填采場的移動式作業車上的攪拌機內，并與鹽漿在移動式作業車上的攪拌機內快速攪拌混合得到膠結充填料；(5)采用移動作業車上的螺旋輸送機將膠結充填料輸送至鉀鹽礦采空區進行布料充填作業。作為最佳選擇，在所述第(5)步驟的膠結充填料中加入膨潤土后再輸送至鉀鹽礦采空區；輸送過程中，膠結充填料的流速大于其臨界流速，所述膠結充填料的臨界流速的計算公式為:Y=0.55KV^(J-1)式中:V是膠結充填料的臨界流速，單位是m/s ；K是流速系數，取值為1.2-2 ；d是膠結充填料顆粒的最大尺寸，單位是cm ；y是固體物料的重量，單位是kg ；上述各參數的最佳取值為:K = 1.8 ;d = 0.236 ；y = 2.165 ；對應地，γ=055x1.8 V0-236C2165-1) =0.52m/so本發明的有益效果在于:采用本發明的膠結充填料充填鉀鹽礦采空區，不需要添加清水，因此老鹵水中的水一部分以結晶水的形式進入固體，另外一部分是飽和的氯化鎂溶液，在充填材料泌水率滿足既定要求的情況下，有少量老鹵水泌出，由于泌出的水是氯化鎂飽和溶液，所以對石鹽礦體無影響，不存在溶解鹽礦的問題；膠結充填料的強度為0.5Mpa即可滿足要求，而實際施工中，制成的膠結充填料的抗壓強度可達2Mpa，完全可以滿足要求，解決了傳統充填料及充填方法無法充填鉀鹽礦采空區或充填后有垮塌危險的問題；由于利用了尾鹽，所以本發明還解決了尾鹽在地表堆放所產生的環境污染問題；充填本發明的膠結充填料后，鉀鹽礦的回采率由15-20%提升到50%左右，這些都將產生巨大的社會和經濟的效益。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作進一步具體描述:實施例1:取以下質量的各原料備用:高鎂石灰 90kg、石膏15kg、老鹵水330kg、尾鹽1086kg、減水劑0.2kg。高鎂石灰中含有占高鎂石灰總重量56.5%的氧化鈣和占高鎂石灰總重量23.6%的氧化鎂，石膏采用石膏粉，老鹵水采用氯化鎂飽和溶液，尾鹽的主要成分是氯化鈉，減水劑采用氨基磺酸鹽。這種膠結充填料抗壓強度高極高，適用于環境惡劣的鉀鹽礦采空區充填。
將上述膠結充填料按以下方法進行充填作業:(I)先將尾鹽、減水劑和老鹵水用雙軸葉片攪拌機進行初步攪拌；(2)再用雙軸螺旋攪拌機對初步攪拌過的尾鹽、減水劑和老鹵水進行活化攪拌，得到鹽漿；(3)將攪拌均勻的鹽漿經高壓液壓輸送泵加壓后用充填管道輸送到井下各充填采場的移動式作業車上的攪拌機內；(4)將高鎂石灰和石膏組成的膠粉料采用氣力輸送到井下各充填采場的移動式作業車上的攪拌機內，并與鹽漿在移動式作業車上的攪拌機內快速攪拌混合得到膠結充填料；(5)采用移動作業車上的螺旋輸送機將膠結充填料輸送至鉀鹽礦采空區進行布料充填作業。在第(5)步驟中，先在膠結充填料中加入膨潤土后再輸送至鉀鹽礦采空區；輸送過程中，膠結充填料的流速大于0.52m/s。這樣確保了膠結充填料得安全輸送。實施例2:取以下質量的各原料備用:高鎂石灰30kg、石膏15kg、老鹵水267kg、尾鹽1086kg、減水劑0.2kg。高鎂石灰中·含有占高鎂石灰總重量56.5%的氧化鈣和占高鎂石灰總重量23.6%的氧化鎂，石膏采用石膏粉，老鹵水采用氯化鎂飽和溶液，尾鹽的主要成分是氯化鈉，減水劑采用氨基磺酸鹽。這種膠結充填料抗壓強度高較低，適用于環境較好的鉀鹽礦采空區充填。將上述膠結充填料按以下方法進行充填作業:(I)先將尾鹽、減水劑和老鹵水用雙軸葉片攪拌機進行初步攪拌；(2)再用雙軸螺旋攪拌機對初步攪拌過的尾鹽、減水劑和老鹵水進行活化攪拌，得到鹽漿；(3)將攪拌均勻的鹽漿經高壓液壓輸送泵加壓后用充填管道輸送到井下各充填采場的移動式作業車上的攪拌機內；(4)將高鎂石灰和石膏組成的膠粉料采用氣力輸送到井下各充填采場的移動式作業車上的攪拌機內，并與鹽漿在移動式作業車上的攪拌機內快速攪拌混合得到膠結充填料；(5)采用移動作業車上的螺旋輸送機將膠結充填料輸送至鉀鹽礦采空區進行布料充填作業。在第(5)步驟中，先在膠結充填料中加入膨潤土后再輸送至鉀鹽礦采空區；輸送過程中，膠結充填料的流速大于0.52m/s。這樣確保了膠結充填料得安全輸送。實施例3:取以下質量的各原料備用:高鎂石灰60kg、石膏13kg、老鹵水300kg、尾鹽1050kg、減水劑0.18kg。高鎂石灰中含有占高鎂石灰總重量56.5%的氧化鈣和占高鎂石灰總重量23.6%的氧化鎂，石膏采用石膏粉，老鹵水采用氯化鎂飽和溶液，尾鹽的主要成分是氯化鈉，減水劑采用氨基磺酸鹽。這種膠結充填料抗壓強度高適中，適用于一般環境的鉀鹽礦采空區充填。將上述膠結充填料按以下方法進行充填作業:
(I)先將尾鹽、減水劑和老鹵水用雙軸葉片攪拌機進行初步攪拌；(2)再用雙軸螺旋攪拌機對初步攪拌過的尾鹽、減水劑和老鹵水進行活化攪拌，得到鹽漿；(3)將攪拌均勻的鹽漿經高壓液壓輸送泵加壓后用充填管道輸送到井下各充填采場的移動式作業車上的攪拌機內；(4)將高鎂石灰和石膏組成的膠粉料采用氣力輸送到井下各充填采場的移動式作業車上的攪拌機內，并與鹽漿在移動式作業車上的攪拌機內快速攪拌混合得到膠結充填料；(5)采用移動作業車上的螺旋輸送機將膠結充填料輸送至鉀鹽礦采空區進行布料充填作業。在第(5)步驟中，先在膠結充填料中加入膨潤土后再輸送至鉀鹽礦采空區；輸送過程中，膠結充填料 的流速大于0.52m/s。這樣確保了膠結充填料得安全輸送。
權利要求
1.一種鉀鹽礦采空區膠結充填料，其特征在于:包括以下質量份的各原料:高鎂石灰30-100份、石膏10-20份、老鹵水250-350份、尾鹽900-1200份、減水劑0.1-0.3份。
2.根據權利要求1所述的鉀鹽礦采空區膠結充填料，其特征在于:所述各原料的質量份為:高鎂石灰30-90份、石膏12-18份、老鹵水260-335份、尾鹽1000-1100份、減水劑0.15-0.25 份。
3.根據權利要求2所述的鉀鹽礦采空區膠結充填料，其特征在于:所述各原料的質量份為:高鎂石灰90份、石膏15份、老鹵水330份、尾鹽1086份、減水劑0.2份。
4.根據權利要求2所述的鉀鹽礦采空區膠結充填料，其特征在于:所述各原料的質量份為:高鎂石灰30份、石膏15份、老鹵水267份、尾鹽1086份、減水劑0.2份。
5.根據權利要求2所述的鉀鹽礦采空區膠結充填料，其特征在于:所述各原料的質量份為:高鎂石灰60份、石膏13份、老鹵水300份、尾鹽1050份、減水劑0.18份。
6.根據權利要求1-5中任何一項權利要求所述的鉀鹽礦采空區膠結充填料，其特征在于:所述聞鎂石灰中含有占聞鎂石灰總重量56.5%的氧化I丐和占聞鎂石灰總重量23.6%的氧化鎂。
7.根據權利要求1-5中任何一項權利要求所述的鉀鹽礦采空區膠結充填料，其特征在于:所述老鹵水為氯化鎂飽和溶液。
8.根據權利要求1-5中任何一項權利要求所述的鉀鹽礦采空區膠結充填料，其特征在于:所述減水劑為氨基磺酸鹽。
9.一種如權利要求1所述的鉀鹽礦采空區膠結充填料的充填方法，其特征在 于:包括以下步驟: (1)先將尾鹽、減水劑和老鹵水用雙軸葉片攪拌機進行初步攪拌； (2)再用雙軸螺旋攪拌機對初步攪拌過的尾鹽、減水劑和老鹵水進行活化攪拌，得到鹽漿； (3)將攪拌均勻的鹽漿經高壓液壓輸送泵加壓后用充填管道輸送到井下各充填采場的移動式作業車上的攪拌機內； (4)將高鎂石灰和石膏組成的膠粉料采用氣力輸送到井下各充填采場的移動式作業車上的攪拌機內，并與鹽漿在移動式作業車上的攪拌機內快速攪拌混合得到膠結充填料； (5)采用移動作業車上的螺旋輸送機將膠結充填料輸送至鉀鹽礦采空區進行布料充填作業。
10.根據權利要求9所述的鉀鹽礦采空區膠結充填料的充填方法，其特征在于:在所述第(5)步驟的膠結充填料中加入膨潤土后再輸送至鉀鹽礦采空區；輸送過程中，膠結充填料的流速大于其臨界流速，所述膠結充填料的臨界流速的計算公式為: V=0.55K 抑-1) 式中:V是膠結充填料的臨界流速，單位是m/s ；K是流速系數，取值為1.2-2 ；d是膠結充填料顆粒的最大尺寸，單位是cm ；y是固體物料的重量，單位是kg ； 上述各參數的最佳取值為:K = 1.8 ;d = 0.236 ；y = 2.165 ； 對應地，ν=0.55χ1.8Λ/0.236(2.165-1) =0.52m/s。
全文摘要
本發明公開了一種鉀鹽礦采空區膠結充填料，包括以下質量份的各原料高鎂石灰30-100份、石膏10-20份、老鹵水250-350份、尾鹽900-1200份、減水劑0.1-0.3份。本發明還公開了一種鉀鹽礦采空區膠結充填料的充填方法，包括以下步驟先將尾鹽、減水劑和老鹵水進行初步攪拌；再進行活化攪拌，得到鹽漿；將攪拌均勻的鹽漿經加壓后輸送到井下各充填采場的移動式作業車上的攪拌機內；將高鎂石灰和石膏組成的膠粉料采用氣力輸送到攪拌機內與鹽漿快速攪拌混合得到膠結充填料；將膠結充填料輸送至鉀鹽礦采空區進行布料充填作業。采用本發明的膠結充填料充填鉀鹽礦采空區，不加清水，對石鹽礦體無影響，解決了傳統方法無法充填或充填后有垮塌危險的問題。
文檔編號C04B28/30GK103242024SQ20121002297
公開日2013年8月14日 申請日期2012年2月2日 優先權日2012年2月2日
發明者李后蜀, 何永平, 王松林, 石永奎, 葉正茂, 張聲軍 申請人:四川省開元集團有限公司