膠凝材料、用該膠凝材料制備的充填料漿及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種充填法采礦的膠凝材料，該膠凝材料以質量百分比計包括4%—6%高鈣石灰，16.5%—18.5%的脫硫灰渣，2%—3%芒硝，72%—75%礦渣微粉，還可包括質量百分比≤1.5%的亞硫酸鈉。本發明同時公開了一種使用上述膠凝材料、棒磨砂充填料及自來水制備的礦用充填料漿，其中膠凝材料與棒磨砂充填料的質量比為1:4，自來水的質量百分比為22%。使用本發明提供的方法制備的礦用充填料漿的充填體強度高，且成本低。
【專利說明】膠凝材料、用該膠凝材料制備的充填料漿及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種礦用充填膠凝材料，具體涉及一種下向分層進路式膠結充填法采礦的膠凝材料。
【背景技術】
[0002]充填采礦法是隨著回采工作面的推進，向采空區送入充填材料，以進行地壓管理、控制圍巖崩落和地表移動，并在形成的充填體上或在其保護下進行回采。在目前現有的采礦方法中，充填法采礦的回收率最高，貧化率最低，開采過程中能夠有效控制圍巖變形和地表巖層移動，地表不塌陷、農田不破壞和村莊不搬遷，實現安全采礦和環保采礦的目的。但充填法采礦成本高、回采工藝較復雜，且其生產能力也較低。
[0003]目前充填法采礦大多采用水泥作為充填膠凝材料，因此充填法采礦的成本普遍較高。尤其對于埋藏深、地應力大和圍巖破碎的厚大礦床，采用由上向下逐層回采、逐層充填的下向分層進路式膠結充填法開采時，為了確保在充填體假頂下安全生產，不僅要求充填體強度高，且還需具備較高的早期強度，一般要求3d充填體強度不小于1.5MPa，7d充填體強度不小于2.5MPa。在此條件下，即使采用成本較高的棒磨砂充填料，要達到充填體設計強度所需要的灰砂比也較大，通常在1:4以上，每立方充填體的水泥用量超過310kg，導致充填法開采消耗大量的水泥材料，降低了充填法采礦的經濟效益。
[0004]可以用以下三種途徑來降低充填法采礦的成本:一是選擇價格低、來源廣和就地取材的尾砂和廢石作為充填料；二是采用泵送或低倍線自流輸送膏體充填來提高充填體的強度，降低灰砂比，從而提高充填體的強度；三是開發低成本和高性能的新型膠凝材料來替代水泥，從而降低膠凝材料`成本。
【發明內容】
[0005]本發明提供了一種下向分層膠結充填法采礦用膠凝材料、用該膠凝材料制備的充填料漿及其制備方法，與以往的采用水泥作為膠凝材料的充填體相比，能夠在降低采礦成本的前提下，提高充填體的強度，實現安全采礦。
[0006]上述目的是通過下述方案實現的:
一種膠凝材料，其特征在于，該膠凝材料的成分以質量百分比計包括:4% — 6%高鈣石灰，16.5% —18.5%脫硫灰渣，2% — 3%芒硝，72% — 75%礦渣微粉。
[0007]根據上述的膠凝材料，其特征在于，所述高鈣石灰中CaO的質量百分比含量^ 78%,高鈣石灰的粒度分布為 d1(l = 3.97 μ m一 5.06 μ m、d50 = 8.06 μ m一13.68 μ m、d90 = 22.19 μ m—42.21 μ m, dav = 11.09 μ m—24.55 μ m,比表面積為 5720.68 cm2/cm3—8377.99cm2/cm3。
[0008]根據上述的膠凝材料，其特征在于，所述脫硫灰渣中SO3的質量百分比含量^ 38%,脫硫灰洛的粒度分布為 d1(l = 13.5 μ m一 15.5 μ m、d5。= 38.3 μ m一40.0 μ m、d9。=72.7 μ m一80.3 μ m, dav = 42.2 μ m一44.2 μ m,比表面積 2326.5 cm2/cm3一2436.0 cm2/cm3。[0009]根據上述的膠凝材料，其特征在于，所述礦渣微粉為堿度系數小于I的酸性渣，其質量系數≤1.9，活性系數< 1.1。
[0010]根據上述的膠凝材料，其特征在于，所述礦渣微粉的粒度分布為d1(l = 4.53 μ m, d50=10.67 μ m，d90 = 43.81 μ m，dav = 18.13 μ m。
[0011]根據上述的膠凝材料，其特征在于，所述膠凝材料還包括質量百分比< 1.5%的亞硫酸鈉。
[0012]一種使用上述膠凝材料制備的充填料漿，其特征在于，該充填料漿還包括棒磨砂充填料和自來水，所述棒磨砂充填料的成分以質量百分比計包括:70% — 85%Si02，6% —10%Al2O3, 3% — 6% MgO, 3%—6% CaO, 3%—8% Fe2O3，不大于0.1%S ;所述棒磨砂充填料的密實密度為2.6t/m3—2.7t/m3,松散密度為1.5t/m3—1.6t/m3,孔隙率為40% — 42%，粒度分布為d10=0.13mm—0.16mm，d50=0.8mm—1.0mm、d60=L Omm—1.5mm，d90=2.9mm—3.3mm，dav=0.8mm—
1.2mm，不均勻系數為7— 9。
[0013]根據上述的充填料漿，其特征在于，所述膠凝材料與所述棒磨砂充填料的質量比為1:4,所述自來水的質量百分比為22%。
[0014]一種制備上述的充填料漿的方法，其特征在于，所述方法依次包括以下步驟:
(1)將所述膠凝材料與所述棒磨砂充填料按1:4的質量比混合均勻，得到混合物；
(2)向所述混合物中加入自來水，使料漿的質量濃度為78%，用砂漿泵攪拌均勻。
[0015]本發明的有益效果:
本發明的充填膠凝材料的主要成分為脫硫灰渣和礦渣微粉，其中脫硫灰渣是電廠的廢棄材料，不僅價格低，來源廣，而且無需再次加工；礦渣微粉通過水淬渣粉磨制得，水淬渣是煉鐵廢棄物，成本低，且易于粉磨。因此，使用本發明提供的充填料漿可以降低采礦的成本。同時，加工過程中使用的脫硫灰渣解決了其不合理堆放造成的環境污染。
[0016]使用本發明提供的方法制備的充填體的強度高，與使用32.5R普通硅酸鹽早強水泥作為膠凝材料制得的充填體相比，強度提高1.3-2.2倍，而成本降低了 30% — 40%。
【具體實施方式】
[0017]本發明的充填膠凝材料的成分以質量百分比計包括:4%—6%聞鈣石灰，16.5%一
18.5%脫硫灰渣，2% — 3%芒硝，72% — 75%礦渣微粉。芒硝為早強劑。高鈣石灰中CaO的質量百分比含量不小于78%,高鈣石灰的粒度分布為d1(l = 3.97 μ m一5.06 μ m、d5(l = 8.06 μ m一
13.68 μ m、d90 = 22.19 μ m—42.21 μ m, dav = 11.09 μ m—24.55 μ m,比表面積 5720.68 cm2/cm3—8377.99cm2/cm3。脫硫灰渣中SO3的質量百分比含量≤38%，脫硫灰渣的粒度分布為 d10 = 13.5 μ m—15.5 μ m、d50 = 38.3 μ m—40.0 μ m、d90 = 72.7 μ m—80.3 μ m, dav =42.2 μ m—44.2 μ m，比表面積2326.5 cm2/cm3—2436.0 cm2/cm3.礦渣微粉為堿度系數小于I的酸性渣，其質量系數> 1.9，活性系數≤1.1。礦渣微粉的粒度分布為d1(l = 4.=10.67 μ m，d90 = 43.81 μ m，dav = 18.13 μ m。
[0018]礦渣微粉的堿性系數根據其氧化物的比例來計算:
當MQ>1，稱為堿性礦渣；當Mtl=I，稱為中性礦渣；當MQ〈1，稱為酸性礦渣。[0019]礦渣微粉的質量系數K的計算公式為
【權利要求】
1.一種膠凝材料，其特征在于，該膠凝材料的成分以質量百分比計包括:4% — 6%高鈣石灰，16.5% —18.5%脫硫灰渣，2% — 3%芒硝，72% — 75%礦渣微粉。
2.根據權利要求1所述的膠凝材料，其特征在于，所述高鈣石灰中CaO的質量百分比含量≥ 78%,高鈣石灰的粒度分布為 d10 = 3.97 μ m一5.06 μ m、d50 = 8.06 μ m一13.68 μ m、d90 =22.19 μ m—42.21 μ m, dav = 11.09 μ m—24.55 μ m,比表面積 5720.68 cm2/cm3—8377.99cm2/3cm o
3.根據權利要求1所述的膠凝材料，其特征在于，所述脫硫灰渣中SO3的質量百分比含量≥38%，所述脫硫灰密的粒度分布為d1Q = 13.5 μ m一15.5 μ m、d5Q = 38.3 μ m一40.0 μ m、d90 = 72.7 μ m—80.3 μ m，dav = 42.2 μ m—44.2 μ m，比表面積 2326.5 cm2/cm3—2436.0 cm2/3cm o
4.根據權利要求1所述的膠凝材料，其特征在于，所述礦渣微粉為堿度系數小于I的酸性渣，其質量系數> 1.9，活性系數≤1.1。
5.根據權利要求1所述的膠凝材料，其特征在于，所述礦渣微粉的粒度分布為d1(l=4.53 μ m，d50 = 10.67 μ m，d90 = 43.81 μ m，dav = 18.13 μ m。
6.根據權利要求1所述的膠凝材料，其特征在于，所述的膠凝材料還包括質量百分比(1.5%的亞硫酸鈉。
7.一種使用如權利要求1-6之一所述的膠凝材料制備的充填料漿，其特征在于，該充填料漿還包括棒磨砂充填料和自來水，所述棒磨砂充填料的成分以質量百分比計包括:70%— 85%Si02,6%—10% Al2O3, 3%—6% MgO, 3%—6% CaO, 3%—8% Fe2O3,不大于 0.1%S ;所述棒磨砂充填料的密實密度2.6t/m3—2.7t/m3，松散密度1.5t/m3—1.6t/m3，孔隙率40%—42%,粒度分布 d1(l=0.13mm—0.16mm, d5(l=0.8mm—1.0mm、d6(l=l.0mm—1.5mm，d9(l=2.9mm—3.3mm，dav=0.8mm— 1.2mm，不均勻系數 7—9。
8.根據權利要求7所述的充填料漿，其特征在于所述的膠凝材料與所述的棒磨砂充填料的質量比為1:4，所述的自來水質量百分比為22%。
9.一種如權利要求7所述的充填料漿的制備方法，其特征在于，所述方法依次包括以下步驟: (1)將所述的膠凝材料與所述的棒磨砂充填料按1:4的質量比混合均勻，得到混合物； (2)向所述混合物中加入自來水，使料漿的質量濃度為78%，用砂漿泵攪拌均勻。
【文檔編號】C04B28/14GK103803927SQ201310731704
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年12月27日 優先權日:2013年12月27日
【發明者】楊志強, 高謙, 把多恒, 李茂輝, 王有團, 田立鵬, 陳杰, 肖柏林 申請人:金川集團股份有限公司, 北京科技大學