CN114455929A - 一种矿山充填用无机固水材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于矿山充填材料技术领域，尤其涉及一种矿山充填用无机固水材料及其制备方法，所述充填材料由以下重量份的组份组成：生石灰10‑20份、石膏30‑40份、铁铝系活性材料40‑45份、激发剂2‑5份、缓凝剂1‑2份、致密剂1‑3份、消泡剂1‑4份。所属制备方法为：将铁铝系活性材料利用磨机磨成粉剂加入激发剂和消泡剂获得A组份粉料；将生石灰和石膏经过破碎、均化后利用磨机磨成粉剂，加入缓凝剂和致密剂获得B组份粉料。本发明的充填材料具有固水能力好、早期强度高、固化时间和强度可调可控的特点。
Description
1、技术领域
本发明涉及矿山充填技术领域，尤其涉及一种矿山充填用无机固水材料及其制备方法。
2、背景技术
矿山在开采的过程中会在地下形成大量的采空区，对矿山的生产安全、地表生态、地表建筑物形成不利的影响。利用充填材料将采空区回填可以有效的避免或减轻这些不利影响。目前主要的充填材料主要有以下几类：一是以硅酸盐水泥、矿渣水泥、赤泥水泥等活性材料配合河沙、尾砂、风积沙、水洗砂等骨料加水拌合制成的充填材料，该类材料存在固化时间长、骨料用量大、需要大量滤水、施工难度大、充填结顶困难等缺点；二是有机发泡类充填材料，该类材料尽管可以解决固化时间长、骨料缺乏、滤水及结顶的问题，但是由于其形成的充填体为中空结构，当充填体上覆载荷超过其极限承载能力后会失去承载力，存在安全隐患；三是高水充填材料和超高水充填材料也可以解决以上问题，但是对使用环境的温度要求较高，一般不得低于15摄氏度，最优的使用环境是20℃以上。
3、发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种矿山充填用无机固水材料及其制备方法。这种充填材料在性能方面具有固水能力好、早期强度高、固化时间和强度可调可控的特点；在施工方面具有施工简单，施工效率高，可有极大的降低施工人工成本，同时可以极大的提高施工过程中的安全系数，降低施工安全管理难度，具有很好的经济效益和社会效益。
本发明的目的之一是提供一种矿山充填用无机固水材料。
本发明的目的之二是提供一种矿山充填用无机固水材料的制备方法。
本发明的目的之三是提供一种矿山充填用无机固水材料及制备方法的应用。
为了解决以上问题，本发明的技术方案为：
首先，本发明公开一种矿山充填用无机固水材料，由以下重量份的组份组成：生石灰10-20份、石膏30-40份、铁铝系活性材料40-45份、激发剂2-5份、缓凝剂1-2份、致密剂1-3份、消泡剂1-4份。
优选：生石灰11-15份、石膏32-40份、铁铝系活性材料42-43份、激发剂1-4份、缓凝剂1-2份、致密剂1-2份、消泡剂1-2份。
优选：将铁铝系活性材料利用磨机磨成粉剂加入激发剂和消泡剂获得A组份粉料；将生石灰和石膏经过破碎、均化后利用磨机磨成粉剂，加入缓凝剂和致密剂获得B组份粉料。
进一步地，A组份和B组份的重量比为0.5-2:1。
优选：A组份和B组份的重量比为1:1。
进一步地，所述的石灰为生石灰。
所述的石膏为无水石膏。
所述的铁铝系活性材料由铁铝酸钙、铝酸钙、碳酸钙组成；
所述的铁铝系活性材料，以重量份计，其包括：
铁铝酸钙：60-80份；
铝酸钙：2-30份；
碳酸钙：2-30份。
所述的激发剂为碳酸钠、葡萄糖酸钠、碳酸锂、碳酸氢钠、硫酸钠中的一种或多种的混合物。
所述的缓凝剂为硼砂。
所述的致密剂为硫酸亚铁或硫酸铁。
所述的消泡剂为无机类消泡剂，包括酰胺、聚醚类、脂肪醇类中的一种或多种的混合物。
其次，本发明公开一种矿山充填用无机固水材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备A料：铁铝系活性材料利用磨机磨成比表面积在200-400㎡/Kg范围内的粉剂加入激发剂和消泡剂，通过粉料搅拌机搅拌均匀。
(2)制备B料：将生石灰和石膏经过破碎、均化后利用磨机磨成比表面积在200-400㎡/Kg范围内的粉剂，加入缓凝剂和致密剂，通过粉料搅拌机搅拌均匀。
最后，本发明公开上述一种矿山充填用无机固水材料及制备方法在矿山井下充填、矿山围岩加固、矿山注浆领域中的应用。
与现有技术相比，本发明取得的有益效果是：
本发明提供的充填材料具有很好的安全性和高效性：
制成的浆体可以控制在3到10分钟凝结，输送到采空区很快就固化从而失去流动性，而传统的水泥等充填材料固结时间需要一天以上，在没有固结之前处于流体状态，容易引起溃浆事故。用本发明提供的充填材料可以不仅可以降低充填施工过程中存在的安全隐患，还可以大大提高充填效率。
本发明提供的充填材料具有很高的环保性：
由于其具有特别好的亲水性，哪怕只和大量的水拌和制成浆体，也会形成固体，不泌水。可以将选矿厂产生的含有大量尾砂尾泥的废水全部送到井下充填采空区充填，不在需要往地表尾矿库排放。而且充填过程中不污染井下环境。
本发明提供的充填材料具有很好的经济性：
在充填的过程中可以省掉井下排水费用、降低采空区封堵费用、充填管路磨损费用、地表尾泥废水的处置费用。
本发明提供的充填材料，在施工方面具有施工简单，施工效率高，可有极大的降低施工人工成本，同时可以极大的提高施工过程中的安全系数，降低施工安全管理难度，具有很好的经济效益和社会效益。
4、具体实施方式
必须指出，以下详细说明都是实例性的，旨在对本申请提供进一步地说明。除非另有专门的指明，本文所用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同意义。
下面结合具体实施方式对本发明进一步说明：
实施例1
采用本发明提供的一种矿山充填用无机固水材料制备充填体的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取铁铝系活性材料800g，利用磨机磨至比表面积为300㎡/kg的粉剂，称取激发剂100g，消泡剂100g，混合搅拌均匀后，加入8000g水，搅拌5min，形成均质A浆体；
(2)称取生石灰250g，无水石膏700g，利用磨机磨至比表面积为300㎡/kg的粉剂，称取缓凝剂30g，致密剂20g，混合搅拌均匀后，加入8000g水，搅拌5min，形成均质B浆体；
(3)将A浆体和B浆体混合搅拌5分钟，形成充填体。
实施例2
采用本发明提供的一种矿山充填用无机固水材料制备充填体的制备方法，包括如下步骤：
(4)称取铁铝系活性材料800g，利用磨机磨至比表面积为300㎡/kg的粉剂，称取激发剂100g，消泡剂100g，混合搅拌均匀后，加入4000g水，搅拌5min，形成均质A浆体；
(5)称取生石灰250g，无水石膏700g，利用磨机磨至比表面积为300㎡/kg的粉剂，称取缓凝剂30g，致密剂20g，混合搅拌均匀后，加入4000g水，搅拌5min，形成均质B浆体；
(6)将A浆体和B浆体混合搅拌5分钟，形成充填体。
实施例3
采用本发明提供的一种矿山充填用无机固水材料制备充填体的制备方法，包括如下步骤：
(7)称取铁铝系活性材料800g，利用磨机磨至比表面积为400㎡/kg的粉剂，称取激发剂100g，消泡剂100g，混合搅拌均匀后，加入8000g水，搅拌5min，形成均质A浆体；
(8)称取生石灰250g，无水石膏700g，利用磨机磨至比表面积为400㎡/kg的粉剂，称取缓凝剂30g，致密剂20g，混合搅拌均匀后，加入8000g水，搅拌5min，形成均质B浆体；
(9)将A浆体和B浆体混合搅拌5分钟，形成充填体。
实施例4
采用本发明提供的一种矿山充填用无机固水材料制备充填体的制备方法，包括如下步骤：
(10)称取铁铝系活性材料850g，利用磨机磨至比表面积为300㎡/kg的粉剂，称取激发剂75g，消泡剂75g，混合搅拌均匀后，加入1500g水，搅拌5min，形成均质A浆体；
(11)称取生石灰200g，无水石膏750g，利用磨机磨至比表面积为300㎡/kg的粉剂，称取缓凝剂30g，致密剂20g，混合搅拌均匀后，加入1500g水，搅拌5min，形成均质B浆体；
(12)将A浆体和B浆体混合搅拌3分钟，形成充填体。
性能测试
对本发明实施例1-4制备的充填体的理化性能进行测试，具体为：将上述充填材料制备的充填体浆液注入模具，测试其初凝时间和不同龄期的单轴极限抗压强度，结果如表1所示。
表1
从表1可以看出：本发明实施的充填材料其凝结时间和充填体强度可随选用的材料组份变化、磨成粉剂的粒度变化而进行调整，实现强度和凝结时间的可调可控。
以上所属仅为本申请的举例实施例，不代表优选实施例，更不用用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化，不需要付出创造性劳动即可做出各种修改或等同替换，均应包含在本申请的保护范围内。
Claims (10)
1.一种矿山充填用无机固水材料，其特征在于：所述充填材料由以下重量份的组份组成：生石灰10-20份、石膏30-40份、铁铝系活性材料40-45份、激发剂2-5份、缓凝剂1-2份、致密剂1-3份、消泡剂1-4份。
2.如权利要求1所述的矿山充填用无机固水材料，其特征在于：所述的石灰为生石灰。
3.如权利要求1所述的矿山充填用无机固水材料，其特征在于：所述的石膏为无水石膏。
4.如权利要求1所述的矿山充填用无机固水材料，其特征在于：所述的铁铝系活性材料由铁铝酸钙、铝酸钙、碳酸钙组成；
其特征在于，所述的铁铝系活性材料，以重量份计，其包括：
铁铝酸钙：60-80份；
铝酸钙：2-30份；
碳酸钙：2-30份。
5.如权利要求1所述的矿山充填用无机固水材料，其特征在于：所述的激发剂为碳酸钠、葡萄糖酸钠、碳酸锂、碳酸氢钠、硫酸钠中的一种或多种的混合物。
6.如权利要求1所述的矿山充填用无机固水材料，其特征在于：所述的缓凝剂为硼砂。
7.如权利要求1所述的矿山充填用无机固水材料，其特征在于：所述的致密剂为硫酸亚铁或硫酸铁。
8.如权利要求1所述的矿山充填用无机固水材料，其特征在于：所述的消泡剂为无机类消泡剂，包括酰胺、聚醚类、脂肪醇类中的一种或多种的混合物。
9.如权利要求1-8任一项所述的矿山充填用无机固水材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)制备A料：铁铝系活性材料利用磨机磨成比表面积在200-400㎡/Kg范围内的粉剂加入激发剂和消泡剂，通过粉料搅拌机搅拌均匀。
(2)制备B料：将生石灰和石膏经过破碎、均化后利用磨机磨成比表面积在200-400㎡/Kg范围内的粉剂，加入缓凝剂和致密剂，通过粉料搅拌机搅拌均匀。
10.如权利要求1-8任一项所述的矿山充填用无机固水材料和/或如权利要求9所述的制备方法在矿山井下充填、矿山围岩加固、矿山注浆领域中的应用。
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