一种用于全尾砂膏体胶结充填材料的早强复合掺和料

摘要

本发明属于矿山充填技术领域，具体涉及一种用于增强全尾砂膏体胶结充填材料早期强度的复合掺和料。该早强复合掺和料由石膏、石灰、超细石灰石粉按10~20：5~10︰85~70的质量份数混合而成。在全尾砂膏体胶结充填材料中按总固体质量的75‰~125‰添加效果最好。本发明所提供的早强复合掺和料原料来源广泛，生产工艺简单；通过添加本发明所提供的早强复合掺和料，全尾砂膏体胶结充填材料的流动性、稳定性得到了改善，早期抗压强度得到了显著提高，具有较好的环境效益和经济效益。

说明书

技术领域

 本发明属于矿山充填技术领域，具体涉及一种用于增强全尾砂膏体胶结充填材料早期强度的复合掺和料。

背景技术

随着我国国民经济持续、高速增长，采矿工业得到快速发展。采矿工业在为国民经济建设提供原材料的同时也造成了一系列影响自然生态环境和人们社会经济生活的负面问题，如大量土地受到破坏、大量固体废料堆放地表占用大面积土地同时长久作为污染源释放污染物、井下存在大量采空区影响周边地质稳定等问题，这些问题已成为目前亟待解决的重大环境安全问题。

充填采矿技术主要就是为解决井下大量采空区问题所发展的一种技术，它的技术原理简单而言就是将地表固体废弃物经过加工处理重新充填到井下采空区，从而恢复地质结构的稳定性，这种技术具有同时解决地表固体废弃物堆放和填充地下采空区的优点，也是目前解决井下采空区问题的主要方法。

我国目前充填井下采空区所用物料主要有分级尾砂（将一定细度的颗粒分级出来，送到尾砂库堆存）低浓度和全尾砂高浓度胶结充填，存在主要缺陷是在井下需要脱水，容易造成二次污染，并且水泥用量大和早期强度低。现有技术中，胶结剂掺量一般在10%~20%之间（占固体总质量），测试时，1d抗压强度基本测不出甚至尚未凝固，28d时抗压强度也仅在2~3MPa左右。目前国际上较为先进的全尾砂胶结充填技术中，胶结剂掺量在3%~5%作用，其3d抗压强度可达0.2~0.5MPa，7d抗压强度可达0.7~1.0MPa，28d抗压强度在1.0~2.5MPa之间，但是其1d抗压强度也基本无法测出。

从采矿工艺要求来看，充填材料的早期强度（1d，3d和7d）越高，越有利于后续工艺处理。因此，针对现有技术中充填材料在井下二次脱水、早期抗压强度低的缺点，有必要研制一种井下不需脱水、可泵送、水泥用量小、早期抗压强度高的全尾砂膏体胶结充填材料。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于全尾砂膏体胶结充填材料的早强复合掺和料，通过掺合本发明所提供的早强复合掺和料，充填采空区所用的全尾砂膏体胶结充填材料的可泵性、稳定性有所改善，且1d，3d和7d的抗压强度可以显著提高，后期抗压强度也有所增强。

本发明采用的技术方案如下：

一种用于全尾砂膏体胶结充填材料的早强复合掺和料，由石膏、石灰、超细石灰石粉混合而成；

所述石膏选自天然石膏、电厂脱硫石膏中的一种，细度为80μm的方孔筛筛余小于10%，含水率小于2%；

所述石灰是生石灰粉（氧化钙）、消石灰粉（氢氧化钙）中的一种，细度为80μm的方孔筛筛余小于10%，含水率小于2%；

所述超细石灰石粉，其最大粒径小于20μm，平均粒径5~6μm。

所述用于全尾砂膏体胶结充填材料的早强复合掺和料，各原料组分按质量份数计，石膏：石灰︰超细石灰石粉=10~20：5~10︰85~70，其中最佳配比为，石膏：石灰︰超细石灰石粉==15：7︰78。

所述用于全尾砂膏体胶结充填材料的早强复合掺和料，在全尾砂膏体胶结充填材料掺量75%~125‰（以总固体质量计），最佳掺入量为100‰。 

 

本发明所提供的用于全尾砂膏体胶结充填材料的早强复合掺和料可以增加抗压强度的机理是：石灰的作用主要是加快尾砂细颗粒的凝聚，提高料浆钙离子饱和浓度，促进胶结剂的凝结硬化速度，从而提高早期强度。石膏为体系中提供硫酸根离子，促进料浆中高硫型硫铝酸钙晶体（俗称钙矾石）的生产，从而提高早期强度。超细石灰石粉的作用是微集料作用，胶结剂水化产物的成核作用和分散胶结剂的作用；与水泥熟料相比，超细石灰石粉容易加工，可以填充水泥颗粒的空隙，将空隙中水排挤出来，使料浆固体浓度提高，使全尾砂膏体胶结固体更密实、水化产物分布更均匀，从而提高早期强度和后期强度。

本发明与现有技术相比，本发明所提供的早强复合掺和料原料来源广泛，均为工业废弃物或普通的天然矿物，成本低，生产工艺简单，利于工业化生产和推广；通过添加本发明所提供的早强复合掺和料，全尾砂膏体胶结充填材料的流动性、稳定性得到了改善，早期抗压强度得到了显著提高，具有较好的环境效益和经济效益。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的解释说明，以便于本领域技术人员更好的理解和实施本发明所提供的技术方案，但下述实施例并非对本发明的具体限制。

实施例1

一种用于全尾砂膏体胶结充填材料的早强复合掺和料，由电厂脱硫石膏、生石灰粉、超细石灰石粉混合而成；

所述电厂脱硫石膏，细度为80μm的方孔筛筛余小于10%，含水率小于2%；

所述生石灰粉，细度为80μm的方孔筛筛余小于10%，含水率小于2%；

所述超细石灰石粉，其最大粒径小于20μm，平均粒径5~6μm。

所述用于全尾砂膏体胶结充填材料的早强复合掺和料，各原料组分按质量份数计，电厂脱硫石膏：生石灰粉：超细石灰石粉=10：5︰85。

将各组份原料准确计量磨细到规定的细度后，混合搅拌均匀即为山全尾砂膏体胶结充填材料的早强复合掺和料。

全尾砂膏体胶结充填料浆按照《水泥胶砂强度检验方法（ISO）》（GB/T17671-1999）方法进行制备，配制后按照相应的标准测试各项性能，测试结果见下表。其中固体浓度指料浆中固体成分的质量百分比，包括全尾砂、胶结剂、早强复合掺和料和专用泵送剂；胶结剂为建材部门用来检验外加剂性质的基准水泥，掺量以总固体质量计；全尾砂是一种铁矿全尾砂，最大粒径2.0mm，小于20μm的尾砂细颗粒20%；早强复合掺和料为本实施例所制备的，掺量以总固体质量计；专用泵送剂由聚羧酸系超塑化剂粉料和引气剂粉料及增粘剂粉料组成，掺量以总固体质量计；水为城市自来水。其中专用泵送剂的配比(质量比)为聚羧酸系超塑化剂粉料︰引气剂粉料︰增粘剂粉料=0.5︰0.05︰9.45，其中聚羧酸系超塑化剂粉料的减水率超过30%；引气剂粉料为三萜皂苷粉和改性松香热聚物中的一种，增粘剂粉料为改性膨润土，是由天然钙基膨润土经提纯、改性、增粘而成，其性能要求为，由改性膨润土制备的水溶液，当改性澎润土含量为10%时，其水分散体的粘度为3200mPa·S。

实施例2

一种用于全尾砂膏体胶结充填材料的早强复合掺和料，由电厂脱硫石膏、消石灰粉、超细石灰石粉混合而成；

所述电厂脱硫石膏，细度为80μm的方孔筛筛余小于10%，含水率小于2%；

所述消石灰粉，细度为80μm的方孔筛筛余小于10%，含水率小于2%；

所述超细石灰石粉，其最大粒径小于20μm，平均粒径5~6μm。

所述用于全尾砂膏体胶结充填材料的早强复合掺和料，各原料组分按质量份数计，电厂脱硫石膏：消石灰粉：超细石灰石粉=15：7︰78。

将各组份原料准确计量磨细到规定的细度后，混合搅拌均匀即为山全尾砂膏体胶结充填材料的早强复合掺和料。

全尾砂膏体胶结充填料浆按照《水泥胶砂强度检验方法（ISO）》（GB/T17671-1999）方法进行制备，配制后按照相应的标准测试各项性能，测试结果见下表。其中固体浓度指料浆中固体成分，包括全尾砂、胶结剂、早强复合掺和料和专用泵送剂；胶结剂为建材部门用来检验外加剂性质的基准水泥，掺量以总固体质量计；全尾砂是一种铁矿全尾砂，最大粒径2.0mm，小于20μm的尾砂细颗粒20%；早强复合掺和料为本实施例所制备的，掺量以总固体质量计；专用泵送剂由聚羧酸系超塑化剂粉料和引气剂粉料及增粘剂粉料组成，掺量以总固体质量计；水为城市自来水。其中专用泵送剂的配比(质量比)为聚羧酸系超塑化剂粉料︰引气剂粉料︰增粘剂粉料=0.5︰0.05︰9.45，其中聚羧酸系超塑化剂粉料的减水率超过30%；引气剂为三萜皂苷粉和改性松香热聚物中的一种，增粘剂粉料为改性膨润土，是由天然钙基膨润土经提纯、改性、增粘而成，其性能要求为，由改性膨润土制备的水溶液，当改性澎润土含量为10%时，其水分散体的粘度为3200mPa·S。

实施例3

一种用于全尾砂膏体胶结充填材料的早强复合掺和料，由天然石膏、消石灰粉、超细石灰石粉混合而成；

所述天然石膏，细度为80μm的方孔筛筛余小于10%，含水率小于2%；

所述消石灰粉，细度为80μm的方孔筛筛余小于10%，含水率小于2%；

所述超细石灰石粉，其最大粒径小于20μm，平均粒径5~6μm。

所述用于全尾砂膏体胶结充填材料的早强复合掺和料，各原料组分按质量份数计，天然石膏：消石灰粉：超细石灰石粉=20：10︰70。

将各组份原料准确计量磨细到规定的细度后，混合搅拌均匀即为山全尾砂膏体胶结充填材料的早强复合掺和料。

全尾砂膏体胶结充填料浆按照《水泥胶砂强度检验方法（ISO）》（GB/T17671-1999）方法进行制备，配制后按照相应的标准测试各项性能，测试结果见下表。其中固体浓度指料浆中固体成分，包括全尾砂、胶结剂、早强复合掺和料和专用泵送剂；胶结剂为建材部门用来检验外加剂性质的基准水泥，掺量以总固体质量计；全尾砂是一种铁矿全尾砂，最大粒径2.0mm，小于20μm的尾砂细颗粒20%；早强复合掺和料为本实施例所制备的，掺量以总固体质量计；专用泵送剂由聚羧酸系超塑化剂粉料和引气剂粉料及增粘剂粉料组成，掺量以总固体质量计；水为城市自来水。其中专用泵送剂的配比(质量比)为聚羧酸系超塑化剂粉料︰引气剂粉料︰增粘剂粉料=0.5︰0.05︰9.45，其中聚羧酸系超塑化剂粉料的减水率超过30%；引气剂为三萜皂苷粉和改性松香热聚物中的一种，增粘剂粉料为改性膨润土，是由天然钙基膨润土经提纯、改性、增粘而成，其性能要求为，由改性膨润土制备的水溶液，当改性澎润土含量为10%时，其水分散体的粘度为3200mPa·S。

实施例4

一种用于全尾砂膏体胶结充填材料的早强复合掺和料，由天然石膏、消石灰粉、超细石灰石粉混合而成；

所述天然石膏，细度为80μm的方孔筛筛余小于10%，含水率小于2%；

所述消石灰粉，细度为80μm的方孔筛筛余小于10%，含水率小于2%；

所述超细石灰石粉，其最大粒径小于20μm，平均粒径5~6μm。

所述用于全尾砂膏体胶结充填材料的早强复合掺和料，各原料组分按质量份数计，天然石膏：消石灰粉：超细石灰石粉=15：10︰75。

将各组份原料准确计量磨细到规定的细度后，混合搅拌均匀即为山全尾砂膏体胶结充填材料的早强复合掺和料。

全尾砂膏体胶结充填料浆按照《水泥胶砂强度检验方法（ISO）》（GB/T17671-1999）方法进行制备，配制后按照相应的标准测试各项性能，测试结果见下表。其中固体浓度指料浆中固体成分，包括全尾砂、胶结剂、早强复合掺和料和专用泵送剂；胶结剂为建材部门用来检验外加剂性质的基准水泥，掺量以总固体质量计；全尾砂是一种铁矿全尾砂，最大粒径2.0mm，小于20μm的尾砂细颗粒20%；早强复合掺和料为本实施例所制备的，掺量以总固体质量计；专用泵送剂由聚羧酸系超塑化剂粉料和引气剂粉料及增粘剂粉料组成，掺量以总固体质量计；水为城市自来水。其中专用泵送剂的配比(质量比)为聚羧酸系超塑化剂粉料︰引气剂粉料︰增粘剂粉料=0.5︰0.05︰9.45，其中聚羧酸系超塑化剂粉料的减水率超过30%；引气剂为三萜皂苷粉和改性松香热聚物中的一种，增粘剂粉料为改性膨润土，是由天然钙基膨润土经提纯、改性、增粘而成，其性能要求为，由改性膨润土制备的水溶液，当改性澎润土含量为10%时，其水分散体的粘度为3200mPa·S。

实施例5

一种用于全尾砂膏体胶结充填材料的早强复合掺和料，由电厂脱硫石膏、生石灰粉、超细石灰石粉混合而成；

所述电厂脱硫石膏，细度为80μm的方孔筛筛余小于10%，含水率小于2%；

所述生石灰粉，细度为80μm的方孔筛筛余小于10%，含水率小于2%；

所述超细石灰石粉，其最大粒径小于20μm，平均粒径5~6μm。

所述用于全尾砂膏体胶结充填材料的早强复合掺和料，各原料组分按质量份数计，电厂脱硫石膏：生石灰粉：超细石灰石粉=20：5︰75。

将各组份原料准确计量磨细到规定的细度后，混合搅拌均匀即为山全尾砂膏体胶结充填材料的早强复合掺和料。

全尾砂膏体胶结充填料浆按照《水泥胶砂强度检验方法（ISO）》（GB/T17671-1999）方法进行制备，配制后按照相应的标准测试各项性能，测试结果见下表。其中固体浓度指料浆中固体成分，包括全尾砂、胶结剂、早强复合掺和料和专用泵送剂；胶结剂为建材部门用来检验外加剂性质的基准水泥，掺量以总固体质量计；全尾砂是一种铁矿全尾砂，最大粒径2.0mm，小于20μm的尾砂细颗粒20%；早强复合掺和料为本实施例所制备的，掺量以总固体质量计；专用泵送剂由聚羧酸系超塑化剂粉料和引气剂粉料及增粘剂粉料组成，掺量以总固体质量计；水为城市自来水。其中专用泵送剂的配比(质量比)为聚羧酸系超塑化剂粉料︰引气剂粉料︰增粘剂粉料=0.5︰0.05︰9.45，其中聚羧酸系超塑化剂粉料的减水率超过30%；引气剂为三萜皂苷粉和改性松香热聚物中的一种，增粘剂粉料为改性膨润土，是由天然钙基膨润土经提纯、改性、增粘而成，其性能要求为，由改性膨润土制备的水溶液，当改性澎润土含量为10%时，其水分散体的粘度为3200mPa·S。

上述实施例针对所制备的早强复合掺合料的原料比例进行了适当变化，从检测数据可以发现，针对早期抗压强度均起到了增强作用，因此根据地质结构及使用目的不同，可以针对早强复合掺合料的配比进行适当调整以满足多种用途需求。并且，将实施例2所制备的早强复合掺合料掺入全尾砂膏体胶结充填料浆后，各项性能指标均得到较大程度优化，尤其是早期的抗压强度得到了较大提升，能够较好的满足施工需求。故，实施例2配比为早强复合掺合料制备的最佳配比。

上述各实施例是本发明的较佳实施例，并非对本发明的限制，本领域技术人员可根据使用目的的差别对相应的原料配比或原料种类进行调整，但均应当认为在本发明专利请求保护的范围之内。