一种矿产资源边加固边开采的安全绿色开采方法

摘要

本发明公开了一种矿产资源边加固边开采的安全绿色开采方法，其特征在于：将粉煤灰、钢渣和煤矸石分别磨粉、配浆，配浆以后进行过筛，再将浆料进行磁选，选出其中的铁矿，磁选后的浆料进行浮选，选出其中的有价矿物质，得到尾渣，将尾渣制备得到浆料，通过管道和孔洞注入正在开采的矿洞内，凝固得到浇注石支撑体，对采矿区地质进行支撑，在开采的同时对矿洞进行支撑，再对采矿区周围的余矿进行开采。本发明涉及的安全、绿色开采新技术，使资源绿色开发利用与生态修复珠联璧合，使整个矿产资源在一个安全的环境中得到充分开发利用的同时，推进绿色发展、循环发展、低碳发展，而且整个填实工艺在经济上廉价、技术上可靠、环保性能优良。

说明书

技术领域

本发明涉及一种矿产资源边加固边开采的安全绿色开采方法，属 于矿产开采技术领域。

背景技术

由于经济的不断发展，对矿产资源的需求不断的增加，尤其是对 于煤炭和金属矿产资源的需求不断加剧，经济发展的压力时常导致矿 产进入掠夺性的无序开采境地，这更进一步的恶化了矿区的环境，导 致了矿产资源的严重浪费，使得地质灾害频发。虽然近几年我国出台 了很多相关法律法规，矿产回采率正在逐步提高，但与发达国家相比 还是有很大的差距。就以煤炭为例，发达国家煤炭资源的总体回收率 达60%至70%，而我国的回采率平均只有20-30%左右，有些地方甚 至还不到1%。大量地存在着“采一丢一”、“采一丢二”、“吃肥丢瘦”、 “有水快流”只吃“白菜心”现象，造成每年浪费的煤炭达10亿吨 之多。在我国造成回采率低的原因除了矿主为了追求短期经济利益， 采厚弃薄，采易弃难；一些小型煤矿的非法滥采；国家法律法规的不 完善以外；主要原因还是我们房柱式、打眼放炮式的落后、危险的开 采工艺造成的。即使发达国家煤炭资源的总体回收率比我国高出一倍 左右，但也不能做到地下矿产资源开采利用最大化，同样也存在安全 隐患，也会造成地质灾害。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种矿产资源边加固边开采的安全绿色 开采方法。将粉煤灰、煤矸石、钢渣以及建筑垃圾深度资源化回收利 用后的残渣恢复地质结构强度，以提高采矿过程中的安全系数，达到 提高矿产资源的开采率，使矿产资源得到充分的开采利用，既可以使 过去废弃的矿洞重新焕发生命的光辉，也可以保证现今正在开采的矿 山在保证安全的前提下充分开发利用地下矿产资源，同时还不会产生 新的采空区和塌陷区，大幅减少矿产资源的浪费，杜绝了地质灾害。 真正实现矿区的生产与安全同步，矿产开发与绿色同步。

本发明的技术方案。矿产资源边加固边开采的安全绿色开采方 法，包括下述步骤：

a、将粉煤灰配浆，配浆以后进行过筛，过筛粒度为24-300目， 再将浆料进行磁选，选出粉煤灰中的铁矿，磁选后的粉煤灰浆料进行 浮选，选出粉煤灰中的铝土矿、锌矿、铜矿、钼矿和锡矿，得到以硅、 钙为主体的粉煤灰尾渣；

b、将钢渣磨粉，进行配浆，过24-300目筛，进行磁选，选出钢 渣中的铁矿，得到钢渣尾渣；

c、将煤矸石磨粉，过24-300目筛，进行配浆，进行磁选，选出 煤矸石中的铁矿，然后将浆料进行浮选，选出煤矸石中的铝土矿、锌 矿、铜矿、钼矿、锡矿和碳，得到以硅、钙为主体的煤矸石尾渣；

d、对矿山正在开采的采矿区进行地质勘探，根据地质情况，将 粉煤灰尾渣30-70份、钢渣尾渣10-50份、煤矸石粉尾渣10-20份、 石灰1-10份、石膏粉1-10份和发泡剂0.0001-0.0003份兑水调匀， 制备得到浆料，通过管道和孔洞注入正在开采的矿洞内，凝固得到浇 注石支撑体，对采矿区地质进行支撑，在开采的同时对矿洞进行支撑， 保障采矿区地质结构的稳定，再对采矿区周围的余矿进行开采。

上述的矿产资源边加固边开采的安全绿色开采方法，步骤d中， 所述浇注石，按重量组分计，由粉煤灰尾渣40-60份、钢渣尾渣22-40 份、煤矸石粉尾渣12-18份、石灰2-6份、石膏粉2-6份、发泡剂 0.0001-0.0003份制备而成。

上述的矿产资源边加固边开采的安全绿色开采方法，所述发泡剂 为铝粉、碳酸氢无机盐、茶皂素或松香皂。

上述的矿产资源边加固边开采的安全绿色开采方法，所述发泡剂 为铝粉。

上述的矿产资源边加固边开采的安全绿色开采方法，所述浇注 石，还加入5-15份的建筑垃圾残渣。

上述的矿产资源边加固边开采的安全绿色开采方法，步骤d中， 所述浇注石支撑体为柱形、门形或吻合矿洞的拱形。

本发明将深度资源化回收后的粉煤灰、煤矸石、钢渣、建筑垃圾 残渣以及一些微量的发泡剂按一定比例混合、搅拌制浆，利用管道从 预先打好的灌浆口逐步灌入矿洞、采空区，待浆料完全膨胀后，使其 与矿洞四周紧密粘连，特别是矿洞的顶部以及缝隙得到良好地粘连和 填实，待其完全固化后，地质结构的稳定性就可得到彻底恢复。就可 以使地下矿产资源重新得到充分开发利用，可以将未开采到的矿区进 行深入开采。本发明涉及的安全、绿色开采新技术，使资源绿色开发 利用与生态修复珠联璧合，使整个矿产资源在一个安全的环境中得到 充分开发利用的同时，推进绿色发展、循环发展、低碳发展，而且整 个填实工艺在经济上廉价、技术上可靠、环保性能优良。最重要的 是本发明可使地下矿产资源的开发利用达到最大化，矿产资源的总体 回收率达80%至90%，给社会带来极大的社会效益、经济利益和环 境效益。

本发明的浇注石配比方案，将各原料制粉、兑成浆料之后，注入 矿洞、涵洞中凝结，可以缓慢生成水硬性胶凝材料，其主要成分为硅 酸钙，铝酸盐和铁铝酸盐。对于配方中各成分的比例，申请人研究发 现，钢渣添加越多，凝结的浇注石强度越大，但钢渣过多，会造成浇 注石开裂。通过发泡剂，使得浇注石能够膨胀，将未灌入浇注石的空 间填充满，同时不会污染地下水层和土质。该粉煤灰、钢渣和煤矸石 综合利用的浇注石能够减少原石开采，并大大提高粉煤灰、钢渣和煤 矸石的利用面和利用率，带动粉煤灰的资源化利用。本发明配方中的 发泡剂选用铝粉和碳酸氢钠等混凝土发泡剂，优选是铝粉，铝粉发泡 过程稳定、发泡时间方便控制，浇注石发泡凝结的时间通常在一个月 至两年，通过原料中钢渣和石膏含量的配比来进行调控。

经申请人试验，将粉煤灰、钢渣和煤矸石中的铁矿以及其他有价 值的矿产资源选出后，留下了以硅和钙为主体的尾渣，不仅是回收了 其有价值的成本，还降低了浇注石内的铁含量，能提高浇注石的强度， 得到了提高强度的效果。

经申请人试验，本发明配方的试验结果如下表：

本发明在经济上可行：回填原料成本低廉，还能对原料中的有价 值资源进行回收，通过发泡工艺增大浇注石的体积，能进一步减少原 料的用量。原料在有价值成分回收的时候要加工成粉料，原料可以通 过管道运输到浇注回填地点，进一步降低了运输成本。能够以低廉的 成本实现对煤矿以及矿冶地区地下矿洞的回填。同时，回填后的地质 稳定，避免了当地居民的搬迁安置，还能对土地进行再利用，进一步 提高了土地使用价值。

技术上可靠：固化后的浇注石强度相当于50—200标号水泥混凝 土强度，发泡技术可以使矿坑、巷道和采空区各个接触面紧密结合， 特别是顶部，也能把裂缝填实，能够彻底恢复地质结构的稳定性。全 部原料没有可溶于水的有毒可溶性物质污染地下水体，因为有价矿物 质的浮选提取同时也是将可溶于水的有毒有害物质的溶出过程。另 外，发泡人造浇注石中有大量的孔隙，具有透水性，不会改变地下水 走向。

环保性能优良：回填后的矿洞地质稳定，不会污染地下水，不会 改变地下水走向，引发新的地质问题。

综上所述，本发明是一种从经济、技术上均可以实施的无机类工 业垃圾的终极处理方案。

具体实施方式

本发明的实施例1。矿产资源边加固边开采的安全绿色开采方法， 包括下述步骤：

a、将粉煤灰配浆，配浆以后进行过筛，过筛粒度为24-300目， 再将浆料进行磁选，选出粉煤灰中的铁矿，磁选后的粉煤灰浆料进行 浮选，选出粉煤灰中的铝土矿、锌矿、铜矿、钼矿、锡矿以及其他有 价值的矿资源，得到以硅、钙为主体的粉煤灰尾渣；粉煤灰主要成分 是硅、铝、铁和其它少量金属的氧化物，根据各个产地的地质情况不 同，粉煤灰内所含的矿物质也不同，通过现有的浮选工艺，能够将粉 煤灰内有价值矿物质选出，包括但不限于锌矿、铜矿、钼矿、锡矿等。

b、将钢渣磨粉，进行配浆，过24-300目筛，进行磁选，选出钢 渣中的铁矿，得到钢渣尾渣；

c、将煤矸石磨粉，过24-300目筛，进行配浆，进行磁选，选出 煤矸石中的铁矿，然后将浆料进行浮选，选出煤矸石中的铝土矿、锌 矿、铜矿、钼矿、锡矿和碳，得到以硅、钙为主体的煤矸石尾渣；煤 矸石内除了碳之外，主要成分是硅、铝、铁和其它少量金属的氧化物， 根据各个产地的地质情况不同，煤矸石内所含的矿物质也不同，通过 现有的浮选工艺，能够将煤矸石内有价值矿物质选出，包括但不限于 锌矿、铜矿、钼矿、锡矿等。

d、对矿山正在开采的采矿区进行地质勘探，根据地质情况，将 粉煤灰尾渣30-70份、钢渣尾渣10-50份、煤矸石粉尾渣10-20份、 石灰1-10份、石膏粉1-10份和发泡剂0.0001-0.0003份兑水调匀， 制备得到浆料，通过管道和孔洞注入正在开采的矿洞内，凝固得到浇 注石支撑体，对采矿区地质进行支撑，在开采的同时对矿洞进行支撑， 保障采矿区地质结构的稳定，再对采矿区周围的余矿进行开采。所述 发泡剂为铝粉、碳酸氢无机盐、茶皂素或松香皂。碳酸氢无机盐包括 碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸氢镁等金属盐。

浇注石支撑体根据地质条件和设计需要，可以制作为柱形、门形 或吻合矿洞的拱形等各种支撑体的形状。

在浇注石原料中，还可以加入5-15份的建筑垃圾残渣，进一步 回收利用建筑废料。建筑垃圾残渣包括建筑拆除后剩余的混凝土、砖、 陶瓷、玻璃等无机建筑垃圾，将建筑垃圾残渣磨成粉或粒状，即可加 入到浇注石内。

本发明的实施例2。矿产资源边加固边开采的安全绿色开采方法， 包括下述步骤：

a、将粉煤灰配浆，配浆以后进行过筛，过筛粒度为200目，再 将浆料进行磁选，选出粉煤灰中的铁矿，磁选后的粉煤灰浆料进行浮 选，选出粉煤灰中的铝土矿、锌矿、铜矿、钼矿、锡矿以及其他有价 值的矿资源，得到粉煤灰尾渣；

b、将钢渣磨粉，进行配浆，过200目筛，进行磁选，选出钢渣 中的铁矿，得到钢渣尾渣；

c、将煤矸石磨粉，过200目筛，进行配浆，浆料进行浮选，选 出煤矸石中的铝土矿、锌矿、铜矿、钼矿、锡矿和碳，得到以硅、钙 为主体的煤矸石尾渣；

d、对矿山正在开采的采矿区进行地质勘探，根据地质情况，由 粉煤灰尾渣40-60份、钢渣尾渣22-40份、煤矸石粉尾渣12-18份、 石灰2-6份、石膏粉2-6份、发泡剂0.0001-0.0003份兑水调匀，制 备得到浆料，通过管道和孔洞注入正在开采的矿洞内，凝固得到浇注 石支撑体，对采矿区地质进行支撑，在开采的同时对矿洞进行支撑， 保障采矿区地质结构的稳定，再对采矿区周围的余矿进行开采。所述 发泡剂为铝粉，铝粉粒度与各原料粉料的粒度相当。

本发明的实施例3。矿产资源边加固边开采的安全绿色开采方法， 包括下述步骤：

a、将粉煤灰配浆，配浆以后进行过筛，过筛粒度为150目，再 将浆料进行磁选，选出粉煤灰中的铁矿，磁选后的粉煤灰浆料进行浮 选，选出粉煤灰中的铝土矿、锌矿、铜矿、钼矿、锡矿以及其他有价 值的矿资源，得到粉煤灰尾渣；

b、将钢渣磨粉，进行配浆，过150目筛，进行磁选，选出钢渣 中的铁矿，得到钢渣尾渣；

c、将煤矸石磨粉，过150目筛，进行配浆，浆料进行浮选，选 出煤矸石中的铝土矿、锌矿、铜矿、钼矿、锡矿和碳，得到以硅、钙 为主体的煤矸石尾渣；

d、对矿山正在开采的采矿区进行地质勘探，根据地质情况，由 粉煤灰尾渣50份、钢渣尾渣30份、煤矸石粉尾渣15份、石灰4份、 石膏粉4份、发泡剂0.0002份兑水调匀，制备得到浆料，通过管道 和孔洞注入正在开采的矿洞内，凝固得到浇注石支撑体，对采矿区地 质进行支撑，在开采的同时对矿洞进行支撑，保障采矿区地质结构的 稳定，再对采矿区周围的余矿进行开采。

所得浇注石，强度可以达到150-180kg/cm²，该强度强于一般 山体地表结构强度。

本发明的实施例4。矿产资源边加固边开采的安全绿色开采方 法，按照上述实施例制备得到粉煤灰尾渣、钢渣尾渣和煤矸石尾 渣，按重量组分计，由粉煤灰尾渣35份、钢渣尾渣23份、煤矸 石粉尾渣18份、石灰5份、石膏粉5份、建筑垃圾10份、发泡 剂0.0002份制备而成，各原材料粉的粒度为240目，发泡剂为 铝粉。制备得到浆料，通过管道和孔洞注入正在开采的矿洞内，凝 固得到浇注石支撑体，对采矿区地质进行支撑，在开采的同时对矿洞 进行支撑，保障采矿区地质结构的稳定，再对采矿区周围的余矿进行 开采。根据实验，通过凝结，得到的矿渣型浇注石，强度可以达 到120-150kg/cm²。通过浇注石对采空区地质进行支撑，然后再对 采空区周围的余矿进行开采。

本发明的实施例5。按照上述实施例制备得到粉煤灰尾渣、钢 渣尾渣和煤矸石尾渣，按重量组分计，由粉煤灰尾渣55份、钢渣 尾渣27份、煤矸石粉尾渣14份、石灰8份、石膏粉7份、建筑垃 圾10份和发泡剂0.0003份制备得到浇注石支撑体，支撑体采用隧道 中的拱形结构，拱形支撑体中间为通道，对采矿区地质进行支撑，在 开采的同时对矿洞进行支撑，保障采矿区地质结构的稳定，再对采矿 区周围的余矿进行开采。各原材料粉的粒度为180目，发泡剂为铝粉。 得到的浇注石支撑体，强度可以达到110-150kg/cm²。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式 上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质 对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发 明技术方案的范围内。