充填胶凝材料的发展与应用
矿山充填胶凝材料的研究及应用
建材发展导向2020年第3期矿山充填胶凝材料的研究及应用杨坤（山东鲁碧建材有限公司，山东济南271103）摘要：当前我国综合实力不断的提高,经济也在快速发展,但是我国国内采矿工业装备比较落后,技术水平不高,基础薄弱,使得采矿业的安全事故频发,矿山企业对于环保问题没有引起重视,使得矿山企业可持续发展过程中受到诸多的阻碍。
面对如此严峻的资源、环境、安全等形势,矿山企业必须要采取科学的方法才能够在新时期激烈的市场竞争中保持自己的竞争优势。
胶结充填技术作为深井和特殊矿床的一种非常有效的开采技术,在目前正在逐渐地应用,并且成为科学采矿的一个重要的方向。
关键词：矿山充填;胶凝材料;应用1胶凝充填材料简介所谓胶凝充填材料,它指的是根据一定的比例,将胶凝材料、细砂、尾砂等细骨料加入适量的水混制而成的一种填料浆,通过管道、钻孔等方法运输到地下深井地区,能够形成一定强度的充填体,使得井下能够保证一定的安全。
这种材料不仅仅能够使得相关的人员在采矿过程中保证自己的安全,还能够减少相应的固体废弃物的排放。
对矿山及时进行充填,不仅可以快速有效地回填采空的地区,防止周围的岩石掉落,还能够快速的形成新的工作面,缩短开采循环周期,进而能够提高矿石的回收率,充分的利用我们有限的矿产资源。
目前充填胶凝材料可以分为以下几类:普通硅酸盐水泥复合水泥体系、高水及超高水充填材料体系以及碱激发胶凝材料体系,硅酸盐水泥,它是应用最早的,并且也是应用最为广泛的一种胶凝材料,它最初产生的时间是在上个世纪六七十年代,它是通过硅酸盐水泥来作为一种胶凝材料,进而混合水和其他的细骨料,通过拌合之后由管道输送到地下充填区进行充填,但是这种方法操作起来非常的复杂,难度较高,所以后面慢慢的被其他的胶凝材料所替代。
目前主要采取的是用天然砂、尾砂来作为一种胶结充填的材料。
所以为了弥补硅酸盐水泥胶凝材料的不足,相关的人员又研究出来高水及超高水充填材料体系和碱激发胶凝材料体系,这两种方法用料较少,凝固的时间短,有助于快速的充填,所以被广泛的应用到矿山开采的过程中去。
探究采矿工程中充填技术的应用与发展
探究采矿工程中充填技术的应用与发展摘要：随着我们国家矿山的不断开采，在开采过程中产生的土地塌陷补偿费用逐年增加，越来越高。
结果表明：采空区采煤成本的增加与开采引起的地面塌陷造成的吨煤成本相当。
中国是一个富有丰富矿产资源的国家，同时也是最大的存储和资源消耗大的国家，在开采过程中，周围环境和表面被破坏的同时，开采成本也会随之上升，周边的环境也会受到影响，也极易造成安全隐患。
采空区充填技术可以减少周围环境和地表的破坏，降低废物的排放率。
能很好地处理废弃物污染并减少对耕地的破坏、提高了资源回收率。
该技术在采矿工程中得到广泛应用，并得到很好的实施和使用。
本文笔者根据工作实践经验对采矿工程中充填技术的应用与发展进行了分析探讨。
关键词：采矿工程；充填技术；应用；发展1充填技术在采矿工程中的应用1.1水利充填法在我国最早出现的充填技术就是充填的方法。
水利充填其自身的原理主要是把固体材料当作浆料形成充填体，使用长距离的输送，其自身的优势就是成本并不高，并且其自身的传输效率相对较高，同时不需要受到季节以及地形制约制。
并且，当前我们国家已经成功的对于高浓度浆体管道其自身直流输送的过程进行了研究。
1.2胶结充填法水泥充填法主要是把一些废弃材料当成是水泥的充填体，在工程里获得了非常普遍的使用。
填料尾砂里拥有很多的颗粒，其自身胶结的面积不断的提升，体系其自身触变性构成。
当前，高尾砂胶结充填技术在我们国家已经比较成熟，在采矿工程里也获得了非常普遍的使用。
其自身的应用率能够达到80%，材料输送的质量也达到了70%。
1.3膏体充填法当前，膏体充填法在我们国家的应用和发展还算不上十分的完善，其本身与其他的填充技术进行比较则是相对落后的。
膏体充填方式自身的质量因为受到了其本身混合形式以及含水量，还有混合质量以及构成等多种因素的影响。
令膏体充填法在技术上使用变得异常复杂，其本身的技术含量可以说也是比较高的，同时其自身所完成的操作管理过程也非常的复杂，会使用到非常多的实践分析以及对其进行以及持续的优化。
科技成果——绿色充填胶凝材料研发及尾砂似膏体制备采矿技术
科技成果——绿色充填胶凝材料研发及尾砂似膏体制备采矿技术所属领域环保与资源综合利用成果简介随着我国对环境保护越来越重视，充填采矿技术得到越来越广泛应用。
通常仅用于有色、黄金、贵金属等高价值矿体开采的全尾砂充填采矿法，近10年来已在铁矿、煤矿等低价值资源开发中应用，并且具有逐年发展趋势。
与其他采矿方法相比，充填法采矿不仅采矿工艺复杂，生产能力低，而且充填采矿成本高，因此采矿经济效益差，影响充填采矿技术推广应用。
特别对于低品位大型铁矿，通常以水泥作为胶凝材料实施全尾砂充填法开采，其胶结充填体强度低，水泥用量大，导致充填采矿成本居高不下，显著降低充填采矿经济效益。
近10多年来，人们一直在探索低成本充填胶凝材料以及膏体充填技术。
以胶固粉为代表的新型充填胶凝材料在充填矿山中应用，获得显著的经济、社会和环保效益。
胶固粉一类新型充填胶凝材料以矿渣为主，与复合激发剂（C料）在矿山制备。
近年来，随着我国对环保重视和管理，对钢铁和水泥产业限产，作为水泥掺合料的矿渣成为一种宝贵的短缺资源，其材料成本在逐年提高且供不应求；由于激发剂成本提高和远距离运费，由此制备的胶固粉一类全尾砂充填胶凝材料成本逐年提高，目前基本上接近42.5普通硅酸盐水泥材料成本。
钢渣、脱硫石膏、氟石膏、磷石膏、电石渣、鎂渣等低品质固体废弃物资源，由于其活性低、资源化利用成本高，作为水泥掺合料存在安定性等问题，因此资源化利用率低，目前仍是名副其实的固体废弃物。
本项目利用钢渣等低品质固体废弃物，开发全固废绿色充填胶凝材料，以及超细尾砂似膏体制备技术，在充填矿山尤其是低价值充填矿山应用，不仅能够显著降低充填采矿成本，而且还可以实现低品质固体废弃物资源化高附加值和规模化利用。
本项目核心技术成果开发出的全固废绿色充填胶凝材料，与水泥和胶固粉相比，充填材料成本大约是水泥或胶固粉成本的50%-70%，而固废废弃物利用100%，其中较难利用的钢渣、脱硫石膏等低品质固体废弃物利用率将达到55%以上。
胶凝材料的用途
胶凝材料的用途胶凝材料是一类广泛应用于建筑、工程和家居装修中的材料，具有粘接、填缝、修补和加固等多种作用。
它们由胶粘剂和填料组成，通过固化过程形成坚固的结构。
以下将介绍几种常见的胶凝材料及其用途。
1. 水泥：水泥是一种常见的胶凝材料，主要由石灰、硅酸盐和铝酸盐等原料经过煅烧而成。
水泥广泛应用于建筑行业，用于制作混凝土、砌块、砖块、地板和墙面等结构材料。
水泥还可以用于修补和加固混凝土结构，提高其强度和耐久性。
2. 石膏：石膏是一种由石膏石经过研磨和加水而成的胶凝材料。
它具有良好的耐火性和保温性能，广泛应用于建筑和装饰行业。
石膏可以制作各种装饰构件，如天花板、墙面和雕塑等。
此外，石膏还可以用于制作石膏板和石膏砖，用于室内隔墙和隔音。
3. 胶粘剂：胶粘剂是一种将两个或多个材料粘合在一起的胶凝材料。
它具有粘接强度高、耐久性好和施工方便等特点。
胶粘剂广泛应用于家居装修、木工制作和汽车制造等领域。
例如，木工胶可以用于制作家具、地板和门窗等；建筑胶可以用于粘接瓷砖、玻璃和金属等。
4. 密封胶：密封胶是一种用于填充和密封缝隙的胶凝材料。
它具有良好的弹性和耐候性，能够防止水、气体和灰尘的渗透。
密封胶广泛应用于建筑和汽车行业，用于填充建筑物的接缝和汽车的密封件。
例如，硅酮密封胶可以用于玻璃幕墙的安装和维修。
5. 粘合剂：粘合剂是一种将两个或多个材料粘合在一起的胶凝材料。
它具有粘接强度高、耐久性好和耐高温的特点。
粘合剂广泛应用于航空航天、电子和制药等领域。
例如，环氧树脂粘合剂可以用于飞机和汽车的制造，提高结构的强度和稳定性。
胶凝材料在建筑、工程和家居装修中起到了重要的作用。
它们能够实现材料的连接、修补、填充和加固，提高结构的强度和耐久性。
随着科技的进步，胶凝材料的种类和性能不断改进，将为各行各业带来更多的创新和发展。
充填基胶凝材料
矿山充填基胶凝材料北京菲恩科技有限公司Beijing Fine Technology Co.,Ltd目录1 矿山充填简介.................................................................................. 错误!未定义书签。
2 矿山充填基胶凝材料概况.............................................................. 错误!未定义书签。
3 充填基胶凝材料原料...................................................................... 错误!未定义书签。
4 充填基胶凝材料生产工艺和装备.................................................. 错误!未定义书签。
5 充填基胶凝材料与传统水泥比较.................................................. 错误!未定义书签。
6 结论.................................................................................................. 错误!未定义书签。
11 矿山充填简介1.1充填技术及充填材料进入工业社会以来，人类对能源的需求日益增大。
矿山中蕴含着大量能源物质，特别是煤炭，我国未来的发展对其的依赖还很巨大。
矿山开采在带来矿产资源的同时，也是诱发地质灾害和污染环境的直接因素。
其中最为突出的就是地表沉陷。
矿山充填是治理开采沉陷的有效手段，国内外学者对其进行了大量研究，提出了许多行之有效的方法。
自20世纪50年代以来，我国矿山充填技术的发展大致经历了四个阶段：50年代为废石干式充填的全盛时期；60年代发展应用分级尾砂水力充填、碎石水力充填和混凝土胶结充填；70～80年代广泛应用以分级尾砂和天然砂作为充填料的细砂胶结充填技术；90年代全面发展了全尾砂胶结充填、块石砂浆胶结充填、碎石水泥浆胶结充填和膏体泵压输送胶结充填等新技术，促进了我国采矿技术的进步和采矿工业的发展。
矿山充填胶凝材料的研究现状及发展趋势_郑娟荣
矿山充填胶凝材料的研究现状及发展趋势中国矿业大学北京校区高水材料所 郑娟荣 孙恒虎摘 要:本文简要介绍了矿山充填材料的作用及要求,分析了矿山充填胶凝材料的研究现状及存在的问题,预测了矿山充填胶凝材料的发展趋势。
关键词:充填胶凝材料 研究现状 发展趋势 充填材料是充填在地下采矿后所形成的空硐所需要的材料,充填材料又分为干式充填材料、水力充填材料和胶结充填材料。
充填胶凝材料就是胶结充填材料中的胶结剂。
1 充填材料的作用及要求在充填过程中,填充所形成的充填体,其主要作用是:形成回采时的工作平台,支撑矿体上下盘岩石,提高矿柱的承载能力,控制岩移并为二步骤回采创造条件。
当采用胶结充填建造人工矿柱时,充填体的自立和强度便是决定二步骤回采能否进行的前提。
干式充填和水力充填所形成的充填体为松散体,而胶结充填所形成的充填体为固结体。
两种充填体的充填致密程度不一样,强度也不相同,因而对支撑围岩所产生的次生应力场和应力值就有所区别。
两种充填体的可压缩性也不相同,而可压缩性又会影响到充填体的密实接顶和承载效果。
当实行二步骤回采时,矿柱的承载能力和稳固性就会随着矿房充填体的密实程度和强度的提高而提高。
松散型充填体一旦部分或全部解除边界约束,则会产生破坏,并会造成采场内大量矿石的丢失或贫化。
而胶结型充填体,因含有一定比例的胶凝材料,使其自身具有足够的强度和整体性,如果部分或全部去掉周边的约束,也不可能坍塌。
这样,能够进行二步骤回采的采场,先用胶结充填回采矿房,而后再进行矿柱回采,从而可以大大提高矿石的回采率和采场的作业效率。
这可以说是采矿工业中具有深远意义的一场变革。
按照回采工艺时充填体强度的不同要求,充填体有高、中、低标号之分[1]。
高标号充填体———大于或等于4MPa。
主要用于下向分层充填的人工假顶,采场人工底柱以及三下〔水体下,建(构)筑物下、铁路下〕开采保护地表的充填。
中标号充填体———2MPa左右。
主要用于上向分层进路的回采,上向水平分层的铺面,以及房柱式采矿方法第一步骤回采矿房后的充填。
采矿工程中充填技术的应用与发展
采矿工程中充填技术的应用与发展随着我国采矿技术的不断发展，井下充填技术也得到了广泛应用。
在采矿过程中，充填技术主要采用的还是水力充填和胶结充填，充填可以提高矿产的回收率，促进采矿工程的总体效率以及安全性，提高采矿企业的经济效益，推动采矿工程的快速发展。
这些充填技术能够适用各种煤矿环境，更好的处理采矿工程中所遇到的问题，在我国采矿工程中起着非常重要的作用。
此外，采矿工程中充填技术的应用与发展，在很大程度上提升了采矿企业的经济效益，促进了采矿技术的发展。
本文主要阐述了充填技术在采矿工程中的应用和发展，并且针对问题，提出合理的解决措施。
标签：采矿工程；充填技术；应用；发展引言在我国社会经济持续发展的大势头下，采矿行业也在发展。
我国采矿企业在激烈的市场竞争之下，不断更新采矿技术。
在采矿技术的应用上，充填技术得到了比较广泛的应用，是一种相对先进、安全的采矿技术，在实际应用中，能够提升矿产的回采率，对于采矿工程的整体效率和安全性都有一个大的提升，使采矿企业能够获得较高的经济效益，促进了采矿企业的稳定发展。
1采矿工程中采用的填充技术1.1水力充填法水力充填法是一种应用最早的充填技术，目前这项技术已经成为“三下”煤层，特厚煤层开采的关键顶板管理技术。
水力充填法的原理是把固体物料作为浆体或膏体，在通过远距离进行传送，其特点就是成本低，传送效率高，并且不会受到季节和地势的影响。
如今我国也已经研究成功了高浓度浆料管道直流输送工艺。
1.2胶结充填法胶结充填法是以尾料作为材料进行胶结充填的，被采矿工程广泛应用。
充填物所选择的尾料包含很多的颗粒，对此胶结面积增大，形成了触变性质体制。
目前，高浓度全尾矿胶结填充技术已经相对成熟，被采矿工程广泛应用，应用率高达80%，物料传送质量高达70%。
1.3膏体充填法当前我国关于膏体充填法的研究应用还不够完善，和其他充填技术比较还处于初级阶段。
该充填方法的质量受到多种因素的影响，如搅拌质量、搅拌方式、水分含量、颗粒成分等等，并且膏体充填法在工艺上比上述两种方法要復杂，技术含量更高，操作管理流程也比较复杂，还需要在实践中不断地深入和完善。
全尾砂胶结充填技术在金属矿山的应用与发展...
全尾砂胶结充填技术在金属矿山的应用与发展摘要：全尾砂胶结充填是充分利用尾矿资源，实现矿山无废开采，同时也是将尾砂视为一种远景资源储存于井下，待将来技术经济成熟再对其进行二次开发利用来满足国民经济发展的需要，是现代采矿工业中一项有利于矿业可持续发展的新技术。
全尾砂胶结充填是以没有进行分级脱泥的的全粒级尾砂作为充填骨料，与一定比例的胶结材料和水混合均匀搅拌后充入井下采空区的一种充填方式。
分级尾砂充填工艺是对尾砂先进行分级脱泥处理，这样使得充填体料浆进入采场更迅速地脱水，充填体的强度也可以得到明显的提高，因此，分级尾砂充填工艺已被国内外矿山广泛应用，但此工艺造成了充填骨料的来源不足，同时生产出来的细泥尾砂给堆坝增加了难度，提高了尾矿库的建设成本。
随着技术经济的发展，推广全尾砂胶结充填作为一种新型高效的充填方式，最大限度的利用尾矿资源，以减少对环境的污染和资源的浪费。
1.全尾砂充填的意义随着现代科技和工业生产的高速发展，矿产需求量迅速增加，金属矿产资源的开发利用引发的地表破坏和尾砂排放，将带来资源、环境和安全等诸多问题。
通过利用全尾砂对采空区进行有效充填，可以从根本上解决矿产资源开采带来的环境和安全问题，同时还能充分地回收矿产资源，对促进采矿工业与资源、环境、安全和经济的协调发展有着重要的意义。
1、减少矿山固体废料排放，实现无尾化矿山生产，避免了尾砂的工业占地，节省尾矿库征地、建设和维护费用，同时也避免了可能造成的对大气、水体、土壤的污染，对保护地表生态环境具有重要的意义。
2、可以有效地阻止岩层发生明显的移动，防止地表塌陷，实现“三下”安全开采和优先开采下部或下盘富矿而不造成矿产资源的破坏，保护远景资源。
3、可以有效地控制地压，控制局部和区域岩层片落破坏，提高回采作业的安全性，减小采场冒顶事故风险，同时还可以缓解深井开采时岩爆的威胁。
4、通过尾砂充填可以安全地对残矿进行回采，从而提高矿石回采率，提高矿山经济效益。
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充填胶凝材料的发展与应用收稿日期:2007-10-08作者简介:赵传卿(1969—),男,山东临朐人,高级工程师,北京科技大学土木与环境工程学院博士研究生,主要从事矿山管理与技术研究工作;北京市海淀区学院路30号,北京科技大学土木与环境工程学院394#信箱,100083赵传卿,胡乃联(北京科技大学土木与环境工程学院)摘要:胶结材料是充填采矿技术中最为重要的因素,胶结材料的变化有时会引起采矿方法的变革;胶结剂作为胶结充填材料的主要材料之一,在矿山充填采矿工艺中占有重要地位。
文中对主要的几种矿山充填胶凝材料(如高水固结材料、赤泥胶结材料、矿渣胶结材料、全砂土固结材料、矿山尾砂固结材料等)进行了详细阐述。
胶凝材料将向缩短凝固时间、低成本、高强度、易输送、易生产、工艺简单等方向发展,胶凝材料具有广阔的研究、发展和应用前景。
关键词:胶结充填采矿;胶凝材料;发展与应用中图分类号:T D853134 文献标识码:B 文章编号:1001-1277(2008)01-0025-050 引 言充填采矿法具有损失率小、贫化率低、安全性高等优点,也是能有效控制矿山地压活动的采矿方法。
随着采矿逐步向深部发展,地温、地压的增加,以及对环境、资源保护的不断强化,人们越来越注重人与自然环境的和谐发展,充填采矿法得到了更大的发展,越来越多的矿山采用充填采矿方法[1]。
、复杂、特殊条件矿床的一种行之有效的开采技术,在世界上还只有半个多世纪的历史。
胶结充填技术以其特殊的工艺、突出的优点、可喜的前景而日益广泛地被应用。
它能更充分地满足保护资源、保护环境、提高效益、保证矿山可持续研发的要求。
胶结充填经历了低强度混凝土胶结充填、低浓度尾砂胶结充填、全尾砂高浓度胶结充填、全尾砂膏体胶结充填、块(碎)石胶结充填、高水速凝尾砂胶结充填、似膏体胶结充填等模式,每种模式都给充填技术带来了巨大的进步,甚至产生质的飞跃,有的可以说是采矿业的革命。
每一种充填模式的诞生,都是和充填材料(包括胶凝材料、惰性材料、各种物料)结合在一起的。
随着充填采矿技术,特别是胶结充填采矿技术的日益发展,使矿山许多复杂的技术问题得到了很好的解决,在深部开采、保护地表、“采富保贫”、“三下开采”、降低贫化率和损失率、防止内因火灾、减缓岩爆发生、有效控制地压活动等方面发挥了巨大的作用。
胶结材料是充填技术中最为重要的因素之一,胶结材料的改变会引起充填技术的改变,也能引起采矿方法的变革;胶结剂作为胶结充填材料的主要材料之一,在矿山充填采矿工艺中占据了重要地位。
充填体固化时间及强度是影响采矿周期及损失贫化的重要因素,充填成本的高低直接影响着矿山经济效益。
所以研究开发新的适合于矿山充填的胶结材料是国内外采矿界一直共同关注和研究的课题。
1 充填材料概述充填采矿法采矿经历了几十年的发展,已使胶结充填技术日臻完善,并获得推广应用。
在20世纪90年代后充填技术成果主要体现在充填材料、充填工艺和充填体力学等方面。
这里仅就充填材料的发展与应用情况作一详细评述。
充填工艺与技术的发展,经历了废石干式充填、分级尾砂和碎石水力充填、混凝土胶结充填、以分级尾砂和天然砂作为充填料的细砂胶结充填、废石胶结充填、高浓度全尾砂胶结充填和膏体泵送胶结充填的发展过程。
可见,胶结充填材料可随着采矿充填工艺的发展而发生变化。
胶结材料在充填采矿中的作用越来越大,其发展速度之快主要是近些年的事情。
废石干式充填采矿法、水砂充填采矿法主要应用于50～60年代为控制地压活动、防止地表下沉,所以比较初级,也没有用胶结充填材料。
20世纪60～70年代,应用和开发尾砂胶结充填技术。
在这一时期的胶结充填均为传统的混凝土充填,即完全按建筑混凝土的要求及工艺制备和输送胶结充填料。
所以这一时期的胶凝材料就是建筑行业用的水泥。
70～80年代,细砂胶结充填材料的研究与应用得到较大推广与应用。
细尾砂胶结充填以尾砂、河砂、天然砂、棒磨砂等材料作为胶结骨料,胶结剂主要为水泥。
开始应用的矿山主要有凡口铅锌矿、玲珑金矿、焦家金矿等,以后也得到了广泛的推广与应用。
20世纪80～90年代,随着采矿业的发展,原来的充填工艺已不能满足回采工艺和进一步降低采矿成本或环境保护的需要,因而陆续研发了高浓度充填、膏体充填、废石胶结充填、全尾砂胶结充填、高水材料充填、似膏体充填等新技术。
这个阶段,充填胶凝材料也得到了采矿业界及矿业专家的重视和空前的发展。
主要的胶凝材料有高水固结材料、赤泥胶结材料、矿渣胶结材料、全砂土固结材料、矿山尾砂固结材料等。
其发展趋势向缩短凝固时间、低成本、高强度、易输送、易生产、工艺简单等方向发展,但水泥仍为矿山工程及井下充填应用最广泛的胶凝材料。
矿山充填材料主要由骨料和胶结剂两部分组成,骨料大多就地选取廉价的可用物料,不足部分就近选料破碎加工,而胶结剂绝大多数矿山选用普通硅酸盐水泥或矿渣水泥,少量矿山掺入粉煤灰、赤泥、石灰等物料。
为适用于矿山充填特点的专用水泥还不多见。
尾砂作为一种廉价的矿山废料,大量用于矿山充填具有十分重要的意义,一方面可以解决矿山充填材料的来源问题,另一方面解决了矿山工业废料造成环境污染和占用耕地的问题。
过去只有分级尾砂被利用,随着高浓度胶结充填工艺的进一步完善和膏体充填工艺、高水充填技术的发展,全尾砂将得到很好的利用,并逐步取代其他充填材料,成为矿山企业主要的充填骨料。
除了常规的充填材料,如砂石集料、水泥、粉煤灰、炉渣以及水之外,在充填料制备之前或混合之后直接加入的材料———外加剂,已在国内外一些矿山开始研究和试用。
例如,速凝剂可以用来缩短凝固时间,缓凝剂可以用来延缓凝固时间,减水剂可以用来改善和易性和提高强度,减阻剂可以用来降低高浓度物料的管道输送阻力等,其目的是为了提高充填料的物理性能和改善经济性。
包括强度、稳定性、可输送性、可泵性、和易性以及浇注性,这些特性用来满足充填与采矿工程需要。
特别是减水技术和水化过程控制技术已在国外矿山生产中应用。
许多化学添加剂,如絮凝剂、减水剂、泥浆杂物快速固化剂等在矿山应用还不多,依赖水泥单一品种的局面将会改变。
2 充填胶凝材料的发展与应用2.1 水 泥目前,建筑工程及采矿工程中使用的水泥主要有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥等。
硅酸盐水泥仍然是目前采矿工程中应用最广泛的胶凝材料。
凡以适当成分的生料(氧化钙64%～68%,氧化硅21%～23%,氧化铝4%～7%,氧化铁3%～5%)烧至部分熔融,所得的以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料,加入适量石膏和一定量的混合材料,磨细制成的水硬性胶凝材料,称为硅酸盐水泥(也叫波特兰水泥)。
硅酸盐水泥是目前矿山充填应用最广泛的胶凝材料,其比表面积一般为3000～3500c m2/g。
在矿山充填中,水泥与充填骨料及水混合后,发生物理化学反应形成胶体,进而凝固形成具有一定强度的充填胶结体。
具有代表性的水泥胶结充填材料主要有:低浓度尾砂胶结充填材料、细砂高浓度胶结充填材料、全尾砂高浓度胶结充填材料和膏体胶结充填材料,以上充填材料工艺已广泛应用于矿山的井下充填中。
2.2 赤 泥赤泥胶结充填剂是利用赤泥的活性,研究开发出的一种低成本和优良性能胶结材料。
由于烧结法特殊的生产过程,从而使赤泥的化学成分、颗粒级配及物理力学性能等方面具有许多特点,其中赤泥的潜在水硬活性是最具利用价值的特性之一。
针对赤泥的潜在活性特点及物理特性,可采用加热活化、添加活性激化剂等方法,使赤泥的活性得到激化和提高。
其中添加活性激化剂的方法对矿山充填更具重要意义,它可使赤泥不经煅烧而直接加以利用。
同时由于矿山充填时充填料均以浆状输送至井下,含有一定水分的赤泥可满足技术要求,可省去热耗大、成本高的烘干过程。
赤泥活性激化剂使赤泥中原存在的自由水转变为结晶水、胶凝水,最终使赤泥胶结硬化。
正是由于赤泥的上述物化特性,构成了被开发为矿山充填用胶结剂的技术基础。
赤泥胶结充填剂的矿山充填性能远优于水泥胶结充填料,主要表现在:(1)由于赤泥比表面积大、颗粒内部毛细孔发育,其保水性能好,料浆不脱水浓度低,赤泥全尾砂料浆的不脱水浓度为58%,比水泥全尾砂料浆78%的不脱水浓度降低了20个百分点。
(2)由于赤泥含有大量黏粒及胶粒,故料浆稳定性好,赤泥全尾砂料浆在流动性很好的低浓度条件下,亦能保证料浆的稳定性,料浆不产生离析,充入空区具有很好的流平性,这一性能对于窄长的充填工作面及缓倾斜工作面的充填接顶具有十分重要的意义。
(3)破坏后的愈合能力强。
当赤泥胶结充填体产生微裂破坏后,能愈合而重新获得强度,并且其强度还会继续增长。
(4)比全尾砂的胶结性能优良。
高效赤泥胶结剂与全尾砂按1∶4的配合比混合,其试块28d的单轴抗压强度是强度等级4215硅酸盐水泥与全尾砂按1∶4配比混合试块28d单轴抗压强度(0.93MPa)的2.7倍。
赤泥胶结充填于20世纪90年代在山东湖田铝土矿应用成功,并在山东莱芜铁矿开展了赤泥全尾砂胶结充填工业试验,其试验效果良好。
2.3 高水速凝胶结材料高水速凝尾砂胶结充填材料(简称高水材料)是80年代末90年代初研究成功的新型的胶凝材料。
高水材料是以铝矾土、石灰、石灰石和石膏为主要原料,配以多种无机原料和添加剂等经过破碎、烘干、配料、均化、烧制以及粉磨等工艺,制成甲、乙两种固体粉料。
主要包括高铝水泥、石灰、石膏、速凝剂、解凝剂、悬浮剂等,一般加入全尾砂作为填料。
高水材料具有固水能力强、单浆悬浮性和流动性强、凝固速度快、强度增长速度快等特点,可以将高比例的水迅速凝固成具有一定承载能力的固体。
其体积含水率可高达70%以上,1h凝固强度可达0.5～1.0MPa。
在需要快速充填和固结的条件下具有优势。
规模应用高水固化胶结充填工艺的主要矿山有鸡冠嘴金矿、焦家金矿、招远灵山金矿。
其他如凤凰山铜矿、小铁山铅锌矿和武山铜矿等则在特殊条件下应用或用于充填接顶。
高水材料主要用于矿山井下充填、地下注浆、道路和地基建设等领域。
1994年,焦家金矿投资1200万元建成了年生产高水材料6万t的高水材料厂。
焦家金矿高水材料厂生产的高水材料现在主要用于焦家金矿露天坑堵漏以及焦家金矿、招远灵山金矿、龙口矿务局北皂煤矿等矿山的井下充填。
高水材料的主要特性:(1)高结晶水性能。
高水材料硬化体的主要组成水化物相是钙矾石。
钙矾石的结晶水含量高达46%以上,钙矾石形成的网状或树枝状结构,不仅使硬化体有较高强度,而且其孔隙内可以容纳大量的吸附水,其体积含水率达90%以上。
(2)速凝早强性能。
甲、乙高水材料以1∶1的比例制成的浆液,混拌均匀后,可在5～30m in初凝, 1h后即可承载,并且还可以根据工艺的要求,调节其初凝时间。
固结后的高水充填材料硬化体,强度增长很快:1h抗压强度可达0.5～1.0MPa,2h抗压强度为1.5～2.0MPa,8h抗压强度达2.5～3.0MPa,24h抗压强度达3.0～4.0MPa,7d以上抗压强度可达到5.0MPa以上,最终的强度可达8.0MPa。