一種用于充填采礦的充填體膨脹劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于充填采礦的充填體膨脹劑及其制備方法，膨脹劑包括按重量百分比計的以下組份：硫鋁酸鈣熟料25～36%、生石灰14～17%、硬石膏46～60%和鋁粉0.5～1%，合計100%；將各組份原料按照粒度要求進行破碎、粉磨、混合后制備而成。采用本發(fā)明的膨脹劑，使充填體體積膨脹率比現(xiàn)有混凝土膨脹劑的膨脹率高，有利于充填采空區(qū)時順利接頂、防止頂板冒落和保護礦巖的穩(wěn)固性，同時對充填體強度影響較小。
【專利說明】一種用于充填采礦的充填體膨脹劑及其制備方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種用于充填采礦的充填體膨脹劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0003]隨著充填采礦法成為礦產(chǎn)資源地下開采中一種最主要的采礦方法，同時考慮到環(huán)保型和無廢害礦山開采是采礦發(fā)展的必然趨勢，充填體膨脹劑將是一種具有巨大市場容量和發(fā)展前景的充填體外加劑。
[0004]目前，礦山充填采空區(qū)用的充填集料以尾砂和廢石最為常見，膠結(jié)料以水泥為主，充填料漿的主要組分為尾砂(或廢石)、水泥(或其他膠結(jié)料)和水。充填料漿作為一種流動體，在終凝后充填體會有5%~15%的沉縮，難以將整個采空區(qū)充填滿，更重要的是充填管道出料口至采場頂板空區(qū)的充填，是回采時能否順利接頂?shù)年P(guān)鍵步驟，也關(guān)系到保護整個礦巖穩(wěn)固的重要性。礦山進行采空區(qū)充填時，為了能順利回采和保護礦巖穩(wěn)固性，需要一種能使充填體體積膨脹、其膨脹率達到5%~12%的膨脹劑。
[0005]國內(nèi)現(xiàn)有的一些膨脹劑，其作用是為了提高了混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂防水能力，防止大體積混凝土和高強混 凝土溫差裂縫的出現(xiàn)，膨脹率一般在0.035%~0.045%。以至于用于混凝土的膨脹劑不能滿足充填采礦需要充填體具有5%~12%膨脹率的要求，不能解決回采順利接頂和保護礦巖穩(wěn)固問題。因此，有必要發(fā)明一種充填體膨脹劑，既能滿足充填體體積膨脹的要求，并且充填體強度的影響小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有膨脹劑難以滿足充填采礦對充填體的膨脹要求，提供一種具有較大膨脹率、摻量小、對充填體早期至后期強度影響較小的充填體膨脹劑。
[0007]本發(fā)明提供的用于充填采礦的充填體膨脹劑，包括按重量百分比計的以下組份:硫鋁酸鈣熟料25~36%、生石灰14~17%、硬石膏46~60%和鋁粉0.5~1%，合計100%。所述硫鋁酸鈣熟料可市購，也可以采用高鋁粉煤灰、鋁礬土、石灰石和石膏為原料煅燒制得。優(yōu)選高鋁粉煤灰、鋁礬土、石灰石和石膏按重量份比1:2~3:0.5、.6:0.4-0.5，在110(Tl30(rC煅燒制得。所述高鋁粉煤灰中氧化鋁的質(zhì)量百分含量≥38%。
[0008]優(yōu)選所述硬石膏的CaSO4含量≥ 90%,鋁粉純度≥ 99%。
[0009]上述的充填體膨脹劑的制備方法，包括將所述原料經(jīng)過破碎、粉磨、混合制備而成。
[0010]包括以下步驟:
(1)在15°C~28°C的溫度條件下，將生石灰和硬石膏分別破碎、粉磨；
(2)將硫鋁酸鈣熟料與破碎、粉磨后的生石灰、硬石膏原料進行混合粉磨，制備成初級混合料；(3)將初級混合料與鋁粉經(jīng)混合粉磨后制得充填體膨脹劑。
[0011]步驟(1)的生石灰和硬石膏破碎、粉磨至粒度小于100目；步驟(2)初級混合料粒度為150目篩余量小于5% ;步驟(3)制備的充填體膨脹劑粒度為200目篩余量小于1%。
[0012]本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用于檢驗所制備的充填體膨脹劑效果的方法，包括: 采用金屬礦浮選尾砂、水泥作為充填料原材料，水泥和尾砂按1:3~1:8的灰砂比配
制，其重量濃度為65%~76% ；
按同一灰砂比和質(zhì)量濃度配制兩組試樣:一組充填料漿試樣按質(zhì)量比摻入1%~4%本發(fā)明的充填體膨脹劑；另一組充填料漿試樣不摻入本發(fā)明的充填體膨脹劑。然后分別測試充填體膨脹率和充填體單抗壓強度，得到充填體膨脹劑的膨脹效果和對充填體強度的影響效果。
[0013]充 填體膨脹率測試方法:將配制的摻入本發(fā)明的充填體膨脹劑的料漿試樣與不摻入本發(fā)明的充填體膨脹劑的料漿試樣，在配制好后立即分別置入100ml、1000 ml量筒，記錄各料漿起始體積，待兩種料漿試樣反應(yīng)、初凝后分別測定其體積，由此測出膨脹率。
[0014]充填體單軸抗壓強度測試方法:將配制的摻入本發(fā)明的充填體膨脹劑的料漿漿試樣與不摻入本發(fā)明的充填體膨脹劑的料漿試樣，分別澆筑三聯(lián)試模，將試塊置于200C ±1°C恒溫、恒濕≥97RH的環(huán)境下養(yǎng)護，用壓力機分別測出3d、7d、28d的試塊強度后評價膨脹劑對充填體強度的影響效果。
[0015]本發(fā)明的充填體膨脹劑優(yōu)點在于:(I)添加占充填材料質(zhì)量1%~4%的所述充填體膨脹劑的充填體膨脹率高，有利于充填采空區(qū)時順利接頂、防止頂板冒落和保護礦巖的穩(wěn)固性；(2)充填體膨脹后對充填體強度的負面效應(yīng)小，并且有利于提高早期強度；(3)充填采空區(qū)時，能減少單位充填料漿的用量，相應(yīng)地可節(jié)約水泥，降低充填成本；(4)減少充填料漿的泌水率，降低充填廢水的排放。
【具體實施方式】
[0016]在下述實施例中，硫鋁酸鈣熟料采用高鋁粉煤灰、鋁礬土、石灰石、石膏為原料，按重量份比1:2.5:0.6:0.5配好生料，粉磨獲得120目篩余小于6%的粉體，置于1100~1300。。馬沸爐中煅燒，保溫30-40分鐘，鼓風急冷至室溫，再次粉磨至150目獲得硫鋁酸鈣熟料成品。所用高鋁粉煤灰Al2O3質(zhì)量百分含量為40.44%。
[0017]將硫鋁酸鈣熟料、生石灰、硬石膏、鋁粉按表1的配比取料制備成實施例1-5的充填體膨脹劑。
[0018]表1
【權(quán)利要求】
1.一種用于充填采礦的充填體膨脹劑，包括按重量百分比計的以下組份:硫鋁酸鈣熟料25~36%、生石灰14~17%、硬石膏46~60%和鋁粉0.5~1%，合計100%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充填體膨脹劑，其特征在于所述硬石膏的CaSO4含量>90%,鋁粉純度> 99%。
3.—種權(quán)利要求1或2之一所述的充填體膨脹劑的制備方法，包括將所述原料破碎、粉磨、混合制備而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的充填體膨脹劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)在15°C~28°C的溫度條件下，將生石灰和硬石膏分別破碎、粉磨； (2)將硫鋁酸鈣熟料與破碎、粉磨后的生石灰、硬石膏原料進行混合粉磨，制備成初級混合料； (3)將初級混合料與鋁粉，經(jīng)混合粉磨后制得充填體膨脹劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的充填體膨脹劑的制備方法，其特征在于步驟(1)生石灰和硬石膏破碎、粉磨至粒度小于100目；步驟(2)初級混合料粒度為150目篩余量小于5%;步驟(3)制備的充填體膨脹劑粒度為200目篩余量小于1%。
6.一種檢驗權(quán)利要求3-5之一制備的充填體膨脹劑效果的方法:采用金屬礦浮選尾砂和水泥，按1:3~1:8的灰砂比配制充填料漿，重量濃度為65%~76% ;摻入占充填料漿質(zhì)量1%~4%所述充填膨脹劑；然后分別測試充填體膨脹率和充填體單抗壓強度。
【文檔編號】C04B22/14GK103979815SQ201410226221
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】周愛民, 宋嘉棟, 宋興, 王長軍, 袁雪梅, 張友軒, 柳小勝, 林衛(wèi)星 申請人:長沙礦山研究院有限責任公司