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编辑：北方有色网
来源：西北矿冶研究院
权利要求
1.适合金属地下矿山的充填材料，其特征在于：该充填材料由固化剂和尾砂按10：90的重量百分比混合而成；所述固化剂由下述重量百分比的原料机械搅拌混合20分钟后经烘干、粉磨至综合比表面积大于500 m2/kg后制得：S95矿粉50%~75%，钢渣粉5%~20%，脱硫石膏5%~25%，元明粉1%~5%，粉煤灰3%~10%。
2.如权利要求1所述的适合金属地下矿山的充填材料，其特征在于：所述尾砂是由选矿厂排放的尾矿矿浆经泵送至尾矿库储存的固体矿物废料，其含水率为30%~60%。
3.如权利要求1所述的适合金属地下矿山的充填材料，其特征在于：所述钢渣粉的比表面积为450~550 m2/kg。
4.如权利要求1所述的适合金属地下矿山的充填材料，其特征在于：所述脱硫石膏的含水率低于2%，比表面积为300~350m2/kg。
5.如权利要求1所述的适合金属地下矿山的充填材料，其特征在于：所述粉煤灰过45μm方孔筛的筛余量≤20%，烧失量≤8%，需水比≤105%，SO3质量含量≤3%；且该粉煤灰由以下质量含量的组分构成：45~56%的SiO2、20~30%的Al2O3、6~10%的FeO、5~8%的Fe2O3、2~5%的CaO、1~3%的TiO2，余量为杂质。
6.如权利要求1所述的适合金属地下矿山的充填材料的使用方法，其特征在于：在该充填材料中加入其质量20~28%的水，搅拌5~10分钟后通过充填泵和充填管道输送至金属地下矿山空区内进行充填即可。
说明书
技术领域
本发明涉及充填材料，尤其涉及适合金属地下矿山的充填材料及其使用方法。
背景技术
金属矿地下开采中，现在普遍采用的采矿方法为空场嗣后充填采矿法，首先采用空场法的工艺将矿石采出，形成采空区，然后对采空区进行充填，而充填材料则十分关键。由于金属矿山采出的矿石在选矿过程中会形成大量的尾砂，尾砂存储在地面尾矿库内，不仅占用地表土地资源，而且危险性极大，近年来，世界范围内尾矿库溃坝事件频发，不仅对尾矿库下游的群众生命安全造成威胁，同时溃坝后对周边环境也造成不可挽回的损失。因此，如何利用尾砂将其充填至采场，不仅解决了尾砂地表堆存的问题，同时还可以解决空场法回采对地压控制不力的局面。
现在普遍采用的技术为：采用尾砂与水泥作为充填材料，水泥作为传统常用的胶凝材料，被广泛应用于工业、民用建筑中。实践证明水泥与尾砂胶结充填体强度极低，料浆流动性很差。为了满足充填法采矿胶结充填体强度要求，不得不增大水泥掺量，从而提高了充填采矿成本，显著降低了充填采矿经济效益。这是因为，金属矿山选矿尾砂的颗粒极细，水泥颗粒无法完全包裹尾砂颗粒，导致其固化后的强度较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种强度高、稳定性好的适合金属地下矿山的充填材料。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供该充填材料的使用方法。
为解决上述问题，本发明所述的一种适合金属地下矿山的充填材料，其特征在于：该充填材料由固化剂和尾砂按10：90的重量百分比混合而成；所述固化剂由下述重量百分比的原料机械搅拌混合20分钟后经烘干、粉磨至综合比表面积大于500 m2/kg后制得：S95矿粉50%~75%，钢渣粉5%~20%，脱硫石膏5%~25%，元明粉1%~5%，粉煤灰3%~10%。
所述尾砂是由选矿厂排放的尾矿矿浆经泵送至尾矿库储存的固体矿物废料，其含水率为30%~60%。
所述钢渣粉的比表面积为450~550 m2/kg。
所述脱硫石膏的含水率低于2%，比表面积为300~350m2/kg。
所述粉煤灰过45μm方孔筛的筛余量≤20%，烧失量≤8%，需水比≤105%，SO3质量含量≤3%；且该粉煤灰由以下质量含量的组分构成：45~56%的SiO2、20~30%的Al2O3、6~10%的FeO、5~8%的Fe2O3、2~5%的CaO、1~3%的TiO2，余量为杂质。
如上所述的一种适合金属地下矿山的充填材料的使用方法，其特征在于：在该充填材料中加入其质量20~28%的水，搅拌5~10分钟后通过充填泵和充填管道输送至金属地下矿山空区内进行充填即可。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明原料来源广泛、价格较低，且利用了粉煤灰、脱硫石膏等工业固废，不但解决了上述工业固废的堆存问题，变废为宝，而且成本相对于水泥较低，具有显著的经济效益和环保效益。
2、本发明充填材料在充填地下金属矿山空区后，形成的充填体早期强度高，稳定性好，固化后无体积收缩，充填料浆流动性好，不易发生堵管等风险。
具体实施方式
实施例1 一种适合金属地下矿山的充填材料，该充填材料由10kg固化剂和90kg尾砂混合而成。尾砂的含水率为55%。
其中：固化剂由下述重量百分比的原料机械搅拌混合20分钟后经烘干、粉磨至综合比表面积大于500 m2/kg后制得：S95矿粉65%，钢渣粉11%，脱硫石膏15%，元明粉3%，粉煤灰6%。
钢渣粉的比表面积为480 m2/kg。
脱硫石膏的含水率为1.2%，比表面积为360m2/kg。
粉煤灰过45μm方孔筛的筛余量为20%，烧失量为6%，需水比为97%，SO3质量含量为2%；且该粉煤灰由以下质量含量的组分构成：44%的SiO2、30%的Al2O3、8%的FeO、8%的Fe2O3、4%的CaO和2%的TiO2，余量为杂质。
将该充填材料应用于甘肃陇南某金属矿。
具体使用方法：在该充填材料中加入其质量25%的水，搅拌5~10分钟后对搅拌好的充填材料的流动度、强度进行测试，并与相同质量浓度和灰砂比的水泥尾砂充填材料进行结果对比，结果如表1：
表1
流动度值越大表明料浆的流动性越好，对充填材料越有利，强度值越高对维护充填体稳定性越有利。
然后，将搅拌好的充填料浆通过充填泵和充填管道输送至金属地下矿山空区内进行充填即可。
对采用本发明充填材料充填后的采空区进行监测及钻孔岩芯取样，充填后3个月内充填体稳定无破坏，钻孔岩芯取样表明充填体固化效果较好，钻孔岩芯强度满足预期强度要求。
本发明充填材料比水泥尾砂充填材料在相同水灰比和质量浓度的条件下，充填材料成本同比节约了22%，同时，利用和消耗了周边脱硫石膏、粉煤灰等固废，取得了良好的经济、环保效益。
实施例2 一种适合金属地下矿山的充填材料，该充填材料由10kg固化剂和90kg尾砂混合而成。尾砂的含水率为45%。
其中：固化剂由下述重量百分比的原料机械搅拌混合20分钟后经烘干、粉磨至综合比表面积大于500 m2/kg后制得：S95矿粉55%，钢渣粉10%，脱硫石膏20%，元明粉5%，粉煤灰10%。
钢渣粉的比表面积为475 m2/kg。
脱硫石膏的含水率为1.5%，比表面积为370m2/kg。
粉煤灰过45μm方孔筛的筛余量为18%，烧失量为7%，需水比为98%，SO3质量含量为1.5%；且该粉煤灰由以下质量含量的组分构成：45%的SiO2、28%的Al2O3、10%的FeO、8%的Fe2O3、5%的CaO、2%的TiO2，余量为杂质。
将该充填材料应用于山东某金属矿。
具体使用方法：在该充填材料中加入其质量25%的水，搅拌5~10分钟后对搅拌好的充填材料的流动度、强度进行测试，并与相同质量浓度和灰砂比的水泥尾砂充填材料进行结果对比，结果如表2：
表2
流动度值越大表明料浆的流动性越好，对充填材料越有利，强度值越高对维护充填体稳定性越有利。
然后，将搅拌好的充填料浆通过充填泵和充填管道输送至金属地下矿山空区内进行充填即可。
对采用本发明充填材料充填后的采空区进行监测及钻孔岩芯取样，充填后3个月内充填体稳定无破坏，钻孔岩芯取样表明充填体固化效果较好，钻孔岩芯强度满足预期强度要求。
本发明充填材料比水泥尾砂充填材料在相同水灰比和质量浓度的条件下，充填材料成本同比节约了28%，同时，利用和消耗了周边脱硫石膏、粉煤灰等固废，取得了良好的经济、环保效益。
实施例3 一种适合金属地下矿山的充填材料，该充填材料由10kg固化剂和90kg尾砂混合而成。尾砂的含水率为30%。
其中：固化剂由下述重量百分比的原料机械搅拌混合20分钟后经烘干、粉磨至综合比表面积大于500 m2/kg后制得：S95矿粉55%，钢渣粉20%，脱硫石膏15%，元明粉5%，粉煤灰5%。
粉煤灰过45μm方孔筛的筛余量为18%，烧失量为8%，需水比为105%，SO3质量含量为3%；且该粉煤灰由以下质量含量的组分构成：56%的SiO2、25%的Al2O3、6%的FeO、5%的Fe2O3、2%的CaO、1%的TiO2，余量为杂质。
实施例4 一种适合金属地下矿山的充填材料，该充填材料由10kg固化剂和90kg尾砂混合而成。尾砂的含水率为60%。
其中：固化剂由下述重量百分比的原料机械搅拌混合20分钟后经烘干、粉磨至综合比表面积大于500 m2/kg后制得：S95矿粉75%，钢渣粉16%，脱硫石膏5%，元明粉1%，粉煤灰3%。
粉煤灰过45μm方孔筛的筛余量为18%，烧失量为7%，需水比为98%，SO3质量含量为1.5%；且该粉煤灰由以下质量含量的组分构成：56%的SiO2、20%的Al2O3、7%的FeO、6%的Fe2O3、3%的CaO、3%的TiO2，余量为杂质。
实施例5 一种适合金属地下矿山的充填材料，该充填材料由10kg固化剂和90kg尾砂混合而成。尾砂的含水率为35%。
其中：固化剂由下述重量百分比的原料机械搅拌混合20分钟后经烘干、粉磨至综合比表面积大于500 m2/kg后制得：S95矿粉50%，钢渣粉10%，脱硫石膏25%，元明粉5%，粉煤灰10%。
粉煤灰同实施例1。
实施例6 一种适合金属地下矿山的充填材料，该充填材料由10kg固化剂和90kg尾砂混合而成。尾砂的含水率为40%。
其中：固化剂由下述重量百分比的原料机械搅拌混合20分钟后经烘干、粉磨至综合比表面积大于500 m2/kg后制得：S95矿粉70%，钢渣粉5%，脱硫石膏12%，元明粉4%，粉煤灰9%。
粉煤灰同实施例1。
上述实施例3~6中，尾砂是由选矿厂排放的尾矿矿浆经泵送至尾矿库储存的固体矿物废料。
钢渣粉的比表面积为450~550 m2/kg。
脱硫石膏的含水率低于2%，比表面积为300~350m2/kg。
上述实施例3~6中所得的充填材料的使用方法：在该充填材料中加入其质量20~28%的水，搅拌5~10分钟后通过充填泵和充填管道输送至金属地下矿山空区内进行充填即可。
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