[发明专利]一种铁尾矿充填用固化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于矿山安全技术领域，具体涉及一种铁尾矿充填用固化剂及其制备方法。

背景技术

我国有丰富的矿产资源，储量居世界前列。在矿藏上方有数量众多的建筑物、水体和铁路、高级公路，各矿区都不同程度地存在“三下”(建筑物下、铁路下、水体下)压矿产资源的问题。长期以来，我国矿山“三下”采矿方法主要采用村庄(城镇)搬迁、条带、房柱开采和充填开采这几种方法。其中充填开采可以有效解决矿藏上方的既有建筑物、水体和铁路、高级公路等设施不受矿藏开采过程影响。按照充填材料和输送方式，矿山充填开采技术主要有以下几种。

干式充填：是将采集的块石、砂石、土壤、工业废渣等干式充填材料用人力、重力或机械设备运送到待充填区域，形成可压缩的松散充填体。这样的充填劳动强度大、作业成本高、采场充填时间长、生产效率低等缺点，而且充填效果不理想。

水力充填：是借助水力将充填材料充入井下采空区。其不足之处是：水力充填的充填材料缺乏内聚特性，不能形成稳固自立的充填体，且采场需要大量脱水。

胶结充填：普遍采用硅酸盐水泥或其它胶凝材料添加到低浓度水砂充填料中，质量浓度60％～68％，既提高了充填体强度，又易于实现输送。但该工艺在使用中存在料浆凝固慢、离析分层、强度低且不均匀等现象，而且还具有井下脱水时胶凝材料及细粒级尾砂易流失，井下废水、细泥污染环境，排水、排泥费用高，采场回采周期长，生产效率低等问题。

对于铁矿尾矿胶结充填来说，一般采用尾矿浆和固化剂进行混合后，利用输送管道将具有一定流动性的膏体利用自身重力和泵将其注入矿井，将坑道一次或逐次填满，并由固化剂将尾矿固化为有一定强度的实体，防止地基塌陷。其不足之处是充填料因为含水量大，固化后收缩大，使充填固化体接顶困难，充填效果差。由于膏体或似膏体料浆流动性差，很难保证充填均匀，尤其料浆固化后干缩30％左右，难以达到控制地表沉陷的目的。中国专利CN102101790A“尾矿基流体膨胀充填材料”中，将干尾矿、粉煤灰在现场分别搅成泥浆，然后再在现场搅拌槽内将两种泥浆及固化剂快速搅拌成A组分，并在煤矿矿井充填前将膨胀成分金属铝粉加入。上述方法虽然解决了充填固化体接顶困难的问题，但是整个固化体系由三种独立的材料构成，并在填充不同阶段分别使用三种材料，且膨胀剂最后加入后因为填充泥浆体系不具稳泡功能，导致膨胀源氢气泡窜泡、逸出后起不到理想的膨胀作用，并且使填充体的强度下降，另外整个操作过程复杂，过程不容易精确控制。

发明内容

本发明针对现有铁矿尾充填中存在的技术问题，提供一种铁尾矿充填用固化剂及其制备方法。

本发明所提供的一种铁尾矿充填用固化剂的组成及其质量份数为：

粉煤灰0～70份，矿渣微粉10～80份，钢渣微粉0～70份，碱性激发剂0～20份，硫酸盐激发剂0～20份，稳泡剂0.1～1份，铝粉为芯料的微胶囊占2～5份；

所述粉煤灰为I级粉煤灰、II级粉煤灰、磨细的III级粉煤灰中的任一种，所述粉煤灰的比表面积≥400m²/kg；

所述矿渣微粉为水淬粒化高炉矿渣磨细而成，所述矿渣微粉的比表面积≥400m²/kg；

所述钢渣微粉为转炉风冷渣磨细而成，所述钢渣微粉的碱度系数不小于1.5，所述钢渣微粉的比表面积为≥400m²/kg；

所述碱性激发剂为42.5标号以上的普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硅酸钠、碳酸钠、铝酸钠、氟硅酸钠、硅酸钾、碳酸钾、铝酸钾、氟硅酸钾、铝酸钙、氢氧化钠、氢氧化钾、熟石灰、生石灰、氧化镁、氢氧化镁中任一种或二种以上的混合，所述碱性激发剂过200目标准筛后的筛余质量≤10％；

所述硫酸盐激发剂为半水石膏、二水石膏、无水石膏、硫酸钠、硫酸钾、明矾、硫酸镁、硫铝酸盐水泥中任一种或二种的混合，所述硫酸盐激发剂过200目标准筛余质量≤10％；

所述稳泡剂为可再分散胶粉、甲基纤维素(CMC)、羧丙基甲基纤维素(HPMC)、聚乙二醇(PEG)中的任一种或二种以上的混合；

所述铝粉为芯料的微胶囊是采用制备水溶性物质微胶囊的方法获得，所述微胶囊壳体材料为天然高分子或半合成高分子或合成高分子材料，制备方法为界面聚合法、油相分离法、溶剂蒸发法、喷雾冻凝法控制法中任一种，优选的方法是溶剂蒸发法，优选的胶囊壳体材料为乙基纤维素。

本发明铁尾矿充填用固化剂的制备方法具体步骤如下：