[发明专利]一种含聚丙烯纤维充填材料及其在充填采矿中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及矿山充填材料技术领域，具体涉及一种含聚丙烯纤维充填材料及其在充填采矿中的应用。

背景技术

随着矿产资源日趋枯竭，资源开发利用不断引发的安全、环境问题，充填采矿法逐步成为矿业发展的主流趋势。采场充填后，充填体的围岩支护和控制地压作用，对充填材料的研究和创新提出更高的要求。

另外，越来越多的矿山企业引进铲运机、凿岩台车等大型无轨设备，在提高采场生产能力和作业效率的同时，对工作平台充填体的性能也提出更高的要求。矿山企业为满足无轨设备使用条件，不得不以增加水泥用量来提高充填体的抗压、抗拉和抗剪强度，但是不可避免的增加了充填成本，而且对充填体的抗断裂能力提高效果一般。

为解决上述问题，申请号为201310035710.3的中国专利文件公开的一种细粒尾矿充填用的胶凝材料，该胶凝材料由贝利特-硫铝酸盐水泥、石膏、生石灰、矿渣微分、粉煤灰等组成，能够提高细粒尾矿的充填强度，但是对充填体抗拉性能和水泥降耗问题未做研究。纤维材料是一种柔性高分子合成材料，稳定性好，具有抗裂性、抗腐蚀性等多种优异性能，在建筑中被用于增强混凝土的抗裂性能。如申请号为201310702345.7的中国专利文件公开的一种防裂混凝土，该防裂混凝土以纤维材料为添加料，有效抑制了因温度、干缩等原因造成的混凝土开裂现象，但是在矿山充填方面，尚未有将纤维材料用于提高充填体力学性能的先例。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对矿山充填体存在的抗压强度低，抗裂性能差，水泥单耗高，尾矿利用率低的问题，本发明提供了一种含聚丙烯纤维充填材料在充填采矿中的应用。通过所述的充填材料，可提高充填体抗压强度、抗拉性能和抗剪强度，降低水泥单耗，降低成本，提高尾矿利用率。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

一种含聚丙烯纤维的充填材料的应用，作为充填材料应用于充填采矿中，所述的充填材料还包含水泥和分级尾矿。

在充填采矿法的技术领域，本发明人独创性地在矿用的充填材料中添加聚丙烯纤维，可获得特别适用于充填采矿领域的纤维充填材料。研究表明，所述的聚丙烯纤维添加剂除可以增强矿用充填体抗压强度、抗拉性能和抗剪强度外，还可降低水泥单耗，节约充填用水泥成本。

研究表明，合适的聚丙烯纤维的选用，可进一步提升所述的充填材料在矿区充填领域的应用效果。

作为优选，所述的聚丙烯纤维为束状单丝聚丙烯纤维；纤维单丝长度：6～12mm；纤维断裂强度：＞350Mpa；纤维弹性模量：＞3.5Gpa。

作为优选，纤维单丝直径：18～20μm；纤维平均线密度：0.85～0.96g/m³。在该参数范围下，得到的充填材料的性能进一步提升。

进一步优选，纤维单丝长度为9～12mm。在该优选的纤维长度下，得到的充填体的各项性能更优异，且有助于进一步降低水泥单耗，保证充填料浆良好的流动性；便于施工运输。

最优选，纤维单丝长度为9mm。

本发明中，所述的充填材料还包括水泥和尾矿。

作为优选，所述充填材料中的水泥为PO 42.5R普通硅酸盐水泥。

进一步优选，所述充填材料中的分级尾矿为铅锌矿选矿尾砂经分级、过滤后得到的尾矿，其颗粒密度为3.18g/cm³，渗透系数8.70E-04cm/s，粒度分布为d₁₀＝3.422μm，d₅₀＝35.42μm，d₉₀＝124.9μm，d_mean＝50.59μm，不均匀系数C_u＝14.01。该粒度分布下的尾矿和所述的纤维、水泥的协同效果更好。

本发明中，对所述的充填材料的各组分的重量比进行调控，有助于进一步提升充填材料的工程效果。

作为优选，所述的充填材料中，聚丙烯纤维的重量份为0.5～1.5份、水泥的重量份为260～327份、分级尾矿的重量份为1065～1321份。

作为优选，所述的充填材料中还包含棒磨砂。研究发现，在所述的充填材料中，进一步添加棒磨砂，可与聚丙烯纤维等成分协同，进一步提升得到的充填体的抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等性能。