[发明专利]一种早强弱膨胀性充填材料及其填充方法

说明书

本发明公开了一种早强弱膨胀性充填材料及其填充方法，该充填材料是由基体组份和外掺组份配制而成，基体组份包括惰性材料、胶凝材料、水，外掺组份包括发泡剂、稳泡剂、缓凝剂；发泡剂掺加量为惰性材料质量的3～10％，稳泡剂掺加量为惰性材料质量的3～5％，缓凝剂掺加量为惰性材料质量的0.1～0.8％。本发明的新型早强弱膨胀性充填材料具有流动性好、初凝时间长、早期强度高的特征，且具有弱膨胀性，膨胀率为20～50％，应用于矿山开采充填中可实现100％的高接顶率，并对巷道或采空区顶板形成有效支护。

技术领域

本发明涉及一种早强弱膨胀性充填材料及其填充方法，适用于矿山尤其是金属矿山的充填采矿，属于矿山与地下工程安全技术领域。

背景技术

矿产资源的开发是人类社会前进和发展中的一个重要组成部分，它对人类社会的发展和文明的进步有着重要的推动作用。近年来，由于地下矿产资源的开采引起的地质灾害频发，其中地表沉陷、地面塌落岩爆、岩石冒落(冒顶)等灾害日益突出，严重影响了社会经济发展。充填采矿法是采用人工形成的充填体进行地压的有效控制，用以限制采场围岩崩落和地表下沉，确保安全生产。随着矿山开采深度的不断加深和矿山资源价格不断上涨，矿山生产安全和环境保护日益重要，充填采矿法越来越受到重视。与其他矿床开采方法相比，充填采矿法具有明显的优势：充填体不仅可以支撑围岩，而且可以延缓、减少甚至阻止采后空区围岩的破坏和移动。有利于开采深部矿床，水下、建筑物下和构筑物下的矿床，还可预防有自燃性矿石的内因火灾。矿石回采率高，贫化率低，采选综合经济效益好，最大限度地对矿产资源进行开采利用。利用选厂排放的尾砂进行地下采空区回填，有效减少甚至杜绝地表尾矿的堆积、减少尾矿中重金属或有毒物质对大气和地表水的污染。随着矿床开采深度的不断加大，地应力増高，尤其在高地应为矿区，采场失去稳定性的风险増加，潜在的灾害如岩爆等地压问题发生几率也随之增大。将采空区进行充填，可以解决采场不平衡应力的传递和调整，使原岩应力场再次达到稳定状态。

随着充填采矿法在金属矿山、非金属矿山中的广泛应用，充填新材料、新工艺不断出现。使得充填法采矿发展成为一种安全、高效的采矿方法。但大多数的新技术或新方法仅强调充填体的成本、强度等技术经济指标，但是关于充填体如何有效地在地压控制中发挥其优越性的讨论不多、研究不足，如巷道或采空区充填接顶困难问题，接顶问题一直以来都是难以在理论和技术上实现的问题。充填接顶是使用充填采矿法的矿山广泛关注的技术问题，它直接关系到采场生产安全。若充填体与顶板不能接顶密实，纵使充填体强度再高，技术性能再好，也起不到充填体应有的作用，在生产实践中，如果不考虑充填接顶问题，很有可能造成意想不到的后果。如一些金属矿山因为巷道或采空区在充填时没有接顶，造成地压活动频繁，围岩移动，片帮、冒落等现象的发生，给矿山安全生产带来很大难度，尤其采用多中段开采的地下矿山，由于采空区未能接顶，导致采准、切割工程的施工难度大，矿石的损失贫化严重，矿山生产作业安全受到威胁，而事后进行的补充接顶等补救措施，不仅增加了充填成本，而且弱化了充填体的作用，使得矿井生产效率降低。

综上所述，亟需研发一种新型早强弱膨胀性充填材料及其制备方法，以保证充填材料与巷道或采空区顶板之间能够充填密实(100％充分接顶)，提高巷道或采空区的充填率和充填效率，实现对矿体上覆岩层的有效控制，降低矿体开采对地表下沉和生态环境的负面影响，可为现代矿山的安全高效开采提供技术保障。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种早强弱膨胀性充填材料及其填充方法，所述填充材料具备流动性好、初凝时间长、膨胀性弱、100％充分接顶、早期强度高的特征。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：