[发明专利]一种掺稻壳灰的胶结充填材料制备及应用方法

说明书

本发明提供一种掺稻壳灰的胶结充填材料制备及应用方法，属于采矿充填技术领域。该方法按质量将稻壳灰20～60份、水泥97～144份、尾矿544～617份、水280～320份，混合搅拌后，得到充填料浆质量浓度68～72%；最后将充填料浆利用矿井落差通过管道泵送或自流输送至井下采空区充填施工。本发明公开的稻壳灰胶结充填材料中稻壳灰的掺入可有效改善充填料浆骨料颗粒级配、提高尾矿充填体固化后的强度和抗裂性能。可使充填体在满足流动性和抗压强度的需求下降低每立方米充填水泥单耗，从而降低充填成本，同时还可有效对稻壳灰固体废弃物进行再利用，达到节能减排、绿色环保的要求。

技术领域

本发明涉及采矿充填技术领域，特别是指一种掺稻壳灰的胶结充填材料制备及应用方法。

背景技术

矿山尾矿是主要的固体废弃物之一，为有效处理矿山尾矿的危害，通常采用充填采矿法，将尾矿与一定比例的胶凝材料进行混合搅拌，制作成胶结充填料浆，通过管道输送至地下采场，常用的胶凝材料主要为水泥，因此，虽然采用充填法可处理一定的尾矿，但需消耗大量的水泥，提高了整体的开采成本。随着国家环保要求的日益提高，水泥产能受限，单价不断提高，造成矿山成本快速增长，严重影响了矿山的经济效益。

目前，主要采用以下两种方法替代水泥的使用：

(1)采用其他材料部分替代水泥

通常采用具有一定活性的材料替代部分水泥，如粉煤灰、稻草灰、石灰石等，该方法虽然可替代部分水泥，但为了保证充填体强度、流动性不产生较大变化，通常替代量小于10%，且需添加必要的外加剂，如早强剂、缓凝剂等，使充填工艺更加复杂，因此，无法降低最终的充填成本，且会造成充填体强度的不稳定，使地下开采的损失贫化率增加。

(2)采用新型胶凝材料取代水泥

新型胶凝材料通常包括石膏、矿渣、粉煤灰、生石灰、水泥及少量外加剂等，在碱激发剂的作用下，可产生活性，达到与水泥同等的作用，该方法可实现水泥的全部替代，且通过针对性的试验，调整配比，可有效的保证充填体的强度稳定性和流动性。但由于不同矿山的尾矿性质差异较大，需要针对每个矿山的性质开展试验研究，调整配比，普适性较差，使胶凝材料的单价与水泥相差不多，甚至高于水泥的单价，因此该方法并不能显著降低充填成本。

因此，亟需提出其他方法，既能保证充填体强度与流动性，又可以降低充填成本，提高矿山效益。

发明内容

本发明针对矿山胶结充填成本过高以及大量稻壳灰固体废弃物排放造成环境污染的问题，提供一种掺稻壳灰的胶结充填材料制备及应用方法，该方法可提高充填体抗压强度和抗裂能力，降低水泥单耗，进而降低充填成本，同时实现稻壳灰固体废弃物的再利用。

该方法过程如下：

将稻壳灰、水泥和尾矿按质量比：稻壳灰20～60份、水泥97～144份、尾矿544～617份混合均匀后，加入以质量计280～320份的水，继续混合均匀，制得质量浓度为68%～72%，密度为2018～2082kg/m³的充填料浆；最后，将制得的充填料浆直接通过管道输送至井下采空区中充填。

其中，稻壳灰由稻壳经破碎、研磨和筛分处理得到，颗粒粒度范围为20～80目。

尾矿的颗粒密度为3.00g/cm³，粒度分布为d₁₀=37.93μm，d₅₀=124.37μm，d₉₀=321.62μm，d_mean=215.35μm，不均匀系数C_u=4.16。

水泥为PO42.5普通硅酸盐水泥

优选的，稻壳灰、水泥和尾矿按质量比为：稻壳灰40份、水泥100份、尾矿600份。