[发明专利]大水矿山抗水稳定性全固废充填材料配比优化方法

说明书

本发明提供了一种大水矿山抗水稳定性全固废充填材料配比优化方法，涉及固废利用技术领域，能够实现固废资源的优化组合与协同作用，制备满足抗水性要求的充填材料，为低品质固废安全、可靠和大宗资源化利用提供支持；该方法包括：S1、制备若干不同配比的混合粉体，包括磷石膏和高炉矿渣；S2、对所有混合粉体进行充填体强度试验和抗水性能试验，得到不同配比混合粉体的试验结果；S3、根据试验结果建立充填体强度数学模型和抗水稳定性数学模型；S4、以充填材料成本为优化目标、上述两种数学模型为约束条件建立全固废充填材料配比优化模型；S5、求解模型得到全固废充填材料的优化配比。本发明提供的技术方案适用于矿山充填的过程中。

技术领域

本发明涉及固废利用技术领域，尤其涉及一种大水矿山抗水稳定性全固废充填材料配比优化方法。

背景技术

随着我国经济高速发展以及对矿产资源持续开发利用，高品位和采矿技术条件好的矿产资源日趋枯竭，面临更多的是深埋、高应力、富水和不良地层条件的资源。充填法采矿安全环保与绿色开采的首要选择。以水泥为胶凝剂的尾砂胶结充填体强度低、流动性差、导致胶凝材料用量大，充填采矿成本高。

随着我国新环保法出台以及严格管理，高活性高炉矿渣成为宝贵的资源，不仅利用成本在逐年提高，而且在我国某些地区还供不应求。而磷石膏、电石渣、钢渣、粉煤灰、铜选尾渣等低品质固废物，由于活性低资源化利用低。因此，低品质固废在充填采矿中利用，不仅可降低充填采矿成本，而且还为低品质固废无害化、减量化和高值化利用探索出一条途径.

研究表明，低品质固废不仅活性差，水化反应慢，导致充填体强度低，而且胶结充填体抗水稳定性差，在大水矿山富水环境中，充填体在水中长期浸泡的力学性能发生劣化，强度降低，由此给充填采矿潜在严重的安全隐患。因此，低品质固废在大水矿山充填采矿中应用，其抗水稳定性是值得关注的问题。

磷石膏是磷肥工业固体废弃物，随着我国近年来高浓度复合肥工业迅猛发展，每年磷肥化工企业排出大量的磷石膏。由于磷石膏中存在有害的矿物成分导致活性低和抗水性差，因此目前磷石膏利用率不足5％，大部分磷石膏采取堆放处理。不仅占据大量土地，而且严重污染环境，由此抑制磷肥工业的发展。显然，拓展磷石膏、粉煤灰等低品质固废资源化利用途径已刻不容缓。

磷石膏中由于含有有害的P₂O₅等化学成分，造成胶结体强度低并伴随浸水膨胀和强度劣化问题，这是磷石膏大宗资源化利用的主要影响因素，为此，人们在不断地探索磷石膏资源化利用的关键技术和应用领域。中国发明专利CN 103133033 A公开了“一种矿山磷石膏胶结充填制浆工艺法”，CN 108191365 A公开了“一种应用磷石膏材料胶结充填金属矿山的方法”，两项发明专利均提出了低品质充填材料制浆工艺，但没有涉及充填体抗水稳定性问题。中国发明专利CN 109133830 A公开了“一种低品质自流平材料的制备方法”，拓展了磷石膏在建筑材料技术领域资源化利用途径。中国发明专利CN 107382239 A公开了“用于稳定含二嗯英焚烧飞灰的全固废充填材料及制备方法”，利用磷石膏制备全固废充填材料，用于稳定固化含二嗯英焚烧飞灰等固废，并没有考虑固化体强度以及抗水稳定性问题。

综上可见，大水矿山胶结充填体抗水稳定性，不仅影响充填采场稳定与安全，而且对控制围岩变形、顶板冒落以及诱发透水等灾变事故，将起到至关重要的作用。目前提高充填体抗水稳定性的方法，主要是掺加纤维或外加剂以及抗水性能材料，不仅提高充填采矿成本，而且还复杂了回采工艺。

因此，有必要研究一种大水矿山抗水稳定性全固废充填材料配比优化方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种大水矿山抗水稳定性全固废充填材料配比优化方法，能够实现固废资源的优化组合与协同作用，制备满足抗水性要求的全固废充填材料，为低品质固废在大水充填矿山安全、可靠和大宗资源化利用提供支持。