矿山充填胶固料与高浓度充填有关问题

矿山充填胶固料与高浓度充填有关问题

1胶凝材料是胶结充填的技术核心；

2矿山充填胶固料的技术优势；

3胶固料的材料属性与技术基础；

4矿山充填胶固料开发与应用问题；

5高浓度充填的几个问题。报告主要讲述五个方面的问题：1、胶凝材料是胶结充填的技术核心

从胶结充填的发展历史看，胶凝材料一直处于充填技术核心地位，并主导者充填技术的发展。主要原因是：

胶结充填不仅要满足固化强度、固化时间要求，还要满足充填料大流量输送和低投入低成本控制要求。

胶结充填来自于混凝凝土，水泥是应用最早最普遍的胶凝材料。为解决充填料的输送问题，采用了两相流管道输送技术，因而产生了地面充填制备站。

由于低浓度充填料易离析，泌水、排水量达，充填体固化强度低，高浓度又难以解决远距离输送问题，产生了膏体泵送充填技术。

膏体充填促进了浓密脱水、制浆搅拌、泵送与在线控制等装备技术水平的发展，并以这些技术为基础。

上世纪90年代出现的高水充填材料之所以在一段时间内备受推崇，主要原因是，它比较好地解决了料浆流动性与离析的矛盾。高水充填系统与水泥交结充填系统截然不同，对充填料的适应性和要求也不同。

胶凝材料不仅决定着充填系统、充填工艺，也决定着充填材料选择，并最终决定着充填成本。

胶结充填技术的革命性进步有赖于胶凝材料的突破。2、矿山充填胶固料的技术优势（1）对泥化细粒充填料的固化能力强。充填料可以是全尾砂、破碎煤矸石、粉煤灰、甚至是黄土、淤泥和城市垃圾，这就大大扩展了充填料的使用和选择范围。（2）低浓度充填不离析。充填料浆在10～15%左右泌水率的浓度下，基本上不发生离析和分层。我们还观察到，矸石粉与粉煤灰充填在25%左右泌水率的低浓度下，仍未有明显的离析现象。。（3）主要以工业废渣为原料，既有利于处理大量工业固废物，也有较大的成本降低空间。目前的生产成本已与水泥差不多，但同样的充填体强度，用量却可以减少1/3～1/2。（4）可以根据充填材料的不同和充填要求不同，开发出具有激发充填料潜在活性和膨胀性等特殊胶固料。

这些优良性质不仅使得充填成本大为降低，还使得充填系统比较简单，很多情况下不必选择“膏体泵送”，可以大大节省投资和运行成本。

矿山充填胶固料必然会替代水泥。

由于矿山充填胶固的应用，使得山东及周边地区几十年前建设的一些落后充填系统得以继续使用，一些新建系统也比较简单。3、胶固料的材料属性与技术基础“胶固料”主要是山东地区对一类主要以矿渣超细粉为原料的充填胶结料的简称。从主要原料和固化原理看，“胶固料”属于碱激发胶凝材料。

水淬粒化高炉矿渣的潜在水硬性早在1860年就被德国人发现，1957年乌克兰专家发明了碱金属水硬材料，因水化产物含有相当一部分结构与土壤中沉积岩组成类似的沸石、长石、霞石等产物，又称之为土壤水泥或土聚物水泥。

碱激发胶凝材料是指具有火山灰活性或潜在水硬性的原料与碱性激发剂反应而成的胶凝材料。

碱激发胶凝材料出现后，在世界范围内开展了广泛深入的研究，形成了新的水泥混凝土研究分支，极大地促进了水泥和混凝土制品的发展，曾被认为或寄希望于完全替代水泥。

实际上，建材行业已经大量应用土聚材料技术成果，但短期内难以完全替代水泥。主要原因是其工业废渣原料的性质常常不稳定，差异比较大，难以适应水泥混凝土的严格质量标准。但作为矿山充填胶结料，却有其独特优势：（1）矿山胶结充填的长期强度不重要，短期强度也要求不高，一般3～5MPa。（2）充填固化材料只要性质长期稳定无害就行，对变形收缩性、安定性、耐久性、腐蚀性等方面，无严格要求。（3）充填料种类杂，性质差异大，胶凝材料必须有良好的适应性。

本人以为，就目前主要以矿渣超细粉为原料的带碱激发材料性质的矿山充填胶凝材料而言，“凝石”称谓未必合适，“土聚水泥”也过宽。可以称之为“矿山充填胶固料”或“矿山胶固料”

原中国矿业大学的孙恒虎教授在将土聚水泥材料技术引入矿山充填方面做了巨大贡献，尽管其本世纪初提出的“凝石”概念在硅酸盐材料界引起很大争议。

对于“胶固料”能够适应泥化细料的原因，主要有两个方面：

一是其主要原料矿渣超细粉本身很细，比表面积500m2/kg左右，普通水泥的比表面积按照国标GB207-63规定为300m2/kg。

二是起激发作用的碱组分可能会与某些细粒成分有反应，或水化作用。

人们发现碱矿渣水泥中掺入酸性岩石（珍珠岩、流纹岩）和中性岩石(安山岩、安英岩)的水泥活性有所提高，掺入黏土也可以增加碱矿渣水泥的活性；某些特定的情况下，碱性硅酸盐溶液(水玻璃)有可能与天然石灰岩反应，形成具有胶凝性的、有一定强度的材料等。4、矿山充填胶固料开发与应用问题（1）“胶固料”不是一种标准产品。目前处于分散开发，独立经营的封闭状态，产品质量和适应性相差较大，其中混杂不少劣质产品山东地区部分胶固料检验结果（单位：MPa）胶固料编号养护龄期1天3天7天28天1号0.040.912.092.332号0.050.440.991.543号0.151.582.442.674号0.020.320.841.525号0.040.170.480.75“万”0.731.121.321.75L20.871.632.012.35曹庄煤矿矸石粉与粉煤灰混合充填（1:1）配比试验结果（MPa）灰料比1:101:12浓度71%69%71%69%胶固料WTCL淄博WTCLWTCL淄博WTCL龄期强度(MPa)18小时1.100.310.970.830.240.661天1.220.341.040.970.270.773天1.870.531.831.430.391.237天2.610.892.101.920.641.6728天2.782.002.722.221.761.8260天3.253.142.902.472.572.16扩散度(cm)17.61821.217.318.321.0泌水率(%)6.528.811.268.779.312.2

（2）矿山充填胶固料的核心技术是激发材料的选择和材料配比；发展趋势是充分利用工业废渣，降低产品成本。

（3）超细全尾砂的固化问题是“胶固料”面临的新课题。由于研磨技术水平的提高和全尾充填压力，充填尾砂越来越细，固化强度成为突出问题。

经过多年研究，我们已取得了较大的技术突破。金鼎矿业超细尾砂新型胶固料几个品种的试验结果（MPa）序号胶固料型号灰料比浓度（%）扩散度(cm)泌水率(%)容重(g/cm3)试验强度（MPa）1d3d7d28d60d1WTC3-11:656168.81.590.160.631.291.882.222WTC1-11:65615.55.71.620.240.981.411.672.113WTC2-21:656168.51.580.230.861.391.822.074WTC21S101:66015.57.691.711.01.391.992.43

5WTC21S071:456168.571.630.831.501.922.98

金鼎矿业小于325目的超细尾砂占55%左右，大于200目的33%左右。

（4）努力开发激发性和膨胀性胶凝材料。有些充填料，如矸石粉、粉煤灰等本身具有潜在活性，应开发可激发其活性的胶固料。膨胀性对矿山充填具有重要意义。

肥城矿业曹庄煤矿试验，灰料比1:6，石横电厂劣质粗粉煤灰与破碎煤矸石1:1混合充填，浓度69%，常温养护下，获得了17%～30%的膨胀量，28天强度1.4～2.0MPa。

淮北刘东矿的矸石粉、黄土和碎石粉混合充填试验中也获得常温养护下，膨胀量15.3%。1天强度0.21MPa，28天强度1.7MPa的试验结果。

人们早就注意到水泥所具有的高PH值，可使重金属形成不溶性的氢氧化物或碳酸盐形式而可被固化，因而水泥常备用做处理放射性或重金属废物的固封材料。研究表明，碱激发胶固料的高碱性，其水化过程形成的凝胶型沸石类矿物在形成时具有很大的粘性，能吸附有毒化学废料。完全可以相信，胶固料具有比水泥更强的吸附和固化有害废弃物的能力。

我们曾经对山东归来庄金矿的全泥氰化尾渣提出过一个“氧化破氰与胶结充填相结合的资源化处理”方案。该方案主要包括两个思路：一是利用充填制浆过程进行破氰处理；利用充填固化封闭有害物的渗出；二是利用氰化尾渣的高岭土成分，通过焙烧处理有害物，形成胶结材料主原料。（5）积极开发可处理有害工业废渣的胶固料。5、高浓度充填的几个问题

（1）矿山充填胶固料充填料浆同样需要高浓度。

胶固料充填料浆虽然离析较小，但低浓度同样强度低，同样有泌水、排水问题。

（2）高浓度充填的关键是计量控制和技术管理。

当前充填质量差的主要原因：一是计量控制水平低，甚至没有计量；二是管理水平低，不重视矿山充填的技术性。

提高浓度须以料浆配比，特别是浓度的稳定控制为前提。

我们主张：只要充填倍线允许，就尽可能提高浓度，甚至采用膏体充填浓度。（3）灰料比和浓度仅仅具有相对意义，不能作为充填效果的参考指标。

同样灰料比下，相同流动性的浓度值决定于充填料的粒级组成和细度。

几种充填料的浓度变化试验单位兴盛矿业分级尾砂金鼎矿业全尾砂菏泽陈蛮庄黄土灰料比/浓度1:10/781:15/771:4/501:6/541:6/64强度(MPa)1天1.000.440.230.100.543天1.460.741.010.551.507天2.311.201.751.292.4828天3.591.692.501.504.01泌水率(%)7.610.28.010.36.9胶固料用量(kg/m3/p>

表中的灰料比和浓度相差较大，但3家高浓度料浆的流动性都差不多。