[发明专利]金属矿山高水材料胶结充填工艺

说明书

本发明公开了一种金属矿山利用具有高结晶水速凝固化性能的材料做胶凝材料的低浓度输送、采场不脱水胶结充填新工艺。该工艺属金属矿山充填技术领域。

目前，国内外金属矿山进行胶结充填主要是使用普通水泥或加入部分其他掺合料做充填胶凝材料。普通水泥水化所需水量较少，这就使得只有充填料浆浓度较高时充填体才能形成较好的强度。传统的也是目前使用较多的尾砂胶结充填法，通常制成60-70%浓度的充填料浆进行输送充填，这种料浆具有大量的多余水需要从采场脱出排走，这就要求使用分级脱泥后的粗粒级尾砂做充填骨料，以保证充填料浆良好的渗透性能。这样的充填工艺分级、脱水工艺繁杂，作业周期长，充填料凝结时间较长，使得采场作业循环周期延长，采场生产效率低，矿山生产采场数量多，充填料浆离析、分层、跑浆等因素有时使得充填体强度达不到设计要求，脱出的水夹杂水泥砂浆污染井下环境。分级后的细粒级尾砂排放构筑坝体困难，坝体维护费用高。用全尾砂做充填骨料是国内外有关矿山技术人员及科研人员十分关心的科研课题，近年来，国内外一些矿山在进行尾砂胶结充填时一直在努力将尾砂砂浆浓度提高到70%以上即所谓“高浓度”尾砂胶结充填取得一定进展，但这种“高浓度”尾砂胶结充填，仅仅是使尾砂利用率提高，料浆中多余的水减少，但仍需在采场进行少量的脱水排水工作，地表砂浆料浆制造困难，综合充填能力难于提高。1978年西德Preussage金属公司开始了全尾砂膏体泵送充填试验，经过几年努力，形成了泵压充填新工艺。膏体充填料充填到采场后基本上不再有多余的水。膏体泵送充填工艺近年在美国、南非等一些矿山进行了应用，这些矿山矿体埋深较大，利用深井高自然压头弥补膏体输送管道阻力大的缺陷。全尾砂膏体泵送充填目前尚处于应用和发展的初期阶段，工艺和设备均不很成熟，充填料制备所需高效浓缩、脱水设备及输送充填料所需泵送设备的投资较大。“七五”期间，我国也进行了全尾砂胶结充填工艺及设备的攻关研究，取得了一定的进展，但在高浓度膏体输送工艺方面还不过关，输送能力低，易堵孔堵管，井下充填体平场、接顶难。使用非膏体全尾砂料浆，井下脱水困难，难以实现充填料浆的连续大量输送，充填能力受到限制，难以满足矿山生产需要。

因此，既可以利用矿山分级尾砂中的粗粒级部分，又可以利用矿山全尾砂或分级尾砂中细粒级部分作为充填骨料，又要达到充填料浆容易输送，井下不脱水，充填能力大，这正是国内外金属矿山胶结充填迫切需要解决的问题。

本发明的目的在于提供一种利用具有高结晶水性能的材料做胶凝材料，部分或全部取代普通水泥，利用矿山全尾砂砂浆或尾砂中各种粒级的分级尾砂砂浆甚至可以用水或尾砂浆中溢流出的含有细泥的水，制成便于输送的低浓度料浆进行输送，采场不用脱水排水而凝结成固体，从而达到简化工艺，加大充填能力，提高生产效率的金属矿山高水材料胶结充填工艺。

本发明提出的充填工艺，是新型胶凝材料在金属矿山充填中的使用方法。这种新型的胶凝材料包括甲、乙两种基础材料，其中甲基础材料是由钒土水泥或高铝耐火水泥或高铝水泥或硫铝酸盐水泥熟料或铁铝酸盐水泥熟料或氟铝酸盐水泥熟料为主要原料加入适量的添加剂制成;其中乙基础材料是由天然硬石膏（或天然无水石膏）和生石灰或熟石灰为主要原料加适量的掺合料和添加剂制成。甲、乙两料的产品是分别制造存放的，具有如下技术性能，甲、乙二料分别与水或一定浓度范围的砂浆混合，各可保持较长时间（6小时以上）不凝固，以保证料浆的良好输送性能。甲乙两种基料混合在一起之后，其料浆在一定的时间内呈均匀悬浮的浆状，从而使料浆进入采场具有良好的流动平场性能。进入采场后的混合料浆在几分钟至几小时内凝结成固体。料浆凝结过程中，胶凝材料与水结合，形成高结晶水结构的物质。也就是说，混合后的料浆不需要脱水便可凝结成固体。甲乙两种基础材料不单独做胶凝材料使用。利用胶凝材料的高结晶水性能，实现充填料浆的低浓度输送采场不脱水。由于不需要采场脱水，则可不考虑充填料浆的渗透性问题，这样既可以使用分级尾砂的粗粒级部分，又可以利用全尾砂或分级尾砂的细粒级部分，先将尾砂制备成所需浓度的砂浆。而后再通过各种方法将胶凝材料加入到砂浆中。实施新工艺所用的砂浆与胶凝材料的甲乙两种基础材料的混合的方案，其特征在于：

（1）将制备好的尾砂浆分为两部分，分别导入两套制浆系统，分别加入甲料及乙料，制成重量比浓度为15-70%的甲乙两种料浆，利用两套输送系统将两种料浆输送到采场附近，在采场附近通过混合系统将两种料浆混合后充入采场。