[发明专利]金属矿溢流尾砂制备的煤矿井下充填材料及其工艺和应用

说明书

本发明涉及煤矿井下充填技术领域，具体为一种金属矿溢流尾砂制备的煤矿井下充填材料及其工艺和应用。该煤矿井下充填材料以重量百分比计算，由以下组分制得：胶固粉5％～6％，粉煤灰27％～31％，金属矿溢流尾砂21％～27％，水41％～42％；所述金属矿溢流尾砂为分级后的超细溢流尾砂，其中400目以下粒径的颗粒含量≥55％。本发明利用区域金属矿山所产溢流尾砂等固废通过合理配比制成充填材料，并通过合理的工艺将其充填到煤炭矿山的井下采空区，解决了尾砂固废堆存的企业及社会环境问题。

技术领域

本发明涉及煤矿井下充填技术领域，特别是涉及一种金属矿溢流尾砂制备的煤矿井下充填材料及其制备工艺。

背景技术

金属矿山溢流尾砂固废是近两年来行业变革所带来的全新企业及社会课题。一直以来，金属矿山开采选矿后的固废尾砂，普遍水力旋流后的分级粗尾砂为井下空区充填集料，溢流尾砂则排放至尾矿库。近年来，随着无尾矿山发展理念的持续增强、传统尾矿库库容告急、新建尾矿库无望等因素制约，矿山企业创新了“充细留粗”的全新发展思路，将传统充填粗尾砂作为建筑砂原料出售，原溢流尾砂则作为充填集料，用于井下充填。但受限于市场需求量、充填胶凝材料、井下空区规模等不确定因素，理想状态下的粗尾砂资源化及溢流充填量后，仍将有5％左右的溢流尾砂将处于地表堆存状态。

以煤炭为主导的能源结构在很长时间内仍将难以改变。为有效解放压煤资源，充填开采是最理想、最安全的实施工艺，充填集料一般采用粉煤灰、炉渣等区域廉价工业固废。但近年来，随着固废综合利用的技术导向，传统粉煤灰、炉渣也都成为了宝贵资源，在建材市场中售价水涨船高，早期的固废已为资源，给缺矸石骨料的矿井附加了极高的充填成本。

综上，为解决金属矿山超细溢流尾砂无处堆存以及煤炭矿山采空区无料可充的问题，寻求合适的充填胶凝材料与充填配比，并通过合理的应用工艺对其进行充填，成为建设绿色无尾矿山，帮助煤矿企业可持续发展的重要途径。

目前，针对以尾砂为骨料进行的矿山充填研究较为广泛，但针对溢流尾砂为骨料的研究还存在不足。如

CN1238292C(似膏体充填用的胶凝材料、料浆制备充填工艺)，其中胶凝材料1％～15％，细粒级物料为5％～50％，调节剂为0％～2％，余为充填骨料和水。胶凝材料中含钙的非晶化和微晶化物料：含硫的激发性物料：碱性的激发性物料：活性物料：似膏体胶凝物料的骨料：调节剂＝(20％～93％)：(0～40％)：(7％～50％)：(0～50％)：(0～10％)。但是该发明的骨料中溢流尾砂只占比5％～30％，且28天固化强度为1～1.8Mpa，强度较低，胶凝材料占比10％，占比较大。

CN113800859A(一种全尾砂胶结充填专用胶固粉及其制备方法)，包括胶固粉主料和改性剂，所述的胶固粉主料由以下重量百分数的原料组成：水淬渣：55％～80％、电石渣：5％～20％、氟石膏：10％～30％、水泥熟料：5％～10％、盐泥5％～20％。CN106587789(一种多功能铁矿全尾砂新型充填材料)，主要由铁矿全尾砂、水泥、水按照57％～63％：10％～15％： 27％～29％的重量比制成等，该种胶固粉或充填材料只针对全尾砂进行胶结充填。

CN113800847A(一种利用矿山尾砂制成的采空区充填料)，由烷基苯磺酸盐2％～6％；脂肪醇醚硫酸盐5％～10％；稳泡剂2～4％；凝固剂4％～6％；硅酸盐水泥10％～15％；尾砂25％～ 30％；其余为水在常温常压下混合搅拌均匀并经高压发泡制得。该发明所胶结的尾砂骨料粒径在37μm～74μm，也即+400目～-200目，粒径较大。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种金属矿溢流尾砂制备的煤矿井下充填材料。

本发明的第二目的在于提供一种矿溢流尾砂制备的煤矿井下充填材料的制备工艺。

本发明的第三目的在于提供一种金属矿溢流尾砂制备的煤矿井下充填材料的用途。

为了解决上述技术问题，本申请提供了如下技术方案：