充填基胶凝材料.docx

矿山充填基胶凝材料FINE菲恩北京菲恩科技有限公司Beijing Fine Technology Co.,Ltd目录1 矿山充填简介 错误!未定义书签2 矿山充填基胶凝材料概况 错误!未定义书签3 充填基胶凝材料原料 错误!未定义书签4 充填基胶凝材料生产工艺和装备 错误!未定义书签5 充填基胶凝材料与传统水泥比较 错误!未定义书签6 结论 错误!未定义书签1 矿山充填简介1.1 充填技术及充填材料进入工业社会以来，人类对能源的需求日益增大矿山中蕴含着大量能源物质， 特别是煤炭，我国未来的发展对其的依赖还很巨大矿山开采在带来矿产资源的同时， 也是诱发地质灾害和污染环境的直接因素其中最为突出的就是地表沉陷矿山充填是治理开采沉陷的有效手段，国内外学者对其进行了大量研究，提出了 许多行之有效的方法自20 世纪50 年代以来，我国矿山充填技术的发展大致经历了四 个阶段：50 年代为废石干式充填的全盛时期；60 年代发展应用分级尾砂水力充填、碎 石水力充填和混凝土胶结充填;70〜80年代广泛应用以分级尾砂和天然砂作为充填料的 细砂胶结充填技术；90 年代全面发展了全尾砂胶结充填、块石砂浆胶结充填、碎石水泥 浆胶结充填和膏体泵压输送胶结充填等新技术，促进了我国采矿技术的进步和采矿工业 的发展。

进入 21 世纪，矿山开采将转向深部矿体、“三下矿体”以及其它复杂难采矿 体地压控制问题将日益突出，并成为深部高效、安全作业的主要障碍胶结充填是深 部及复杂应力环境下地压控制的有效途径之一，因此，充填采矿法和充填工艺技术越来 越受到人们的重视，且在充填采矿法不断改造与发展的过程中得到创新与进步一方面 通过对充填材料和充填体物理力学性质的认识，研究开发来源广泛、成本低廉、便于制 浆和输送、充填体强度高的新型充填材料；另一方面，通过对充填体力学作用机理的探 讨，结合采矿作业要求，研究新的充填工艺和方式虽然我国矿山胶结充填工艺研究的技术水平与国外矿山是接近的，但是由于新工 艺和新材料尚未得到推广，目前整体上我国与国外先进矿山在充填技术方面差距是较大 的， 主要表现在充填材料上，目前我国大多用水泥作为胶结剂进行充填，水泥用量大， 造成充填成本居高不下我国充填料配比一般为灰砂比1： 4〜8,水泥用量多为170〜300kg / m3,或100kg/1充填采矿法中，充填成本占采矿成本的 1／3 左右，充填成本中充填材料又占 80％ 以上因此寻求廉价而又能达到必要的物理力学性能的材料作矿用充填材料,是充填技 术的主攻方向。

新型矿山充填基胶凝材料是一种以固体废弃物为主要原料（固体废弃物利用率可 达 70％以上），以活性激发理论为指导，采用简单的粉磨工艺而制备成的高性能胶凝材 料该胶凝材料替代传统水泥用于矿山充填具有：充填浓度和强度高；浆体流动性好、 抗离析性好同时充填成本更加低廉等特点1.2充填的价值长期以来，矿山充填仅是作为地下采矿的一个工序，以满足采场地压管理的要求 随着人类可持续发展战略的需要，21 世纪矿山充填的意义远不只局限于满足地下采矿的 地压管理，还将逐渐展示出充分利用矿产资源和环境保护等方面的社会意义因此，在 矿山开采评估过程中应充分认识这一深层次上的意义，树立矿山充填开采的新观念 1.2.1 合理开发矿产资源从可持续发展的观点出发，矿产资源的合理开发应该是针对人类总体资源，即现 有技术水平和经济环境下可以开发利用的当代资源和现有技术水平下还不能开采、利用 或者即使能开采利用，但在经济上不合理的远景资源矿山充填，特别是矿山胶结充填 能使当代人在不能确定远景资源的条件下，为将来开发远景资源提供良好的开采环境， 甚至可以说为综合开发和利用人类总体资源奠定了技术基础，是合理开发人类总体矿产 资源的最佳技术途径。

1.2.2 矿产资源二次利用在当代所废弃的废料中，大量的属于远景资源，因缺乏足够认识而往往难以激发 人们的保护意识事实上，在地面难以长期安全保存的这些废料，特别是选矿尾砂充填 在井下采空区，将是一种最可靠、最经济的储存保护方式，使人类在发展过程中可随时 利用这些矿产资源1.2.3 人类环境保护矿山充填最显著的效果是保护地表不受破坏和储存工业废料采矿活动使大量农田和植被遭受破坏，如每年因采煤导致地表塌陷面积达3.35万hm2,而大量的采选废料 堆置地表又占用3万〜5万km2的土地将矿山采选废料充填到井下，不但可以得到妥 善保存以利于二次利用，而且可以达到保护自然环境的目的另外，矿山充填还是处理 除核废料以外的其他工业废料的一条既安全又经济的有效途径2 矿山充填基胶凝材料概况2.1 充填基胶凝材料技术2.1.1 充填基胶凝材料的基本概念 充填基胶凝材料是一种以固体废弃物为主要原料（固体废弃物利用率可达 70％以 上），以活性激发理论为指导，采用简单的粉磨工艺而制备成的高性能胶凝材料充填基胶凝材料生产的主要原料是粉煤灰、炉渣、自燃过的煤矸石、高炉矿渣、石 灰石和少部分熟料等经磨细就形成了类似水泥的胶凝材料。

所制备的硅铝基胶凝材料不 仅符合 GB175-2007 国家标准对普通硅酸盐水泥所规定的各项性能指标，它本身还有许 多特殊的优异性能2.1.2 充填基胶凝材料的特性①耐酸性能是普硅水泥的两倍以上；②抗冻融能力是普硅水泥的两倍以上；③固结 重金属、放射性物质和有机毒物的能力比水泥更强；④固结细粒硅酸盐物质如尾矿、细 砂、粘土等，同样用量时其强度与水泥相当2.1.3 充填基胶凝体系建立的意义充填基胶凝材料的理论和技术体系是硅铝基胶凝材料技术的基础充填基胶凝体系 源于自然界客观规律的启示按照地质矿物学理论，地壳本身就是由以铝硅酸盐体系为主的矿物构成的（见图 1-1）可见，铝硅质矿物约占地壳总量的3/4，资源“遍地都有”，并且经历了数以亿年 计的耐久“考验”可见，“铝硅酸盐体系”意味着丰富的天然资源，类岩石物质具有 稳定的物质结构火山灰常温常压下成岩变化在热力学上成立地质学认为，地壳上的岩石通过地质 作用在不停转化之中，天然火山碎屑等物质受到具有化学活性的成岩流体作用，在常温、 常压条件下通过沉积、变质过程，可转变成长期稳定存在的铝硅酸盐岩石，如沸石岩、 砂岩等事实上，来自工业生产的大量高温工业固体排放物（如粉煤灰、水淬渣等），正是 人类在自觉不自觉地进行着火山成岩中“火山灰化”过程的物理模拟，制造了各种冠以“废弃物”为名的人造“火山灰”！这些人造“火山灰”是已储存了大量能量(潜能) 的硅铝基介稳态物料，它们是研究发展硅铝基胶凝体系的廉价主体原料。

□ 0□ Si□ Al□ Ca□ Fe□ Mg□ Na□ K其它硅铝基胶凝材料硬化体元地壳元素分布图图1 硅铝基胶凝材料与地壳各元素对比因此，不同于传统水泥的高钙基胶凝体系，以活性激发理论为指导建立硅铝基胶凝 体系，利用大量固体排放物作为硅铝基胶凝材料主体原料制备新型胶凝材料，对有效解 决当今经济可持续发展所面临的资源短缺、生态危机、混凝土结构耐久性差等问题具有 重要的科学意义2・2 •充填基胶凝材料的性能2.2.1充填基胶凝材料的强度性能(1) 充填基胶凝材料胶砂强度性能由于充填基胶凝材料岩石化过程中成岩流体的“焊接”作用，一般硅酸盐类和碳酸 盐类粗细骨料都会与充填基胶凝材料中的成分发生界面反应并保持好的体积稳定性，而 普通水泥类胶凝材料一般认为是以范德华力和表面作用为主与骨料结合的因此充填基 胶凝材料可以容易地制成高强度的制品，并有充足的强度后期发展余量按照最新的普 通水泥国家标准，在实验室测试了不同养护龄期的充填基胶凝材料胶砂强度表2.1普通充填基胶凝材料不同龄期的抗折、抗压强度种类标号抗折强度MPa抗压强度MPa3d28d90d180d365d3d7d28d90d180d365d充填基胶凝材料32.5 #2.18.69.09.49.418.428.237.642.948.052.2硅铝基胶凝材料42.5 #5.710.911.712.012.423.435.849.356.262.668.8从表 2.1可知，充填基胶凝材料的长期强度不但没有倒缩现象，而且是随龄期不断增加。

在一年中充填基胶凝材料结构体的强度持续增长，并且表现出较大的增长幅度32.5#42.5#7d 28d 90d 180d 365d养护龄期图 2 普通充填基胶凝材料不同龄期抗压强度 （2）充填基胶凝材料混凝土强度性能根据普通水泥国家标准，在实验室按同标号水泥混凝土水灰比设计各种标号的充填 基胶凝材料混凝土，结果见表 2.2表 2.2 充填基胶凝材料混凝土的强度性能 /MPa标号3d7d28d抗压强度抗折强度抗压强度抗折强度抗压强度抗折强度CIO9.182.115.203.118.433.9C2015.413.919.414.826.365.2C3017.904.628.96.936.807.3C4021.005.034.38.046.308.4C5038.488.845.3410.854.2011.2C6049.6510.555.5512.562.8712.8由表 2.2可见，充填基胶凝材料混凝土具有较好的强度性能 充填基胶凝材料的比重与普通水泥相差无几，其混凝土强度达到普通水泥的水平2.2.2 充填基胶凝材料的耐久性（1）抗碳化性能根据GBJ82-1985《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》，使用标准混凝土碳 化试验箱测定了充填基胶凝材料试件和普通硅酸盐水泥试件的抗碳化性能指标。

试件不 同龄期的碳化深度见表 2.3表 2.3 不同碳化龄期混凝土的碳化深度种类强度等级碳化深度 mm3d7d14d28d充填基胶凝材料C201.83.44.96.0C3000.61.31.8C5000.30.40.6水泥C201.74.67.49.2C301.02.14.34.8C5000.81.31.7从碳化结果可以看出，充填基胶凝材料混凝土和普通硅酸盐水泥混凝土的碳化深度 都随着龄期的增长而加深，而充填基胶凝材料混凝土在各个龄期的碳化深度都要小于相 同强度标号的水泥混凝土测试结果显示出充填基胶凝材料混凝土优异的抗碳化性能2）抗冻性能参照GBJ82-1985《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》，使用快速冻融设备,对三组充填基胶凝材料试件分别进行了 386 次冻融循环试验，试验结果见表 2.4表 2.4 充填基胶凝材料试件抗冻融循环试验结果基准试样28天实测强度Mpa试样1试样2试样3平均49.748.251.449.7对比试样强度（标养245天）59.864.361.962冻融386次后强度49.352.151.251.8冻融强度损失率%17.5218.9717.2917.93冻融质量损失率%0.280.790.170.41相对动弹性模量下降率%34.56。