矿山固体废弃物制备高强度膏体充填材料的实验研究

为充分利用矿山固体废弃物进行深部膏体充填开采,以煤矸石、粉煤灰、尾砂和水泥为原料,制备高强度膏体充填材料,采用正交设计手段进行配合比设计,并采用坍落度实验和单轴压缩实验测试了不同配合比条件下膏体充填材料的坍落度、强度和弹性模量,基于实验数据进行了极差分析,探讨了质量分数、水胶比、砂率和粉煤灰用量对膏体充填材料性能的影响,确定了最优配合比。研究结果表明,采用煤矸石、尾砂、粉煤灰和水泥为原料,可以制备高强度满足深部开采要求的膏体充填材料,当质量分数为80%、水胶比为2、砂率为80%、粉煤灰用量为150 kg/m3时为最优配合比,此时坍落度为209 mm,28 d抗压强度为10.40 MPa,弹性模量为7.15 GPa,能够满足深部膏体充填开采的要求。     

高硫尾砂胶凝材料试验研究

某选厂高硫尾砂采用普通硅酸盐水泥作胶凝材料时,其充填体抗压强度在后期出现衰减。针对该高硫尾砂,研制出了2种胶凝材料,并将该2种胶凝材料与普通硅酸盐水泥进行抗压强度、坍落度、泌水性等对比试验,结果表明,2种新胶凝材料灰砂比为1∶8的胶结试块的后期强度持续增加,90 d抗压强度可分别达到3.21 MPa和2.95 MPa,较42.5普通硅酸盐水泥增加了1~3倍,且充填料浆的坍落度、泌水性等指标无明显变化。     

尾矿渣复合胶凝材料制备研究

以铁尾矿和铜矿渣为原料,成功制备了尾矿渣复合胶凝材料。通过分析球磨时间、胶砂比、料浆浓度、矿渣用量、碱激发剂、水泥熟料、养护条件与胶凝材料力学性能的关系,探讨矿渣胶凝体系制备过程影响因素,确定矿渣胶凝材料制备工艺条件。当矿渣胶凝体系配比为铜矿渣∶石灰∶石膏=80%∶4%∶16%、矿渣胶凝体系球磨时间25min,充填体中矿渣胶凝体系∶水泥熟料∶氢氧化钠∶铁尾矿=20%∶5%∶0.5%∶74.5%、料浆浓度为75%时为充填材料的最好配比,在此条件下,5%水泥填料,试块28d抗压强度为3.62MPa。试验中尾矿渣复合胶凝材料制备研究满足矿山充填胶凝材料的需求。     

神东矿区山砂基膏体充填材料配比优化试验

为制备成本低廉、配比合理和稳定优越的膏体充填材料，以山砂作为骨料，水泥和粉煤灰作为胶凝材料，分别对充填材料的物理力学性质、化学成分、膏体流动性、速凝特性和配比进行系统研究。结果表明：神东矿区山砂颗粒粒度中等偏细，SiO₂含量较高，有利于提高充填体强度；粉煤灰颗粒超细，具备部分活性，是良好的添加辅料；山砂基膏体的推荐质量浓度为水泥∶粉煤灰∶山砂=1∶2∶6、1∶2∶10、1∶4∶15、1∶4∶20时，质量浓度分别为83%、84.5%、84%、84.5%；水泥∶粉煤灰∶山砂=1∶4∶15时，3 d龄期抗压强度为1.44 MPa,28 d龄期抗压强度可达8.88 MPa，而配比为1∶4∶20时，膏体充填体强度略有降低；充填体的早期强度较高，能够满足充填技术要求。     

煤矿高浓度胶结充填材料配比优化分析

汾西矿业有限公司新阳煤矿的高浓度胶结充填材料主要由煤矸石、粉煤灰、水泥和水4部分组成。针对高浓度胶结充填材料配比的优化,为了减少试验次数,提高实验的精确程度,对实验数据采用正交试验法进行处理。结果表明:当粉煤灰∶水泥∶煤矸石为2∶1∶4.8,料浆浓度为78%时,高浓度充填料浆坍落度为252 mm,泌水率为4.9%,充填体28 d强度为4.21 MPa,可以满足煤矿充填开采要求。     

尾矿渣复合胶凝材料制备试验研究

以铁尾矿和铜矿渣为原料,成功制备了尾矿渣复合胶凝材料。通过分析球磨时间、胶砂比、料浆浓度、矿渣用量、碱激发剂、水泥熟料、养护条件与胶凝材料力学性能的关系,探讨矿渣胶凝体系制备过程影响因素,确定矿渣胶凝材料制备工艺条件。当矿渣胶凝体系配比为铜矿渣∶石灰∶石膏=80%∶4%∶16%、矿渣胶凝体系球磨时间25min,充填体中矿渣胶凝体系∶水泥熟料∶氢氧化钠∶铁尾矿=20%∶5%∶0.5%∶74.5%、料浆浓度为75%时为充填材料的最好配比,在此条件下,5%水泥填料,试块28d抗压强度为3.62MPa。试验中尾矿渣复合胶凝材料制备研究满足矿山充填胶凝材料的需求。     

矸石膏体充填材料配比优化

为了合理确定岱庄矿矸石膏体充填材料的合理配比,采用均匀设计方法开展了28组实验,研究粉煤灰、水泥、矸石的不同配比对膏体坍落度、分层度、泌水率、充填体早期强度和长期强度的影响规律。基于关键层理论提出了充填体长期强度的计算公式,并采用Matlab软件拟合出了矸石膏体充填最优配比,即粉煤灰∶水泥为3.2、矸石∶水泥为4.5、料浆质量浓度为75.3%。该条件下对应的充填性能参数分别为:坍落度184.44 mm、分层度13.87 mm、泌水率1.48%、充填体早期强度0.16 MPa、充填体长期强度3.89 MPa,与实验结果基本吻合。     

不同粒径组合对煤矸石基充填材料性能的影响

为解决胶结充填成本高、煤矸石和低品质粉煤灰等固废堆存占用大量土地及污染环境等问题,在充分利用煤矿固体废弃物、满足工程实际需求的前提下,制备了煤矸石基充填材料。根据不同胶凝材料的水化特性,研究了高活性辅助胶凝材料和低活性辅助胶凝材料的颗粒级配。通过组分筛选、配比优化、性能测试分析,获得了材料抗压强度、泌水率和流动度3项性能指标;利用XRD、SEM和压汞研究了不同粒径组合对充填材料性能的影响机理。研究表明:水泥熟料30%、煤矸石40%、粉煤灰20%、脱硫石膏10%为最优配比,此时早期强度发展较快,3 d强度达到0.83 MPa,后期强度最高,28 d强度达到9.92 MPa;煤矸石粒径变化对材料性能起主要作用,粉煤灰和脱硫石膏粒径变化起次要作用,并且存在最优的粒径组合,即煤矸石粒径0.075~0.106 mm、粉煤灰和脱硫石膏粒径0.053~0.075 mm的组合性能最优,材料的3 d抗压强度为0.78 MPa,28 d抗压强度达到12.1 MPa,流动度大于320mm,泌水率低。     

煤矿采空区膏体充填材料制备试验研究

以煤矸石和粉煤灰为原料、电石渣为外加剂,通过试验得到了适合内蒙古乌海某煤矿采空区膏体充填材料的优势配比。保持充填浆料的质量浓度为67%,当煤矸石、粉煤灰、水泥和外加剂的质量比为14∶10∶2∶3时所形成的充填体,28 d单轴抗压强度为5.71 MPa,可以满足该矿最低充填强度的需求。试验中采用外加剂中的氢氧化钙作为碱性激发剂,用以激发粉煤灰的活性;选用的粉煤灰含有大量的硫酸钙,会和氢氧化钙与活性氧化铝发生反应生成钙矾石,产生胶凝作用,从而形成良好的充填强度。     

粉煤灰对煤矿充填膏体性能的影响

为探讨粉煤灰对煤矿充填膏体性能的影响,试验采用坍落度试验和流变试验综合评价膏体流变性,通过干缩变形研究其长期稳定性及对接顶性能的影响,研究了水泥、煤矸石用量及膏体浓度不变的情况下粉煤灰掺量64.2%~69.8%,膏体流变性、泌水率、抗压强度和干缩率的变化情况。结果表明:1随粉煤灰掺量的增加,膏体流变性减弱,黏聚性增强,泌水率减小。2随粉煤灰掺量的增大,不同龄期膏体抗压强度变化不同,3 d强度变化不大,在0.5 MPa左右;7 d强度呈先增后降的趋势,在66.7%掺量时最大达到2.5 MPa;14 d强度于67.8%掺量前在4 MPa上下变化,在68.9%掺量时达到6.9 MPa;28 d强度发展缓慢,与14 d变化趋势相似。7~14 d水化作用显著,强度增长量能达到28 d强度的40%~60%。3膏体的干缩量随粉煤灰用量增加而减小,与龄期近似满足对数关系。且膏体干缩量曲线160 d开始趋于平稳,干缩率不超过0.2%。     

铜矿全尾砂新型胶凝材料试验

针对铜矿全尾砂含泥量高、颗粒细的特点,试验制备出一种通过复合激活剂激活工业废料的新型胶凝材料。充填体强度测试结果表明,充填料浆总浓度为65%时,新型胶凝材料胶砂比1∶6充填体28 d强度是水泥胶砂比1∶3充填体的1.44倍,高达3.9 MPa,新型胶凝材料胶砂比1∶8 充填体28 d强度为2.5 MPa,接近水泥胶砂比1∶3充填体强度2.7 MPa,满足矿山要求;充填料浆的沉降试验和坍落度试验结果表明,新型胶凝材料充填料浆保水性能好,流动性能满足矿山充填输送要求。新型胶凝材料具有较好的市场推广价值。     

矿用新型充填胶凝材料配比实验及其水化机理研究

以某充填矿山为背景,利用脱硫灰渣、水泥熟料、早强剂和矿渣进行矿用新型充填胶凝 材料配比实 验。采用正交实验确定胶凝材料最优配比,借助 X 射线衍射和扫描电镜研究新型充填胶凝材 料的水化机理,最后 进行验证实验和工业应用研究。结果表明：新型充填胶凝材料最优配方为水泥熟料∶脱硫灰渣 ∶早强剂∶矿渣=4∶17 ∶0.5∶78.5,最优配方下充填体 7 d、28 d 单轴抗压强度分别为 1.355 MPa、3.870 MPa; 新型充填胶凝材料水化产物主 要为团絮状 C-S-H 凝胶和短棒状钙矾石,随龄期增加生成更多 C-S-H 凝胶和钙矾石,是充填 体强度随龄期增加的 原因;验证实验的充填体强度相对误差小于 1%,强度可靠可进行工业应用;与 32.5 水泥相 比,新型胶凝材料充填体 7 d、28 d 体积沉缩率分别低 31.26%、33.50%,每吨节约成本 73 元,对提高充填体接顶率 与节约矿山生产成本具有重 要意义。     

安庆铜矿分级尾砂胶凝材料配比试验及应用研究

根据安庆铜矿的充填胶凝材料选择和充填料配比参数设计,开展了分级尾砂新型胶凝材料胶结充填体和水泥胶结充填体的强度对比试验。结果表明:在灰砂比为1∶10、质量浓度为70%、28 d养护龄期的条件下,新型胶凝材料胶结试块抗压强度是水泥胶结试块的1.9倍。通过数值模拟方法,计算典型一步骤采场充填体的实际强度需求为1.525 MPa,并在此基础上推荐充填浓度不低于70%,新型胶凝材料与分级尾砂比为1∶10进行工业充填试验。采场充填体现场取样测试结果表明,新型胶凝材料充填体试样平均抗压强度为2.01 MPa,满足矿山对充填强度和充填质量的要求,胶凝材料用量降低了21.8%,从而节约了充填成本。     

甘肃某矿山基于粉煤灰-水淬渣的新型胶凝材料开发

在甘肃某矿山采用棒磨砂充填料、1∶4的胶砂比和78%质量浓度的充填条件下,研究用粉煤灰和矿渣微粉替代水泥。结果表明,当生石灰为5%、芒硝3%、亚硫酸钠1.5%、脱硫灰渣17.5%、粉煤灰20%和矿渣微粉53%的掺量时,棒磨砂胶结充填体的3、7和28 d的抗压强度分别达到1.50,3.15和5.12 MPa,充填体沉缩率仅为8.68%,均满足矿山下向分层胶结充填法采矿的强度要求。充填胶凝材料的粉煤灰掺量高达37.5%,成本降低到121元/t。     

用某钼尾矿制备高性能混凝土的试验

将钼尾矿、矿渣、水泥熟料、石膏进行机械力粉磨,制备胶凝材料,研究了胶凝材料掺量和砂率对混凝土力学性能的影响。结果表明,随着胶凝材料掺量的增加,混凝土的坍落度和混凝土试块的抗压强度均增大;随着砂率的增大,混凝土的坍落度和混凝土试块的抗压强度均先增大后减小。当胶凝材料和骨料质量比为1∶3.0,砂率为0.35时,养护28 d的混凝土试块的抗压强度达68.7 MPa。在钼尾矿胶凝材料体系中,C-S-H凝胶、AFt及氢氧化铁凝胶等水化产物相互交织,未参与反应的微细粒填充到体系的孔隙中,促进了胶凝材料强度的增长。     

煤矿高浓度胶结充填材料配比研究

为得到煤矿高浓度胶结充填材料的合理配比,在分析煤矿充填开采特点、煤矿对充填材料要求及高浓度胶结充填现状的基础上,分别研究了以粉煤灰、煤矸石、普通硅酸水泥及水为主要充填材料在未添加与添加外加剂时的合理质量配比。结果表明:未添加外加剂时,普通硅酸水泥、粉煤灰、煤矸石、水在质量配比10%∶20%∶50%∶20%时充填材料所形成的充填体效果较好,在该配比的基础上添加普通硅酸水泥质量8%的外加剂,制成的料浆浓度为79%,该充填料浆流动性好,不沁水,无离析,坍落度为280 mm,28 d后抗压强度达5.2 MPa,达到了较好的充填效果。     

赤泥作矿渣基胶凝材料调整剂的研究

以赤泥作为调整剂加入到矿渣、石膏、水泥熟料组成的矿渣基胶凝材料中,考察其掺量对胶凝材料抗压强度的影响,并对胶凝材料的微观形貌进行SEM分析。结果表明：随着赤泥掺量的增加,胶凝材料的抗压强度先增大后减小;在赤泥掺量为6%时（矿渣、石膏、熟料用量分别为74%、10%、10%,PC减水剂用量为各原料总量的0.3%）效果最优,胶凝材料的3、7、28 d抗压强度分别达到61.93、70.53、81.02 MPa。胶凝材料的水化产物主要为C-S-H凝胶和钙矾石;随着反应龄期的增长,C-S-H凝胶的覆盖面积不断增大,钙矾石晶体也紧密交织,水化过程趋于完全。     

某多金属矿新型充填胶凝材料性能及微观结构研究

采用矿渣新型胶凝材料为胶结剂,细尾砂为骨料,开展充填料浆流动度、泌水率和充填配比试验,研究浓度、灰砂比对料浆流动性、泌水率、充填体抗压强度的影响,以及不同养护龄期下充填体抗压强度的发展规律。结果表明：充填浓度对料浆流动度、泌水率的影响较大,随着浓度的提高,料浆流动度和泌水率显著降低;灰砂比的影响相对较小,随着灰砂比的降低,料浆流动度、泌水率略有提高;充填体抗压强度随浓度的增加而提高,随灰砂比的减小而降低,新型胶凝材料充填体在养护早期3 d强度发展较为缓慢,7 d后强度开始明显提高,28 d后强度仍能持续增长,且养护60 d强度相比28 d提高约20%;矿渣微粉在水泥、石膏等激发作用下生成纤维状C-S-H、针棒状钙矾石等水化产物是充填体产生强度的主要原因。     

某金矿氟石膏基新型膏体充填材料配比试验研究

基于目前水泥胶凝材料价格大幅上调导致膏体充填成本高昂的实际境况,为降低充填成本,以工业废弃氟石膏为主要研究对象进行相关研究。利用氟石膏代替水泥,结合废石、粉煤灰、生石灰等掺加料,并辅以一定量的添加剂,开展氟石膏基新型膏体充填材料配比试验研究。通过坍落度、扩展度等试验确定材料的最优配比,并对膏体进行单、三轴及SEM试验,分析其宏微观结构。研究结果表明：质量浓度增大0min至120min,坍落度、扩展度损失率随之增大,泌水率却逐渐减小;最优配比所制成氟石膏基膏体的单轴压缩应力—应变曲线属于弹塑性曲线,最高可达6~7MPa;单轴与三轴压缩试验后,膏体表面未出现大的破裂面,且随围压的增加,应力—应变曲线不再出现峰值应力;所制充填材料的水化物主要包括钙矾石（AFt）、水化硅酸钙凝胶（C-S-H凝胶）和二水硫酸钙（CaSO4?2H2O）。氟石膏基新型膏体充填材料的配制具有深远的影响,为实现高效安全、绿色可持续的矿山开采提供了保障。     

钢渣—矿渣基胶凝材料特性研究

以钢渣和矿渣为主要原料,以水泥为碱性激发剂,以盐石膏为氯盐和硫酸盐复合激发剂,制备钢渣—矿渣基胶凝材料。实验结果表明,钢渣、矿渣、水泥和盐石膏的配比为40∶50∶5∶5时,其胶凝材料28 d的强度能够达到20.2 MPa。5%的水泥和5%的盐石膏足以激发钢渣—矿渣基胶凝材料。钢渣—矿渣基胶凝材料的抗压强度是随着矿渣含量的增加而增加。这种材料固废利用率95%,可用于强度要求不高的大体积充填工程。