CN106121716A - 一种新型矿山充填添加剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型矿山充填添加剂及其制备方法，所述新型矿山充填添加剂由料浆浓度调节剂、降滤失剂、防沉降剂、增强密实剂组成，其各组份的重量百分比如下：料浆浓度调节剂35％～65％；降滤失剂5～15％；防沉降剂10～20％，增强密实剂10～25％。本发明所述新型矿山充填添加剂能显著改善充填料浆的和易性，加入本添加剂后，料浆在较高的浓度下依旧具有良好的输送性能，料浆进入采空区后不需要经过大量脱水过程，在同样的胶凝材料用量下料浆早期强度上升较快且最终抗压强度能大幅度提高。本发明矿山充填添加剂性能高效工艺简单，而且使用原料成本低廉，适于在矿山充填中推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及矿山充填材料中的一种新型添加剂，具体涉及一种用于改善矿山充填料浆和易性以及各龄期抗压强度的添加剂。
背景技术
充填法采矿技术在矿山开采中的应用越来越广，充填时充填料浆通过自流或者在一定的泵送压力下通过管路输送到采空区，由于充填料浆的泌水性，往往易堵塞充填管路。一般充填浆体的主要成分是充填主料(尾砂、粉煤灰、煤矸石、建筑垃圾等)、胶凝材料(水泥、胶固料)以及水。充填过程中为了改善料浆的和易性能，往往需要调节加入的胶凝材料和水的量，充填时料浆的浓度往往会控制在一个较低的范围之内，从而造成料浆进入采空区后会经历一个脱水过程，胶凝材料也会流失一部分，充填体早期强度上升缓慢且最终强度也大受影响。
料浆要同时满足和易性好和早期强度上升快最终强度高的要求，必须加入合适的添加剂。矿山充填时由于充填料浆存在体积大、浓度低、胶凝材料掺量低等特点，目前市面的添加剂存在掺量大、成本高、对提高充填体早期强度效果不理想等缺点，限制了其大范围的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种矿山充填材料中的一种新型添加剂，能显著改善充填料浆的和易性，加入本添加剂后，料浆在较高的浓度下依旧具有良好的输送性能，料浆进入采空区后不需要经过大量脱水过程，在同样的胶凝材料用量下料浆早期强度上升较快且最终抗压强度能大幅度提高。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种新型矿山充填添加剂，由料浆浓度调节剂、降滤失剂、防沉降剂、增强密实剂组成。
其各组份的重量百分比如下：料浆浓度调节剂35％～65％；降滤失剂5～15％；防沉降剂10～20％，增强密实剂10～25％。
优选的，上述新型矿山充填添加剂，其各组份的重量百分比如下：料浆浓度调节剂40％～60％；降滤失剂5～12％；防沉降剂10～15％，增强密实剂15～20％。
优选的，上述新型矿山充填添加剂，其各组份的重量百分比如下：料浆浓度调节剂45％～55％；降滤失剂8～10％；防沉降剂12～15％，增强密实剂15～20％。
以上所述料浆浓度调节剂为木质素磺酸盐、萘磺酸盐甲醛缩合物减水剂、聚羧酸盐减水剂中的一种或几种混合物按任意配比的混合；降滤失剂为羧甲基纤维素钠与硅酸钠的混合物，混合时羧甲基纤维素钠与硅酸钠的质量比比例为(1～2)：(2～5)；防沉降剂为钠基膨润土与高岭土的一种或两种混合物，按任意配比混合；增强密实剂为硫酸铝、碳酸钠和硅灰的混合物，混合时质量比比例为硫酸铝：碳酸钠：硅灰＝(3～5)：(1～2)：(2～5)。
上述添加剂的制备方法，包括以下步骤：将上述各钟原材料以设计配比加入干混机搅拌5～10min即得成品。
上述添加剂在改善矿山充填料浆和易性以及各龄期抗压强度中的应用，所述添加剂的加入质量为所述充填料浆中胶凝材料的0.5％～3％。
其中，所述浓度调节剂均使用阴离子表面活性剂，填料浆中掺入浓度调节剂后，浓度调节剂中的的憎水基团定向吸附于充填料浆中胶凝材料颗粒表面，而亲水基团指向水溶液，构成单分子或多分子层吸附膜。由于表面活性剂的定向吸附，使充填料浆胶粒表面带有相同符号的电荷，于是在同性相斥的作用下，不但能使充填料浆-水体系处于相对稳定的悬浮状态，而且，能使充填料浆在加水初期所形成的絮凝状结构分散解体，释放出包裹的自由水，从而大幅度增加填料浆流动性。同时，浓度调节剂的添加不仅可以使填料浆的和易性改善，而且由于充填料浆水灰比有较大幅度的下降，使其内部孔隙体积明显减少，从而使填料浆凝固后充填体的的抗压强度显著提高。
所述降滤失剂为羧甲基纤维素钠与硅酸钠的混合物，羧甲基纤维素为无毒无味的白色絮状粉末，性能稳定，易溶于水，羧甲基纤维素钠是纤维素醚类中产量最大的、用途最广、使用最为方便的产品，其置于料浆中可显著提高料浆的保水性和强度，而硅酸钠作为一种矿黏合剂，粘结力强、强度较高，其潮湿环境下，可吸收浆料中水分使得自身处于膨胀状态，从而加速料浆固结。
所述防沉降剂为钠基膨润土与高岭土的混合物，钠基膨润土与高岭土作为两种非金属矿产，在工业上具有广泛的用途，在本发明中，钠基膨润土与高岭土作为防沉降剂，所依赖的主要是钠基膨润土与高岭土的吸附特性，本申请中降滤失剂中的羧甲基纤维素钠与硅酸钠一端吸附到钠基膨润土与高岭土颗粒表面，另一端溶于料浆中的自由水中，从而使钠基膨润土与高岭土颗粒和水分子之间形成一种侨联作用，减少料浆中的自由水，加之钠基膨润土与高岭土颗粒本身所具有的良好的分散作用，能够有效防止料浆颗粒的聚集，使得料浆颗粒均匀分布，保障料浆的沉降稳定性。尤其需要指出的是，钠基膨润土与高岭土具有优异的膨胀性，而矿山充填体的膨胀体积受到采空区空间的尺寸限制，在膨胀受限后对周边岩体产生一定的预应力，而该预应力不仅可以有效提高矿柱的强度，而且能够有效改善岩体中的应力分布。
所述增强密实剂为硫酸铝、碳酸钠和硅灰的混合物，硫酸铝的加入能够显著提高充填料浆中铝离子的含量，能显著提高充填体强度尤其是早期强度。碳酸钠加入后能够显著提高浆液的碱度，激发胶凝材料的潜在活性，有效提高充填体的抗压强度。硅灰中细度小于1μm的占80％以上，平均粒径在0.1～0.3μm，比表面积为：20～28m2/g，其细度和比表面积约为水泥的80～100倍，粉煤灰的50～70倍。加入硅灰后能够有效填充料浆颗粒之间的孔隙，同时与胶凝材料水化产物结合生成凝胶体，从而提高胶凝材料的粘胶性和强度，从而显著提高抗压、抗折、抗渗及抗冲击等性能。
本发明取得了以下有益效果：
(1)本发明各种原材料取材方便，原材料价格低廉，各原材料混合后不需要经高温煅烧，在常温下搅拌混匀即可，方便实施；
(2)本发明由料浆浓度调节剂、降滤失剂、防沉降剂、增强密实剂组成，各组成成分配比合理，相互配合发挥作用，实验研究表明，本发明添加剂能显著改善充填料浆的和易性，本添加剂按料浆中胶凝材料的0.5％～3％掺入时，料浆在较高的浓度下依旧具有良好的输送性能，料浆进入采空区后不需要经过大量脱水过程，在同样的胶凝材料用量下料浆早期强度上升较快且最终抗压强度能大幅度提高，并且无不利作用。
总之，本发明矿山充填添加剂性能高效工艺简单，而且使用原料成本低廉，适于在矿山充填中推广应用。
具体实施方式
实施例1
按以下重量百分比准备原料：木质素磺酸钙5kg，萘磺酸盐甲醛缩合物减水剂55kg，羧甲基纤维素钠1kg，硅酸钠4kg，钠基膨润土8kg，高岭土7kg，硫酸铝10kg、碳酸钠3kg，硅灰7kg，将以上各原材料于干混机中混合5～10min得成品。
表1本材料实验指标
注：本实验所用尾砂为淄博金岭铁矿的超细尾砂。
实施例2
按以下重量百分比准备原料：木质素磺酸钙10kg，萘磺酸盐甲醛缩合物减水剂40kg，羧甲基纤维素钠2kg，硅酸钠8kg，钠基膨润土8kg，高岭土7kg，硫酸铝8kg、碳酸钠3kg，硅灰6kg，将以上各原材料于干混机中混合5～10min得成品。
表2本材料实验指标
注：本实验所用尾砂为淄博金岭铁矿的超细尾砂。
实施例3
按以下重量百分比准备原料：木质素磺酸钙5kg，萘磺酸盐甲醛缩合物减水剂15kg，聚羧酸盐减水剂40kg，羧甲基纤维素钠2kg，硅酸钠8kg，钠基膨润土5kg，高岭土5kg，硫酸铝11kg、碳酸钠4kg，硅灰5kg，将以上各原材料于干混机中混合5～10min得成品。
表3本材料实验指标
注：本实验所用尾砂为淄博金岭铁矿的超细尾砂。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种新型矿山充填添加剂，其特征在于，由料浆浓度调节剂、降滤失剂、防沉降剂、增强密实剂组成，其各组份的重量百分比如下：所述料浆浓度调节剂35％～65％，所述降滤失剂5～15％，所述防沉降剂10～20％，所述增强密实剂10～25％。
2.如权利要求1所述的一种新型矿山充填添加剂，其特征在于，其各组份的重量百分比如下：料浆浓度调节剂40％～60％；降滤失剂8～12％；防沉降剂10～15％，增强密实剂15～20％。
3.如权利要求1所述的一种新型矿山充填添加剂，其特征在于，其各组份的重量百分比如下：料浆浓度调节剂55％～60％；降滤失剂8～10％；防沉降剂12～15％，增强密实剂15～20％。
4.如权利要求1-3任意一项所述的一种新型矿山充填添加剂，其特征在于，所述料浆浓度调节剂为木质素磺酸盐、萘磺酸盐甲醛缩合物减水剂、聚羧酸盐减水剂中的一种或几种混合物按任意配比的混合。
5.如权利要求1-3任意一项所述的一种新型矿山充填添加剂，其特征在于，所述降滤失剂为羧甲基纤维素钠与硅酸钠的混合物，所述羧甲基纤维素钠与硅酸钠的质量比比例为(1～2)：(2～5)。
6.如权利要求1-3任意一项所述的一种新型矿山充填添加剂，其特征在于，所述防沉降剂为钠基膨润土与高岭土的一种或两种混合物，按任意配比混合。
7.如权利要求1-3任意一项所述的一种新型矿山充填添加剂，其特征在于，所述增强密实剂为硫酸铝、碳酸钠和硅灰的混合物，所述硫酸铝、碳酸钠和硅灰的质量比比例为(3～5)：(1～2)：(2～5)。
8.如权利要求1-7任意一项所述的一种新型矿山充填添加剂的制备方法，其特征在于，取各原料按重量比加入干混机混合5～10min即可。
9.如权利要求1-7任意一项所述的一种新型矿山充填添加剂在改善矿山充填料浆和易性以及各龄期抗压强度中的应用。
10.如权利要求9所述的一种应用，其特征在于，所述添加剂的加入质量为所述矿山充填料浆中胶凝材料的0.5％～3％。
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