利用盐类矿床开采尾盐的充填膏体及其胶结充填的方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201110420167.X

申请日:

2011.12.15

公开号:

CN102515683A

公开日:

2012.06.27

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):C04B 28/14申请日:20111215|||公开

IPC分类号:

C04B28/14; C04B18/12; E21F15/08

主分类号:

C04B28/14

申请人:

中蓝连海设计研究院

发明人:

张春方; 黄振伟; 牛明远

地址:

222000 江苏省连云港市新浦区朝阳西路51号

优先权:

专利代理机构:

南京众联专利代理有限公司 32206

代理人:

刘喜莲

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内容摘要

本发明是一种利用盐类矿床开采尾盐的充填膏体,其特征在于:它以钾石盐或光卤石矿石经选矿加工后的尾盐为充填基材;充填基材的主要成分为NaCl和MgCl2,以半水石膏CaSO4·?H2O为胶结材料;NaCl作为凝固充填基材的骨料按需要添加,通过NaCl的加入量调节充填材料的浓度;充填基材与胶结材料混合搅拌后形成质量浓度为81%~88%的膏体。本发明还公开了利用充填膏体的充填方法。本发明利用尾盐及胶结材料配成高浓度的膏体,膏体充填材料泵送到井下采空区后,通过物理化学反应固结,不需要采场脱水就可形成具有一定强度的充填体。避免充填浆体内的含水对矿柱及围岩的软化破坏,对矿区地表及周边的生态环境起到有效的保护。

权利要求书

1: 一种利用盐类矿床开采尾盐的充填膏体, 其特征在于 : 它以钾石盐或光卤石矿石经 选矿加工后的尾盐为充填基材 ; 充填基材的主要成分为 NaCl 和 MgCl2, 以半水石膏 CaSO4·½H2O 为胶结材料 ; 所述的半 水石膏与充填基材中 MgCl2·6H2O 的质量比为 0.90~1.00 : 1; NaCl 作为凝固充填基材的骨 料按需要添加, 通过 NaCl 的加入量调节充填材料的浓度 ; 充填基材与胶结材料在 90~180℃下混合搅拌后形成质量浓度为 81%~88% 的膏体。
2: 根据权利要求 1 所述的充填膏体, 其特征在于 : 所述的 NaCl 为破碎、 磨矿后筛分出 来的大颗粒盐或者浮选尾矿中所含 NaCl, 并通过蒸发脱水后得到 NaCl 固体 ; 所述的 MgCl2 为尾矿通过蒸发脱水后得到的水氯镁石 MgCl2·6H2O。
3: 根据权利要求 1 所述的充填膏体, 其特征在于 : 充填基材与胶结材料在 90~135℃下 混合搅拌后形成质量浓度为 81%~88% 的膏体。
4: 根据权利要求 1 所述的充填膏体, 其特征在于 : 所述的半水石膏与充填基材中 MgCl2·6H2O 的质量比为 0.95 : 1。
5: 一种用权利要求 1 或 2 或 3 或 4 所述的充填膏体进行胶结充填的方法, 其特征在于, 其步骤如下 : (1) 先在地面将尾盐 NaCl 和 MgCl2·6H2O 加热到 135 ~ 180℃, 将 MgCl2·6H2O 分解为 MgCl2·2H2O 和 H2O, 然后输送到搅拌槽 ; (2) 胶结材料半水石膏 CaSO4· ½H2O 是通过对天然石膏 CaSO4· 2H2O 在 107℃~ 170℃ 的温度下通过回转窑装置煅炼而成 ; 将胶结材料输送到搅拌槽后与 MgCl2· 2H2O、 NaCl 混合, 通过搅拌形成均匀的充填膏体, 浓度为 81%~88% ; (3) 使用泵压经充填管将充填膏体输送到井下 ; 充填管沿充填竖井、 -100m 总回风巷 道、 区段回风巷道、 回风天井到达采空区。
6: 根据权利要求 5 所述的方法, 其特征在于 : 所述的充填管为双层保温管。

说明书


利用盐类矿床开采尾盐的充填膏体及其胶结充填的方法

    技术领域 本发明涉及一种矿床的充填材料及方法, 特别是一种利用盐类矿床开采尾盐的充 填膏体, 该充填膏体特别适用于对钾石盐或光卤石矿床采用地下开采方式形成的采空区进 行充填 ; 本发明还涉及用前述充填膏体进行胶结充填的方法。
     背景技术 现有技术中主要有两类充填方式, 一是盐类矿床开采形成的采空区利用液体进行 充填, 其材料主要为饱和卤水 ; 二是金属非金属矿床采用地下开采方式采矿形成的采空区 一般都采用尾砂胶结充填。
     利用饱和卤水充填采空区的方式一般只适用于水溶开采的盐类矿床。 盐类矿床采 用水溶开采时, 在开采后的溶洞内充入饱和卤水对顶板起到支撑作用, 保护地表防止地面 塌陷。 但是当盐类矿床采用地下开采形式时井下有大量人员、 设备, 再用方法把大量卤水充 入井下对开采作业势必形成安全隐患。 另外空区内注入大量卤水会跟矿柱发生作用进而软 化矿柱, 降低矿柱强度, 不利于井下空区的稳定性。 因此该充填方法用在地下开采的钾盐类 矿床的采空区可行性不大。
     在金属非金属矿山地下开采大多采用高浓度的尾砂胶结充填, 较高浓度的尾砂与 水泥或其他胶结材料混合后通过泵送至采空区进行充填, 尾砂与胶结材料凝固后形成稳定 的充填体。 在盐类矿床的开采中由于尾矿主要为 NaCl 和 MgCl2 , 而这些材料的特性决定了 其不能与水泥等一般胶结形成稳固的充填体。如采用沙、 石等作为充填材料胶结充填虽然 可以形成稳固的充填体而满足充填要求, 但是盐类矿石加工出来的大量尾盐只能堆存在地 面, 不仅占用大量土地且会对环境造成不利影响。
     发明内容 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足, 提供一种新的原料配制合 理、 胶结效果好的利用盐类矿床开采尾盐的充填膏体。
     本发明所要解决的另一个技术问题是提供了一种利用上述充填膏体进行胶结充 填的方法, 该方法工艺更为合理、 安全环保。
     本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。 本发明是一种利用 盐类矿床开采尾盐的充填膏体, 其特点是 : 它以钾石盐或光卤石矿石经选矿加工后的尾盐为充填基材 ; 充填基材的主要成分为 NaCl 和 MgCl2, 以半水石膏 CaSO4·½H2O 为胶结材料 ; 所述的半 水石膏与充填基材中 MgCl2·6H2O 的质量比为 0.90~1.00 : 1; NaCl 作为凝固充填基材的骨 料按需要添加, 通过 NaCl 的加入量调节充填材料的浓度 ; 充填基材与胶结材料在 90~180℃下混合搅拌后形成质量浓度为 81%~88% 的膏体。
     本发明所要解决的技术问题还可以通以下的技术方案来进一步实现。 以上所述的 充填膏体, 其特点是 : 所述的 NaCl 为破碎、 磨矿后筛分出来的大颗粒盐或者浮选尾矿中所
     含 NaCl, 并通过蒸发脱水后得到 NaCl 固体 ; 所述的 MgCl2 为尾矿通过蒸发脱水后得到的水 氯镁石 MgCl2·6H2O。
     本发明所要解决的技术问题还可以通以下的技术方案来进一步实现。以上所述 的充填膏体, 其特点是 : 充填基材与胶结材料在 90~135 ℃下混合搅拌后形成质量浓度为 81%~88% 的膏体 ; 进一步优选在 90~100℃下混合搅拌后形成质量浓度为 81%~88% 的膏体。
     本发明所要解决的技术问题还可以通以下的技术方案来进一步实现。 以上所述的 充填膏体, 其特点是 : 所述的半水石膏与充填基材中 MgCl2·6H2O 的质量比为 0.95 : 1; 本发明所要解决的技术问题还可以通以下的技术方案来进一步实现。 本发明还公开了 一种利用上述技术方案所述的充填膏体进行胶结充填的方法, 其特点是, 其步骤如下 : (1) 先在地面将尾盐 NaCl 和 MgCl2·6H2O 加热到 135 ~ 180℃, 将 MgCl2·6H2O 分解为 MgCl2·2H2O 和 H2O, 然后输送到搅拌槽 ; (2) 胶结材料半水石膏 CaSO4· ½H2O 是通过对天然石膏 CaSO4· 2H2O 在 107℃~ 170℃ 的温度下通过回转窑装置煅炼而成 ; 将胶结材料输送到搅拌槽后与 MgCl2· 2H2O、 NaCl 混合, 通过搅拌形成均匀的充填膏体, 浓度为 81%~88% ; (3) 使用泵压经充填管将充填膏体输送到井下 ; 充填管沿充填竖井、 -100m 总回风巷 道、 区段回风巷道、 回风天井到达采空区。
     以上所述的充填方法中, 所述的充填管优选双层保温管。
     以下对本发明技术方案进行进一步阐述。
     一、 充填材料选择及配比 本发明主要利用钾石盐或光卤石矿石经选矿加工后的尾盐做为充填材料, 其主要成 分为 NaCl 和 MgCl2。NaCl 主要为破碎、 磨矿后筛分出来的大颗粒盐以及浮选尾矿中所含 NaCl, 通过蒸发脱水后得到 NaCl 固体 ; MgCl2 主要为尾矿通过蒸发脱水后得到的水氯镁石 (MgCl2·6H2O) 。
     如果仅采用尾盐这两种材料进行充填, 充填体不能很好的固结在井下采空区呈分 散状态抗压强度低难以满足充填要求。因此需要在充填材料中增加一种胶凝材料, 使其通 过自身的物理、 化学作用将充填材料由膏体胶结成具有一定强度的坚硬整体。
     通过实验研究发现半水石膏 (CaSO4·½H2O) 是一种有效的胶结材料。半水石膏与 水拌和的浆体可重新形成二水石膏、 在干燥过程中凝结硬化而获得强度 ; 并且材料广泛, 容 易取得成本低廉。
     充填材料在井下凝固的反应可以表示为 : n NaCl+3MgCl2·6H2O+4CaSO4·½H2O= n NaCl+ 3MgCl2·4H2O+4CaSO4·2H2O 根据以上化学反应方程式可以推算需要添加的胶结材料半水石膏与充填尾盐中 MgCl2·6H2O 的最佳摩尔比为 4:3, 其最佳质量比为 0.95 : 1。
     尾盐中的 NaCl 可以作为凝固充填体的骨料根据需要添加, 并通过控制 NaCl 的加 入量调节充填材料的浓度。
     充填材料在井下采空区通过物理化学反应可形成稳固的充填体, 其单轴抗压强度 可以达到 6 MPa 以上, 完全满足矿山充填要求。
     二、 充填材料制备 选矿加工厂出来的尾盐经过简单的浓密脱水后主要以 NaCl 和 MgCl2·6H2O 形似存在, 首先堆存在尾盐池中供充填使用。充填前首先对尾盐加热到 135 ~ 180℃使水氯镁石 (MgCl2·6H2O) 分解。反应方程式为 : MgCl2·6H2O → MgCl2·2H2O + 4H2O。分解后的 NaCl 和 MgCl2·2H2O 以及高温水通过管道输送到搅拌罐与胶结材料半水石膏 (CaSO4·½H2O) 进行混 合。胶结材料建筑石膏 (CaSO4·½H2O) , 又称熟石膏, 可以通过天然二水石膏 (CaSO4·2H2O) 又称为生石膏, 经过煅烧、 磨细得到。
     充填材料混合均匀后形成膏体通过管道输送到井下采空区进行充填。 制备的充填 材料为高温的 NaCl、 MgCl2·2H2O 和 CaSO4·½H2O 的高浓度浆体。充填材料混合浆体其浓度 为: C =NaCl 做为骨料添加到充填材料中, 随着 NaCl 比例的增加充填材料浓度增大。 根据胶结 充填工艺技术特征, 在浆体浓度达到 81%~88% 时属于膏体充填。膏体充填具有料浆流动性 好、 密实度高、 充填体强度高的优势, 故其对岩层移动与地表沉陷的控制效果较好的优点。
     充填材料浆体的最低浓度为 :C> 当充填材料浓度达到 88% 时 NaCl 与 MgCl2 的比例最高,NaCl 与 MgCl2 的比例为 : 0 ≤ n ≤ 3.48, 其质量比为 : 0 ≤ n′≤ 2.14(不含水的 MgCl2) 。
     三 充填方法 按照比例配好充填材料通过两段搅拌后必须满足连续搅拌、 连续供料的要求。通过控 制膏体的浓度、 流量、 压力以及各种配料的给料量制备合格的膏体。
     通过充填钻孔或开拓工程中的充填管路由地面向井下泵压输送膏体。 主要充填管 路布置在回风中段大巷中, 通过分支管道将充填膏体输送到每个盘区矿房。管道必须保温 充填管路中充填材料必须保持一定温度。 管路走向要保持顺坡, 避免忽高忽低, 管径可适当 变化。 一个矿房回采结束需要充填时首先设置栅栏, 由于膏体浓度高, 流动缓慢因此栅栏强 度要求不高, 可采用空心砖砌筑挡墙。 然后用锚杆将充填用的薄壁钢管悬吊在矿房顶板, 后 退式充填, 根据充填进度边充填边拆除管子。
     本发明利用尾盐及胶结材料配成高浓度的膏体, 膏体充填材料泵送到井下采空区 后, 通过物理化学反应固结, 不需要采场脱水就可形成具有一定强度的充填体。本发明充 填膏体及方法可以避免充填浆体内的含水对矿柱及围岩的软化破坏, 从而有效维护采矿安 全, 预防地面塌陷及下沉 ; 同时可以通过膏体泵送技术大大提高充填效率, 充分利用选矿尾 盐, 减少了尾盐堆存占地面积, 对矿区地表及周边的生态环境起到有效的保护, 从而具有良 好的经济效益及巨大的环境及社会效益。 该充填方法既避免了大量饱和卤水对开采安全性 的不利影响, 又保护了地面预防塌陷及下沉, 同时综合利用了尾盐废料。具体实施方式
     下面进一步描述本发明的具体技术实施方案。 本发明所列举的具体实施方式只是 对本发明的较佳技术实施方案进行说明, 而并不是局限于所列举的几种。
     实施例 1, 一种利用盐类矿床开采尾盐的充填膏体, 它以钾石盐或光卤石矿石经选 矿加工后的尾盐为充填基材 ; 充填基材的主要成分为 NaCl 和 MgCl2, 以半水石膏 CaSO4·½H2O 为胶结材料 ; 所述的半 水石膏与充填基材中 MgCl2·6H2O 的质量比为 0.90 : 1; NaCl 作为凝固充填基材的骨料按需 要添加, 通过 NaCl 的加入量调节充填材料的浓度 ; 充填基材与胶结材料在 90℃下混合搅拌后形成质量浓度为 81% 的膏体。
     实施例 2, 一种利用盐类矿床开采尾盐的充填膏体, 它以钾石盐或光卤石矿石经选 矿加工后的尾盐为充填基材 ; 充填基材的主要成分为 NaCl 和 MgCl2, 以半水石膏 CaSO4·½H2O 为胶结材料 ; 所述的半 水石膏与充填基材中 MgCl2·6H2O 的质量比为 1.00 : 1; NaCl 作为凝固充填基材的骨料按需 要添加, 通过 NaCl 的加入量调节充填材料的浓度 ; 充填基材与胶结材料在 135℃下混合搅拌后形成质量浓度为 88% 的膏体。
     实施例 3, 一种利用盐类矿床开采尾盐的充填膏体, 它以钾石盐或光卤石矿石经选 矿加工后的尾盐为充填基材 ; 充填基材的主要成分为 NaCl 和 MgCl2, 以半水石膏 CaSO4·½H2O 为胶结材料 ; 所述的半 水石膏与充填基材中 MgCl2·6H2O 的质量比为 0.95 : 1; NaCl 作为凝固充填基材的骨料按需 要添加, 通过 NaCl 的加入量调节充填材料的浓度 ; 充填基材与胶结材料在 180℃下混合搅拌后形成质量浓度为 84% 的膏体。
     实施例 4, 实施例 1 或 2 或 3 所述的充填膏体中 : 所述的 NaCl 为破碎、 磨矿后筛 分出来的大颗粒盐或者浮选尾矿中所含 NaCl, 并通过蒸发脱水后得到 NaCl 固体 ; 所述的 MgCl2 为尾矿通过蒸发脱水后得到的水氯镁石 MgCl2·6H2O。
     实施例 5, 一种用实施例 1-4 中任何一项所述的充填膏体进行胶结充填的方法, 其 步骤如下 : (1)先 在 地 面 将 尾 盐 NaCl 和 MgCl2·6H2O 加 热 到 135 ℃, 将 MgCl2·6H2O 分 解 为 MgCl2·2H2O 和 H2O, 然后输送到搅拌槽 ; (2) 胶结材料半水石膏 CaSO4·½H2O 是通过对天然石膏 CaSO4·2H2O 在 107℃的温度 下通过回转窑装置煅炼而成 ; 将胶结材料输送到搅拌槽后与 MgCl2·2H2O、 NaCl 混合, 通过 搅拌形成均匀的充填膏体, 浓度为 81% ; (3) 使用泵压经充填管将充填膏体输送到井下 ; 充填管沿充填竖井、 -100m 总回风巷 道、 区段回风巷道、 回风天井到达采空区。
     实施例 6, 一种用实施例 1-4 中任何一项所述的充填膏体进行胶结充填的方法, 其 步骤如下 : (1)先 在 地 面 将 尾 盐 NaCl 和 MgCl2·6H2O 加 热 到 180 ℃, 将 MgCl2·6H2O 分 解 为 MgCl2·2H2O 和 H2O, 然后输送到搅拌槽 ; (2) 胶结材料半水石膏 CaSO4·½H2O 是通过对天然石膏 CaSO4·2H2O 在 170℃的温度下通过回转窑装置煅炼而成 ; 将胶结材料输送到搅拌槽后与 MgCl2·2H2O、 NaCl 混合, 通过 搅拌形成均匀的充填膏体, 浓度为 88% ; (3) 使用泵压经充填管将充填膏体输送到井下 ; 充填管沿充填竖井、 -100m 总回风巷 道、 区段回风巷道、 回风天井到达采空区。
     实施例 7, 一种用实施例 1-4 中任何一项所述的充填膏体进行胶结充填的方法, 其 步骤如下 : (1)先 在 地 面 将 尾 盐 NaCl 和 MgCl2·6H2O 加 热 到 150 ℃, 将 MgCl2·6H2O 分 解 为 MgCl2·2H2O 和 H2O, 然后输送到搅拌槽 ; (2) 胶结材料半水石膏 CaSO4·½H2O 是通过对天然石膏 CaSO4·2H2O 在 140℃的温度 下通过回转窑装置煅炼而成 ; 将胶结材料输送到搅拌槽后与 MgCl2·2H2O、 NaCl 混合, 通过 搅拌形成均匀的充填膏体, 浓度为 84% ; (3) 使用泵压经充填管将充填膏体输送到井下 ; 充填管沿充填竖井、 -100m 总回风巷 道、 区段回风巷道、 回风天井到达采空区, 所述的充填管为双层保温管。
     实施例 8, 一种利用盐类矿床开采尾盐的充填膏体进行胶结充填的方法实验。
     某光卤石钾盐矿位于万象平原钾镁盐矿区内, 区内地形平坦, 植被茂盛, 地表基本 为第四系松散层覆盖, 地面多为村庄、 稻田、 林地。根据矿区所处地理位置及内外部技术经 济条件, 特别适合采用新型膏体材料胶结充填方法配合采矿。其原因主要包括 : (1) 地表需得到严格保护。开采影响范围内, 其地表大部分为农田和地面水系, 采用该 充填法则可有效防止采场顶板及上覆第四系的冒落, 农田及地表设施可得到有效保护。 (2) 光卤石为主的钾镁盐矿床埋藏深厚度大, 矿岩抗压强度低, 普氏系数为 1 左 右, 且性脆易碎, 遇水极易溶解。该充填法能够适应矿床开采技术条件的特征, 在较小暴露 面积的回采进路后及时充填尾矿, 防止矿柱及围岩崩落, 维护回采安全。
     (3) 尾矿废盐可以得到充分利用, 有利于地表生态环境保护。尾矿若储存在地面, 需占用大量土地, 并将在储存区形成面积颇大的人工盐类湖泊 ; 若排入地面水体 (江、 河、 湖 泊、 水库) , 污染水体, 严重时有可能引发生态问题。
     (4) 随着人们对矿产资源不可再生的认识加深及各个国家环保政策强化, 尾盐干 式胶结充填方法采用可以对矿区地表及周边的生态环境可得到有效的保护, 地面尾矿池占 地面积大为减小, 从而具有良好的经济效益及巨大的环境及社会效益。
     矿山规模为光卤石原矿 65 万 t/a。 每年废盐 NaCl 产出量为 28.36 万 t, 每年 MgCl2 产出量为 24.54 万 t。尾矿经过离心脱水、 蒸发结晶后得到 NaCl 和 MgCl2·6H2O, 暂堆放在 尾盐池中。
     根 据 尾 盐 中 MgCl2 的 含 量 计 算 出 年 需 要 建 筑 石 膏 (CaSO4·½H2O)的 量 为 : m=24.54÷95÷3×4×145=49.94 万 t 尾盐中 NaCl 与 MgCl2 的比例为 : n=(28.36÷58.5) /( 24.54÷95) =1.88 按以上比例混合充填材料得到充填膏体浓度为 :
     C===83.37%该充填材料浓度适合膏体输送充填。
     地面充填站首先将尾盐 NaCl 和 MgCl2·6H2O 加热到 155℃, 将 MgCl2·6H2O 分解 为 MgCl2·2H2O 和 H2O, 然后输送到搅拌槽。
     胶结材料建筑石膏 (CaSO4·½H2O) 通过对天然石膏 (CaSO4·2H2O) 在 130℃的 温度下通过回转窑装置煅炼而成。胶结材料输送到搅拌槽后于 MgCl2·2H2O 和 NaCl 混合, 通过搅拌罐和双轴叶片式搅拌机两段搅拌后形成均匀的充填膏体, 浓度约为 83.37% , 最后 由 PM 全液压双杠活塞泵压输送到井下。充填管沿充填竖井、 -100m 总回风巷道、 区段回风 巷道、 回风天井到达采空区。且充填管为双层保温管, 充填竖井、 -100m 总回风巷道、 区段回 风巷道为主管采用直径 150mm 的钢管, 在回风天井和采场为支管采用直径 125mm 的耐压软 3 管, 充填能力可达 60m /h。
     根据采矿选择的分采回采充填采矿法, 当矿房回采一层结束后开始充填, 首先出 矿进路和回风巷道用空心砖封堵, 防止充填膏体溢流到中段运输巷道或总回风巷道。然后 用锚杆将充填用的软管悬吊在矿房顶板, 后退式充填, 根据充填进度边充填边拆除管子。 待 一个矿房结束后充填下一个矿房。充填体固结后达到设计强度后在充填体上开采上层矿。8

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1、10申请公布号CN102515683A43申请公布日20120627CN102515683ACN102515683A21申请号201110420167X22申请日20111215C04B28/14200601C04B18/12200601E21F15/0820060171申请人中蓝连海设计研究院地址222000江苏省连云港市新浦区朝阳西路51号72发明人张春方黄振伟牛明远74专利代理机构南京众联专利代理有限公司32206代理人刘喜莲54发明名称利用盐类矿床开采尾盐的充填膏体及其胶结充填的方法57摘要本发明是一种利用盐类矿床开采尾盐的充填膏体,其特征在于它以钾石盐或光卤石矿石经选矿加工后的尾盐为。

2、充填基材;充填基材的主要成分为NACL和MGCL2,以半水石膏CASO4H2O为胶结材料;NACL作为凝固充填基材的骨料按需要添加,通过NACL的加入量调节充填材料的浓度;充填基材与胶结材料混合搅拌后形成质量浓度为8188的膏体。本发明还公开了利用充填膏体的充填方法。本发明利用尾盐及胶结材料配成高浓度的膏体,膏体充填材料泵送到井下采空区后,通过物理化学反应固结,不需要采场脱水就可形成具有一定强度的充填体。避免充填浆体内的含水对矿柱及围岩的软化破坏,对矿区地表及周边的生态环境起到有效的保护。51INTCL权利要求书1页说明书6页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书。

3、6页1/1页21一种利用盐类矿床开采尾盐的充填膏体,其特征在于它以钾石盐或光卤石矿石经选矿加工后的尾盐为充填基材;充填基材的主要成分为NACL和MGCL2,以半水石膏CASO4H2O为胶结材料;所述的半水石膏与充填基材中MGCL26H2O的质量比为0901001;NACL作为凝固充填基材的骨料按需要添加,通过NACL的加入量调节充填材料的浓度;充填基材与胶结材料在90180下混合搅拌后形成质量浓度为8188的膏体。2根据权利要求1所述的充填膏体,其特征在于所述的NACL为破碎、磨矿后筛分出来的大颗粒盐或者浮选尾矿中所含NACL,并通过蒸发脱水后得到NACL固体;所述的MGCL2为尾矿通过蒸发脱。

4、水后得到的水氯镁石MGCL26H2O。3根据权利要求1所述的充填膏体,其特征在于充填基材与胶结材料在90135下混合搅拌后形成质量浓度为8188的膏体。4根据权利要求1所述的充填膏体,其特征在于所述的半水石膏与充填基材中MGCL26H2O的质量比为0951。5一种用权利要求1或2或3或4所述的充填膏体进行胶结充填的方法,其特征在于,其步骤如下(1)先在地面将尾盐NACL和MGCL26H2O加热到135180,将MGCL26H2O分解为MGCL22H2O和H2O,然后输送到搅拌槽;(2)胶结材料半水石膏CASO4H2O是通过对天然石膏CASO42H2O在107170的温度下通过回转窑装置煅炼而成。

5、;将胶结材料输送到搅拌槽后与MGCL22H2O、NACL混合,通过搅拌形成均匀的充填膏体,浓度为8188;(3)使用泵压经充填管将充填膏体输送到井下;充填管沿充填竖井、100M总回风巷道、区段回风巷道、回风天井到达采空区。6根据权利要求5所述的方法,其特征在于所述的充填管为双层保温管。权利要求书CN102515683A1/6页3利用盐类矿床开采尾盐的充填膏体及其胶结充填的方法技术领域0001本发明涉及一种矿床的充填材料及方法,特别是一种利用盐类矿床开采尾盐的充填膏体,该充填膏体特别适用于对钾石盐或光卤石矿床采用地下开采方式形成的采空区进行充填;本发明还涉及用前述充填膏体进行胶结充填的方法。背景。

6、技术0002现有技术中主要有两类充填方式,一是盐类矿床开采形成的采空区利用液体进行充填,其材料主要为饱和卤水;二是金属非金属矿床采用地下开采方式采矿形成的采空区一般都采用尾砂胶结充填。0003利用饱和卤水充填采空区的方式一般只适用于水溶开采的盐类矿床。盐类矿床采用水溶开采时,在开采后的溶洞内充入饱和卤水对顶板起到支撑作用,保护地表防止地面塌陷。但是当盐类矿床采用地下开采形式时井下有大量人员、设备,再用方法把大量卤水充入井下对开采作业势必形成安全隐患。另外空区内注入大量卤水会跟矿柱发生作用进而软化矿柱,降低矿柱强度,不利于井下空区的稳定性。因此该充填方法用在地下开采的钾盐类矿床的采空区可行性不大。

7、。0004在金属非金属矿山地下开采大多采用高浓度的尾砂胶结充填,较高浓度的尾砂与水泥或其他胶结材料混合后通过泵送至采空区进行充填,尾砂与胶结材料凝固后形成稳定的充填体。在盐类矿床的开采中由于尾矿主要为NACL和MGCL2,而这些材料的特性决定了其不能与水泥等一般胶结形成稳固的充填体。如采用沙、石等作为充填材料胶结充填虽然可以形成稳固的充填体而满足充填要求,但是盐类矿石加工出来的大量尾盐只能堆存在地面,不仅占用大量土地且会对环境造成不利影响。发明内容0005本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足,提供一种新的原料配制合理、胶结效果好的利用盐类矿床开采尾盐的充填膏体。0006本发明所要解决的。

8、另一个技术问题是提供了一种利用上述充填膏体进行胶结充填的方法,该方法工艺更为合理、安全环保。0007本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种利用盐类矿床开采尾盐的充填膏体,其特点是它以钾石盐或光卤石矿石经选矿加工后的尾盐为充填基材;充填基材的主要成分为NACL和MGCL2,以半水石膏CASO4H2O为胶结材料;所述的半水石膏与充填基材中MGCL26H2O的质量比为0901001;NACL作为凝固充填基材的骨料按需要添加,通过NACL的加入量调节充填材料的浓度;充填基材与胶结材料在90180下混合搅拌后形成质量浓度为8188的膏体。0008本发明所要解决的技术问题还可以。

9、通以下的技术方案来进一步实现。以上所述的充填膏体,其特点是所述的NACL为破碎、磨矿后筛分出来的大颗粒盐或者浮选尾矿中所说明书CN102515683A2/6页4含NACL,并通过蒸发脱水后得到NACL固体;所述的MGCL2为尾矿通过蒸发脱水后得到的水氯镁石MGCL26H2O。0009本发明所要解决的技术问题还可以通以下的技术方案来进一步实现。以上所述的充填膏体,其特点是充填基材与胶结材料在90135下混合搅拌后形成质量浓度为8188的膏体;进一步优选在90100下混合搅拌后形成质量浓度为8188的膏体。0010本发明所要解决的技术问题还可以通以下的技术方案来进一步实现。以上所述的充填膏体,其特。

10、点是所述的半水石膏与充填基材中MGCL26H2O的质量比为0951;本发明所要解决的技术问题还可以通以下的技术方案来进一步实现。本发明还公开了一种利用上述技术方案所述的充填膏体进行胶结充填的方法,其特点是,其步骤如下(1)先在地面将尾盐NACL和MGCL26H2O加热到135180,将MGCL26H2O分解为MGCL22H2O和H2O,然后输送到搅拌槽;(2)胶结材料半水石膏CASO4H2O是通过对天然石膏CASO42H2O在107170的温度下通过回转窑装置煅炼而成;将胶结材料输送到搅拌槽后与MGCL22H2O、NACL混合,通过搅拌形成均匀的充填膏体,浓度为8188;(3)使用泵压经充填管。

11、将充填膏体输送到井下;充填管沿充填竖井、100M总回风巷道、区段回风巷道、回风天井到达采空区。0011以上所述的充填方法中,所述的充填管优选双层保温管。0012以下对本发明技术方案进行进一步阐述。0013一、充填材料选择及配比本发明主要利用钾石盐或光卤石矿石经选矿加工后的尾盐做为充填材料,其主要成分为NACL和MGCL2。NACL主要为破碎、磨矿后筛分出来的大颗粒盐以及浮选尾矿中所含NACL,通过蒸发脱水后得到NACL固体;MGCL2主要为尾矿通过蒸发脱水后得到的水氯镁石(MGCL26H2O)。0014如果仅采用尾盐这两种材料进行充填,充填体不能很好的固结在井下采空区呈分散状态抗压强度低难以满。

12、足充填要求。因此需要在充填材料中增加一种胶凝材料,使其通过自身的物理、化学作用将充填材料由膏体胶结成具有一定强度的坚硬整体。0015通过实验研究发现半水石膏(CASO4H2O)是一种有效的胶结材料。半水石膏与水拌和的浆体可重新形成二水石膏、在干燥过程中凝结硬化而获得强度;并且材料广泛,容易取得成本低廉。0016充填材料在井下凝固的反应可以表示为NNACL3MGCL26H2O4CASO4H2ONNACL3MGCL24H2O4CASO42H2O根据以上化学反应方程式可以推算需要添加的胶结材料半水石膏与充填尾盐中MGCL26H2O的最佳摩尔比为43,其最佳质量比为0951。0017尾盐中的NACL可。

13、以作为凝固充填体的骨料根据需要添加,并通过控制NACL的加入量调节充填材料的浓度。0018充填材料在井下采空区通过物理化学反应可形成稳固的充填体,其单轴抗压强度可以达到6MPA以上,完全满足矿山充填要求。0019二、充填材料制备选矿加工厂出来的尾盐经过简单的浓密脱水后主要以NACL和MGCL26H2O形似存说明书CN102515683A3/6页5在,首先堆存在尾盐池中供充填使用。充填前首先对尾盐加热到135180使水氯镁石(MGCL26H2O)分解。反应方程式为MGCL26H2OMGCL22H2O4H2O。分解后的NACL和MGCL22H2O以及高温水通过管道输送到搅拌罐与胶结材料半水石膏(C。

14、ASO4H2O)进行混合。胶结材料建筑石膏(CASO4H2O),又称熟石膏,可以通过天然二水石膏(CASO42H2O)又称为生石膏,经过煅烧、磨细得到。0020充填材料混合均匀后形成膏体通过管道输送到井下采空区进行充填。制备的充填材料为高温的NACL、MGCL22H2O和CASO4H2O的高浓度浆体。充填材料混合浆体其浓度为CNACL做为骨料添加到充填材料中,随着NACL比例的增加充填材料浓度增大。根据胶结充填工艺技术特征,在浆体浓度达到8188时属于膏体充填。膏体充填具有料浆流动性好、密实度高、充填体强度高的优势,故其对岩层移动与地表沉陷的控制效果较好的优点。0021充填材料浆体的最低浓度为。

15、C当充填材料浓度达到88时NACL与MGCL2的比例最高,NACL与MGCL2的比例为0N348,其质量比为0N214(不含水的MGCL2)。0022三充填方法按照比例配好充填材料通过两段搅拌后必须满足连续搅拌、连续供料的要求。通过控制膏体的浓度、流量、压力以及各种配料的给料量制备合格的膏体。0023通过充填钻孔或开拓工程中的充填管路由地面向井下泵压输送膏体。主要充填管路布置在回风中段大巷中,通过分支管道将充填膏体输送到每个盘区矿房。管道必须保温充填管路中充填材料必须保持一定温度。管路走向要保持顺坡,避免忽高忽低,管径可适当变化。一个矿房回采结束需要充填时首先设置栅栏,由于膏体浓度高,流动缓慢。

16、因此栅栏强度要求不高,可采用空心砖砌筑挡墙。然后用锚杆将充填用的薄壁钢管悬吊在矿房顶板,后退式充填,根据充填进度边充填边拆除管子。0024本发明利用尾盐及胶结材料配成高浓度的膏体,膏体充填材料泵送到井下采空区后,通过物理化学反应固结,不需要采场脱水就可形成具有一定强度的充填体。本发明充填膏体及方法可以避免充填浆体内的含水对矿柱及围岩的软化破坏,从而有效维护采矿安全,预防地面塌陷及下沉;同时可以通过膏体泵送技术大大提高充填效率,充分利用选矿尾盐,减少了尾盐堆存占地面积,对矿区地表及周边的生态环境起到有效的保护,从而具有良好的经济效益及巨大的环境及社会效益。该充填方法既避免了大量饱和卤水对开采安全。

17、性的不利影响,又保护了地面预防塌陷及下沉,同时综合利用了尾盐废料。说明书CN102515683A4/6页6具体实施方式0025下面进一步描述本发明的具体技术实施方案。本发明所列举的具体实施方式只是对本发明的较佳技术实施方案进行说明,而并不是局限于所列举的几种。0026实施例1,一种利用盐类矿床开采尾盐的充填膏体,它以钾石盐或光卤石矿石经选矿加工后的尾盐为充填基材;充填基材的主要成分为NACL和MGCL2,以半水石膏CASO4H2O为胶结材料;所述的半水石膏与充填基材中MGCL26H2O的质量比为0901;NACL作为凝固充填基材的骨料按需要添加,通过NACL的加入量调节充填材料的浓度;充填基材。

18、与胶结材料在90下混合搅拌后形成质量浓度为81的膏体。0027实施例2,一种利用盐类矿床开采尾盐的充填膏体,它以钾石盐或光卤石矿石经选矿加工后的尾盐为充填基材;充填基材的主要成分为NACL和MGCL2,以半水石膏CASO4H2O为胶结材料;所述的半水石膏与充填基材中MGCL26H2O的质量比为1001;NACL作为凝固充填基材的骨料按需要添加,通过NACL的加入量调节充填材料的浓度;充填基材与胶结材料在135下混合搅拌后形成质量浓度为88的膏体。0028实施例3,一种利用盐类矿床开采尾盐的充填膏体,它以钾石盐或光卤石矿石经选矿加工后的尾盐为充填基材;充填基材的主要成分为NACL和MGCL2,以。

19、半水石膏CASO4H2O为胶结材料;所述的半水石膏与充填基材中MGCL26H2O的质量比为0951;NACL作为凝固充填基材的骨料按需要添加,通过NACL的加入量调节充填材料的浓度;充填基材与胶结材料在180下混合搅拌后形成质量浓度为84的膏体。0029实施例4,实施例1或2或3所述的充填膏体中所述的NACL为破碎、磨矿后筛分出来的大颗粒盐或者浮选尾矿中所含NACL,并通过蒸发脱水后得到NACL固体;所述的MGCL2为尾矿通过蒸发脱水后得到的水氯镁石MGCL26H2O。0030实施例5,一种用实施例14中任何一项所述的充填膏体进行胶结充填的方法,其步骤如下(1)先在地面将尾盐NACL和MGCL。

20、26H2O加热到135,将MGCL26H2O分解为MGCL22H2O和H2O,然后输送到搅拌槽;(2)胶结材料半水石膏CASO4H2O是通过对天然石膏CASO42H2O在107的温度下通过回转窑装置煅炼而成;将胶结材料输送到搅拌槽后与MGCL22H2O、NACL混合,通过搅拌形成均匀的充填膏体,浓度为81;(3)使用泵压经充填管将充填膏体输送到井下;充填管沿充填竖井、100M总回风巷道、区段回风巷道、回风天井到达采空区。0031实施例6,一种用实施例14中任何一项所述的充填膏体进行胶结充填的方法,其步骤如下(1)先在地面将尾盐NACL和MGCL26H2O加热到180,将MGCL26H2O分解为。

21、MGCL22H2O和H2O,然后输送到搅拌槽;(2)胶结材料半水石膏CASO4H2O是通过对天然石膏CASO42H2O在170的温度说明书CN102515683A5/6页7下通过回转窑装置煅炼而成;将胶结材料输送到搅拌槽后与MGCL22H2O、NACL混合,通过搅拌形成均匀的充填膏体,浓度为88;(3)使用泵压经充填管将充填膏体输送到井下;充填管沿充填竖井、100M总回风巷道、区段回风巷道、回风天井到达采空区。0032实施例7,一种用实施例14中任何一项所述的充填膏体进行胶结充填的方法,其步骤如下(1)先在地面将尾盐NACL和MGCL26H2O加热到150,将MGCL26H2O分解为MGCL2。

22、2H2O和H2O,然后输送到搅拌槽;(2)胶结材料半水石膏CASO4H2O是通过对天然石膏CASO42H2O在140的温度下通过回转窑装置煅炼而成;将胶结材料输送到搅拌槽后与MGCL22H2O、NACL混合,通过搅拌形成均匀的充填膏体,浓度为84;(3)使用泵压经充填管将充填膏体输送到井下;充填管沿充填竖井、100M总回风巷道、区段回风巷道、回风天井到达采空区,所述的充填管为双层保温管。0033实施例8,一种利用盐类矿床开采尾盐的充填膏体进行胶结充填的方法实验。0034某光卤石钾盐矿位于万象平原钾镁盐矿区内,区内地形平坦,植被茂盛,地表基本为第四系松散层覆盖,地面多为村庄、稻田、林地。根据矿区。

23、所处地理位置及内外部技术经济条件,特别适合采用新型膏体材料胶结充填方法配合采矿。其原因主要包括(1)地表需得到严格保护。开采影响范围内,其地表大部分为农田和地面水系,采用该充填法则可有效防止采场顶板及上覆第四系的冒落,农田及地表设施可得到有效保护。0035(2)光卤石为主的钾镁盐矿床埋藏深厚度大,矿岩抗压强度低,普氏系数为1左右,且性脆易碎,遇水极易溶解。该充填法能够适应矿床开采技术条件的特征,在较小暴露面积的回采进路后及时充填尾矿,防止矿柱及围岩崩落,维护回采安全。0036(3)尾矿废盐可以得到充分利用,有利于地表生态环境保护。尾矿若储存在地面,需占用大量土地,并将在储存区形成面积颇大的人工。

24、盐类湖泊;若排入地面水体(江、河、湖泊、水库),污染水体,严重时有可能引发生态问题。0037(4)随着人们对矿产资源不可再生的认识加深及各个国家环保政策强化,尾盐干式胶结充填方法采用可以对矿区地表及周边的生态环境可得到有效的保护,地面尾矿池占地面积大为减小,从而具有良好的经济效益及巨大的环境及社会效益。0038矿山规模为光卤石原矿65万T/A。每年废盐NACL产出量为2836万T,每年MGCL2产出量为2454万T。尾矿经过离心脱水、蒸发结晶后得到NACL和MGCL26H2O,暂堆放在尾盐池中。0039根据尾盐中MGCL2的含量计算出年需要建筑石膏(CASO4H2O)的量为M245495341。

25、454994万T尾盐中NACL与MGCL2的比例为N(2836585)/(245495)188按以上比例混合充填材料得到充填膏体浓度为C说明书CN102515683A6/6页88337该充填材料浓度适合膏体输送充填。0040地面充填站首先将尾盐NACL和MGCL26H2O加热到155,将MGCL26H2O分解为MGCL22H2O和H2O,然后输送到搅拌槽。0041胶结材料建筑石膏(CASO4H2O)通过对天然石膏(CASO42H2O)在130的温度下通过回转窑装置煅炼而成。胶结材料输送到搅拌槽后于MGCL22H2O和NACL混合,通过搅拌罐和双轴叶片式搅拌机两段搅拌后形成均匀的充填膏体,浓度约。

26、为8337,最后由PM全液压双杠活塞泵压输送到井下。充填管沿充填竖井、100M总回风巷道、区段回风巷道、回风天井到达采空区。且充填管为双层保温管,充填竖井、100M总回风巷道、区段回风巷道为主管采用直径150MM的钢管,在回风天井和采场为支管采用直径125MM的耐压软管,充填能力可达60M3/H。0042根据采矿选择的分采回采充填采矿法,当矿房回采一层结束后开始充填,首先出矿进路和回风巷道用空心砖封堵,防止充填膏体溢流到中段运输巷道或总回风巷道。然后用锚杆将充填用的软管悬吊在矿房顶板,后退式充填,根据充填进度边充填边拆除管子。待一个矿房结束后充填下一个矿房。充填体固结后达到设计强度后在充填体上开采上层矿。说明书CN102515683A。

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