基于高炉水淬渣的矿山胶结充填材料与工艺研究
矿山充填技术与胶凝材料的选用
采用 水泥进行膏体充 填 的优点是 ： （ １ ）水泥是一种标 准产 品 ， 来 源广 ， 价 格低 ， 质量
标 准容易把握 ；
（ ２ ）对充 填料 的适应性 强 ， 容 许 的粒级 范 围 比较
宽， 可利用 较粗 的骨料充 填 ， 也可充填很 细 的全尾砂 ； （ ３ ）充 填挡墙密闭性要 求不 严 ， 挡 墙压 力 和跑浆 的危 险性小 ， 一般不需做 滤排水系统 ；
王谦 源 ， 李 洋 ， 曹春 蕾
（ 青岛理工 大学 ， 山东 青 岛市
摘
２ ６ ６ ０ ３ ３ ）
要： 结 合 胶 结 充 填技 术 发 展 ， 论 证 了 充 填 技 术 与胶 凝 材 料 的 紧 密 关 系， 介 绍 了 国 内矿 山
充填应 用的主要胶凝材 料 ， 适应 的充填技 术和各 自的优 缺点 。最后 结合 实际， 提 出了充填技
Ｉ Ｓ ＳＮ １ ６ ７ １— ２ ９ ００
采矿 技 术 第 １ ３卷 第 ３期
Ｍｉ ｎｉ ｎ ｇ Ｔｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏ ｇｙ，Ｖｏ１ ．１ ３， Ｎｏ． ３
２ ０ １ ３年 ５月
Ｍａ ｖ ２ Ｏ１ ３
ＣＮ ４ ３ —１ ３ ４ ７ ／ ＴＤ
矿 山 充 填 技 术 与 胶 凝 材 料 的 选 用
现。
膏体充填 正是在这 一背 景下 ， 于２ ０世纪 ８ ０ ～９ Ｏ
年代 出现的 。膏体充填 的料浆浓度 高达 ７ ６ ～８ ２ ％， 其突 出特点是 ： 高浓度 、 结构 流 、 不离 析 、 泌水 少 ， 充 填
料 的适 应 范 围 大为 放 宽 ， 特 别 是 全尾 砂 充 填成 为 现
矿渣胶凝材料激发剂配比的试验研究
应用于矿 山， 但胶结生产成本高 ， 寻找低成本 的胶结 材料无疑成为国内外许 多学者关注 的焦点 ， 而降低
胶结 充填 成本 的主要途 径 之一 就是 寻找 廉价 的水 泥 替代 品 。我 国是一 个 钢 铁 大 国 ， 渣 是 一 种 产 量 十 矿 分 巨大 的工业 废渣 ， 置会 占用 大量 的 良田 ， 堆 如得 不 到有 效利 用 ， 必然会 造 成严 重 的环境 污染 ， 将造 成 也 巨大 的资 源浪 费 。另外 ， 矿渣 具 有 良好 的潜在 活性 ， 开展 矿渣 激发 剂 的研 究 ， 使其 活性 被 活化 、 化 后 ， 激 形 成胶 结 材料 ， 具有 效率 高 、 成本 低 、 能 好 ， 性 能够 满
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｃｅ ｎ ｉ ｇ ｍａｅ ｉ ｓ ｔ ｅ ｃ ｒ ｆ ｓ ｒｙ ｐ ｅ ａ ａｉ ｎ ａ ｄ ｄ ｓ ｎ ｉ ｎ ａ ｌ ｇ ｅ ｎ ｓｒ ｃ ｍｅ ｔ ｔ ｒ ｉ ｈ ｏ ｅ ｏ ｌ ｒ ｒ ｐ ｔ ｎ ｅ ｉ ｎ ｍｉ ｅ ｔｉ ｎ ｓ ｃ ｍｅ — ｎ ｌ ａ ｕ ｒ ｏ ｇ ｉ
Ｅｘ ｒｍｅ ａ ｕｄ ｎ ｔｖ ｔ ｒ Ｐｒ ｏｒｉ ｎ ｆＳｌ ｇ Ｃｅ ｅ ｉｉ ｕｓ Ｍ ａ ｅ ｉ ｌ ｐｅ ｉ ｎｔ ｌＳｔ ｙ ｏ Ａｃ ｉ ａ ｏ ｏｐ ｔｏ ｏ ａ ｍ ｎｔｔｏ ｔ ｒａ ｓ
Ｚ ａ ｇ Ｇ ｏ ｉｇ Ｙｉ 。 Ｙａ ｇＪａ ａ 。 ｈ ｎ ｕ ｑｎ ｎＹｕ ， ｎ ｉｍｉｎ ＇
便 于分析 水玻 璃激 发 矿渣胶 凝 材料 的水 化及 反应 机
理 ， 实验 中选用模数为 １０的分析纯 （ ａＳ ・ 本 ． Ｎ ｉ Ｏ ９ ２） Ｈ Ｏ 水玻 璃 。
１ ２ 其他 激发 剂 ．
硅酸 盐 水 泥 熟 料 ： Ｃ Ｏ≤１５ ， ｄ抗 压 强 度 ｆａ － ．％ ３ 在 ２ ． ａ以上 ，８ｄ抗 压强 度在 ５． ａ以上 ； ８ ０ＭＰ ２ ８０ＭＰ 无 水石 膏 ：Ｏ Ｉ ５ ， 晶水在 ０３ ％ 以下 。 Ｓ ＞４ ％ 结 ．０ １３ 高炉 矿渣 ． 本 实验 中选 用 某 公 司 生 产 的 矿 渣 粉 ， 度 为 密 ２８ ／ｍ ， ．８ｇ ｃ 比表 面 积 ７ ０ｍ ｋ ， 化 学 成 分 分 析 ０ ／ｇ其
胶结充填替代材料的研究与实践
采， 随着 工作 面 向上逐 层充 填 回采 ， 充填 体仅 仅起 到
静 态支撑 矿 体上 下 盘 围 岩 的作 用 ， 因此 充 填 体 最 终 强 度达 到 １５ＭＰ ． ａ即能满 足需 要 。下 向胶结 采矿 法
为 自上 而下 分层 回 采 ， 着工 作 面 向下 逐 层 充 填 回 随
李 炜 ， 周 旭 ， 关权 ， 廖 林 强
（ 陕西 煎茶 岭镍 业有 限公 司 ， 陕西 略 阳县 摘 ７４ ０ ） ２ ３８ 要 ： 环保 和 资 源利用 率要 求越 来越 高的战略 背景 下 ， 结 充填 采矿 法 以独特 的优 势 在 胶
逐 步成 为充填 采矿 的 主流 ， 胶 结 充 填 费用 约 占采 矿 成 本 的 ２ ％ ～４ ％ ， 满足 充 填 体 但 ５ ０ 在 强度 的 同时 ， 降低 胶 结充 填成 本 ， 要 寻找 适合 矿 山的充 填材 料无疑 是 最佳 途径 。煎 茶岭镍 矿利 用矿 区周边 丰 富的粉 煤灰 和 冶炼 炉渣部 分 替代 充填 料 ， 不仅 解 决 了粗 骨料 粒 径 分 布
弃 采用 。为缓 解 矿 山开 采 产 生 的废 渣 、 业 固体 废 工
料 等 ， 填 胶 结 剂 主要 有 复 合 硅 酸盐 水 泥 、 渣 水 充 矿
上 向胶 结 充 填 采 矿 法 为 自下 而 上 水 平 分 层 回
２ 胶结充填采矿 法成本
根 据 国 内充填 矿 山生产 资 料 统计 ， 结 充 填成 胶 本一般 占采矿 总成 本 的 ２ ％ ～ ０ ， 填成 本 中胶 ５ ４％ 充
结 剂 成 本 约 占 ７ ％ ～８ ％ 。大 型 矿 山 年 充 填量 往 ０ ０ 往达几 十 万甚 至上 百 万 立 方米 ， 消耗 胶 结 剂 达 十 年 万至几 十万 吨 ， 如生 产能 力 ７ ０万 ｔａ的地 下 矿 山 ， ５ ／
超细全尾砂新型胶结充填料水化机理与性能
超细全尾砂新型胶结充填料水化机理与性能董璐;高谦;南世卿;杜聚强【摘要】Aimed at resolving high sediment percentage and low grain size of the mine backfilling materials, whole tailings backfilling materials were prepared with slag as the main component in cementitious according to the characteristics of filling. The hydration products and their microstructures of the samples were analyzed by XRD and SEM. The results show that this new backfilling overcomes technical problem of the cemented whole tailings backfilling materials, such as the low body strength, higher viscosity and cost mortar. The component strength of samples cured for 28 d is 5.30 MPa, which is 4.7 times cementitious materials and meets the requirements of materials for mine backfilling. The new backfilling materials have good liquidity, which can flow automatically. The main hydration products are ettringite and C-S-H gel. Ettringite microstructure characteristics for mesh or needle bar structure, which formed in the early hydration, are the main factors of high early strength. As hydration goes on, hydration products grow up, pores gradually are filled, the structure becomes denser, and thus processes good mechanical properties.%针对全尾砂含泥质量分数较高、粒度低的特点,根据充填体作用机理,实验制备出以水淬渣为主要胶凝组分的全尾砂胶结充填材料.利用X线(XRD)和扫描电镜(SEM)对该充填材料的水化产物和微观结构进行研究.研究结果表明:该新型充填料克服水泥全尾砂充填体强度低、充填砂浆黏度大以及成本高等技术难题,抗压强度R28=5.30 MPa是水泥胶结材料的4.7倍,满足矿山充填要求.所配制的充填料有良好的流动性,可以实现浆体自流输送.新型胶结材料的主导水化产物为钙矾石和C-S-H凝胶.大量钙矾石在水化初期形成,是原材料具有较高早期强度的主要因素；钙矶石微观形貌特征为网状或针棒状结构,随着养护时间的增加,水化产物不断发育长大,孔隙逐渐被填充,浆体结构更加致密,具有良好的力学特性.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(044)004【总页数】7页(P1571-1577)【关键词】超细全尾砂;水淬渣;胶结;充填【作者】董璐;高谦;南世卿;杜聚强【作者单位】北京科技大学土木与环境工程学院,北京,100083;北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京,100083;北京科技大学土木与环境工程学院,北京,100083;北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京,100083;河北钢铁集团矿业有限公司,河北唐山,063000;北京科技大学土木与环境工程学院,北京,100083;北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京,100083【正文语种】中文【中图分类】TD853.3矿山充填技术是为了满足矿业开发的需要而逐步发展起来的。
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铝酸盐水泥熟料质量不高 ， 导致高水材料性能大幅
度下降， 质量不稳定 ， 制约了高水材料的广泛应用 。 炉渣 、 粉煤 灰 等 活性 废 料 在 井 下 充 填 应 用 的 也 较为广泛。炉渣、 粉煤灰都 可以看作为活性火 山灰 质材料 ， 其主要矿物组成为铝硅玻璃体、 石英和莫来 石等结晶矿物 ， 铝硅玻璃体是其潜在活性 的主要组 成部分 ， 一般情况下铝硅玻璃体含量越高 ， 其活性也
中。材料用 于水砂 充填 、 高浓度充 填和膏体充填 ， 可大 幅度 降低充填成本 ， 具有 良好 的经济 效益 和社会效益 。 关键 词 ： 炉水淬渣 ； 高 胶凝材料 ； ｌ 矿 充填
中图分类号 ：Ｄ ５ ． ９ ． Ｔ ８３ ３ １ ２ 文献标 识码 ： Ａ
１ 引 言
在 国内外充填采矿中使用的胶结材料主要包括
为主要生产原料之一 ， 材料具 有成本低 、 强度高、 效 果优、 无毒 、 无害、 环保等特点， 是一种高活性 的粉状 水硬性材料。选用湖北某钢厂排 出的高炉水淬渣经 活化处理后 ， 以复合激化剂激化 ， 可大大提高其水化 活性 ， 在胶 结 材 料 中 的 掺 人 量 也 可 以 达 到 ４ ％ 一 ０ ６ ％。水化后形成的充填体强度 比普通硅酸盐水泥 ０ 在同样灰砂 比情况下充填体强度高 出 ５ ％ 以上 ， ０ 胶 凝 材 料生 产成本 低 于 普 通 硅 酸 盐 水 泥 ， 有 良好 的 具
效 果不 佳 。
炉渣、 粉煤灰作为胶结材料 的通 常用于充填强度要
求 较低 的二 步 回采 后 的矿 柱 。但 近 年 来 随 着 对 炉
渣、 粉煤灰等活性废料研究的深入， 找到了一些激发 其活性 的物理 与化 学 方 法 ， 应 用 范 围也 在 逐 渐 扩 其
大。
新研制开发出的基于高炉水淬渣的矿 山井下充 填胶结材料 以大量应用工业废弃物——高炉水淬渣
充填、 膏体泵压输送胶结充填。材料与尾砂配 比为 １４—１ １ ， 量浓 度 ６ ％ 一 ２ 时具 有 良好 的管 ： ：５ 重 ５ ７％ 路 自流输送性能 ， 使用该材料在湖北大红 山等矿山 现场应用取得了较好效果。
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基 于 高炉 水 淬渣 的 矿 山胶 结 充填 材 料 与 工 艺研 究
郭 生 茂
（ 西北矿冶研究 院 矿 山研究所 ， 甘肃 白银 ７００ ） ３９ ０
摘
要 ： 于高炉水淬渣胶凝材料 是一 种新 型高效矿 山充填胶结 剂 ， 基 为一种 粉状无 机水硬 性材 料。该 材料 中高炉
水淬渣掺入量 可达 ４ ％ ～ ０ ， ０ ６ ％ 悬浮性 、 流动 性 、 泵性 能 良好 ， 本低 、 可 成 强度 高 ； 与尾 砂胶 结性 能好 ， 凝结 时 间适
越 高 。但 铝 硅 玻 璃 体 多 为 球 形 ， 面 致 密 ， 易 水 表 不 化 ， 现 为活性 较 低 、 期 强 度 低 ， 表 早 因此 矿 山大 量 用
以普通硅酸盐水泥 、 矿渣水泥等为代表的硅酸盐水 泥类 ， 以炉渣 、 粉煤灰等活性废料为代表的工业废弃
物制成 的胶结材料类和以高水基材料为主体的高水
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２
甘
肃
冶
金
第２ ９卷
２ 水 淬 渣胶 凝 材 料水 化机 理 分 析
高炉水 淬渣胶凝材料 的水化研究 主要是 分析
３ Ｏ ・Ｓ Ｏ２—２ Ｏ ・Ｓ Ｏ２—３ Ｏ ・３ＡＩ０３ ・Ｃａ Ｃａ ｉ Ｃａ ｉ Ｃａ ２ ＳＯ４
一
３ １ 水 淬渣激 化技 术研 究 ．
应 用 前景 。
高水速凝复合材料也是一种固体水硬性胶凝材
料 。该 材料 具 有较 强 的 固水 能 力 ， 料 水化 后 形 成 材
水化产物的体积含水率可达 ８ ％ 一 ０ 其水化产 ５ ９ ％， 物在如此高的含水率 的情况下仍具有较高的抗拉及 抗压强度 ， 因此高水速凝材料也被称为 “ 点水成石 ”
（ Ｆ 为 其 主 要 水 化 产 物 。高 水 材 料 可 以说 是 井 Ａ ｍ）
新 材料 可适 用 于 尾 砂 自流 胶 结充 填 、 石胶 结 块
下充填的一种较为理想的胶结材料 ， 但高水材料也 存在一些明显缺 陷。其 主要缺点是材料成本高 ， 其 次是材料对硫铝酸盐水泥熟料质量要求严格。由于 硫铝酸盐水泥熟料生产厂家少 ， 一些小厂生产 的硫
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第 ２ 第 ４期 ９卷
２０ ０７年
Ｖｏ ． ９ Ｎｏ． １２ ４
ＧＡＮＳ Ｕ ＭＥＴＡＬ ＬＵＲＧＹ
Ａ ｇ ，０ ７ ｕ ．２０
文 章 编 号 ：６ ２ ４ １ ２０ ）４０ ０ －３ １７ － ６ （０ ７ ０ －０ １ ４ ０
的神奇 材料 。其 实高 水 速凝 复合 材料 与普 通硅 酸盐 水泥 、 高铝水 泥 、 硫铝 酸 盐水 泥 、 铝酸 盐水 泥一 样 ， 铁 也 可 以称 为水 泥 家族 的一 员 。若根 据水 化 产物来 划 分， 它更 接 近于硫 铝 酸盐 水泥 ， 者水化 产 物都 是 以 两
高硫型水化硫铝酸钙 （ Ｆ） Ａ ｔ和低硫型水化硫铝酸钙
类充 填 胶结 材料 。 硅 酸盐 水 泥具有 来 源广 泛 、 量稳 定 、 质 价格适 中 等 优点 ， 硅酸 盐水 泥 对 固结 细 颗 粒 骨 料 效果 不 甚 但
理想。而在井下充填 中最常用 的骨料就是选矿厂排 弃 的尾 砂 ， 通常 尾 砂具 有 颗 粒 小 、 泥 量 高 的特 点 ， 含 同时由于受到充填工艺的制约 （ 通常 以重力 自流输 送为主） 配制出的井下充填尾砂浆水灰 比大 ， ， 由于 以上两点 ， 致使硅酸盐水泥在井下充填应用 中普遍
Ｃ Ｓ 一Ｃ Ｏ～Ｈ ０六 元 系 统 中所 发 生 的化学 变 ａＯ ａ