武汉科技大学有哪些专业-武汉科技大学有哪些专业
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12
·
矿山充填胶凝材料的研究现状及
发展趋势
中国矿业大学北京校区高水材料所
郑娟荣< /p>
孙恒虎
摘
要
:
本文简要介绍了矿山充填材料的作用及要求<
/p>
,
分析了矿山充填胶凝材料的研究现
状及存在的问题
,
预测了矿山充填胶凝材料的发展趋势
。
关键词
:
充填胶凝材料
研究现状
发展趋势
充填材料是充填在地下采矿后所形成< /p>
的空硐所需要的材料
,
充填材料又分为干式
充填材料
、
水力充填材料和胶结充填材料
。
充填胶凝材料就是胶结充填材料中的胶结
剂
。
部解除边界约束
,
则会产生破坏
,
并会造 成
采场内大量矿石的丢失或贫化
。
而胶结型
充填体
,
因含有一定比例的胶凝材料
,
使其
自身具有足够的强度和整体性
,
如果部分或
全部
去掉周边
的约束
,
也不可
能坍塌
。
这
样
,
能够进行二步骤回采的采场
,
先用胶结
充填回采矿房<
/p>
,
而后再进行矿柱回采
,
从而
可以大大提高矿石的回采率和采场的作业
效率
。
这可以 说是采矿工业中具有深远意
义的一场变革
。
按照
回采工艺时充填体强度的不同要
求
,
充填体有高
、
中
、
低标号之分
[
1
]
1
充填材料的作用及要求
在充填过程中
,
填充所形成的充填体
,
其主要作用是
:
形成回采时的工作平台
,
支
撑矿体上下盘岩石
,
提高矿柱的承载能力
,
控制岩移并为二步骤回采创造条件
。
当采
用胶结充填建造人工矿柱时
,
充填体的自立
< br>和强度便是决定二步骤回采能否进行的前
提
。
干式充填和水力充填所形成的充填体
为松散体
,
而胶 结充填所形成的充填体为固
结体
。
两种充填体的充填致密 程度不一样
,
强度也不相同
,
因而对支撑 围岩所产生的次
生应力场和应力值就有所区别
。
两种充填
体的可压缩性也不相同
,
而可压缩性又会影
响到充填体的密实接顶和承载效果
。
当实
行二
步骤回采时
,
矿柱的承载能力和稳固性
就会随着矿房充填
体的密实程度和强度的
提高而提高
。
松散型充填体一旦部 分或全
。
高标号充填体
—
—
—
大于或等于
4MPa
。
主要
用于下向分层充填的人工假顶
,
采场人
工底柱以及三下<
/p>
〔
水体下
,
建
(
构< /p>
)
筑物下
、
铁
路下
〕
开采保护地表的充填
。
中标
号充
填体
—
—
—
2MPa
左
右
。
主
要
用于上向分
层进路的回采
,
上向水平分层的
铺面
,< /p>
以及房柱式采矿方法第一步骤回采矿
房后的充填
。
低标
号充
填体
—
—
—
小于
1MPa
。
主
要
< p>用于空场法嗣后充填空区和二步骤回采充
填
。
郑娟荣
副教授
博士生
北京
100083
·
13
·
2
充填胶凝材料的研究现状及
存在的问题
,
传统的低浓度胶
结充填和近十
几年出现的高浓度全尾砂胶
结充填
、
块石砂浆胶结充填< /p>
、
碎石水泥浆胶
结充填和膏体泵压输送胶结充填
其胶结剂
主要是普通硅酸盐水泥或其代用品
。
在
20
世纪
80
年代初
,
中国矿业大学北京校区孙
恒虎教授领导的课题组发明了高水固
结充
填材料
。
2
.
1
水泥及水泥代用品
传统水泥胶结混凝土充填材料中
所用
水泥一般为
425
号普通硅酸盐水泥
,
水泥用
量为
150
～
3 00kg
/
m
3
,
水灰比约
1
.
2
～
1
< p>.3
,
28d
混凝土抗压强度
5
.
0
～
10
.
0MPa
,
水泥
费用占充填成本的
40
%
或更多
[
2
]
。
为了降
低充填材料的成本
,
胶结充填材料中的骨料
用选矿厂排出的尾砂或采矿中剥离的废石
;
胶结剂采用水泥代用品
,
即用高炉炉渣或粉
< p>煤灰部分或全部代替水泥熟料所形成的胶
结剂
。
< p>高炉矿渣是冶炼生铁时的副产品
。
在
冶炼生
铁过
程中
,
各种无机
矿物的熔
融体
(
密度
2
.
3
< p>～2
.
8g
/
cm
< p>)浮在铁水
(
铁水密度
7
0
～
8
.
0g
/
cm
3
)
上面
,
定期从排渣口排出
,
经水急冷处理成为粒状的颗粒<
/p>
,
所以称为粒
化高炉矿渣或水渣
。
矿渣的活性主要决定
于其结构
,
而矿渣的结构又分 二个层次来考
虑
。
矿渣结构的第一层次就是将矿渣视为< /p>
一个整体
,
将其结构粗略地视为结晶相与玻
璃相的聚合体
。
矿渣的玻璃相是其活性组
分而结
晶相是惰性组分
,
所以
,
矿渣中玻璃
相含量大
,
其活性就高
。
矿渣结构的第 二个
层次
,
把矿渣玻璃相中的网络形成物做为对
象来研究
,
一般硅为网络形成离子
,
钙为网
络调整离子
,
铝有双重作用
,< /p>
一是增加网络
的数量
,
二是增加网络链条上 的薄弱环节
,
前者降低水化活性
,
后者增 加水化活性
。
对
3
于同一种玻璃
体
,
组成中
CaO
/
SiO
2
比值越
大
,
玻璃体中的聚合度越低
,
活性越高
。
决
< p>定矿渣潜在活性大小的因素是其中玻璃相
含量和
组成
中
CaO
/
SiO
2
的比
值
。
我国
大
多数矿渣的玻璃体含量达
80
%
以上
,
CaO
/
SiO
2
为
1
.
0
左右
。
许多国家的研究及应用
均表明高炉矿渣是代替水泥的一种好的代
用品
[
3
]
。
粉煤灰是火力发电厂排出的一种工业
废渣
,
它是 由磨成一定细度的煤粉在粉煤炉
中经
1200
℃
～
1500
℃
的高
温悬
浮< /p>
燃烧
之
后
,
由原煤中所含不 燃的粘土质矿物发生分
解
、
氧化
、
熔融等变化
,
在表面张力的作用下
形成细小的液
滴
,
在排出炉外时
,
经急速冷
却
,
形成粒经为
1
～
50
μ
m
的微细球形颗粒
,
然后<
/p>
,
连同未被燃烧的可燃物一起由收尘器
所收集
,
或者由水流管道排放到储灰场
。
粉
煤
灰中大部分是玻璃相
,
还有少量未燃碳和
部分晶体矿物<
/p>
,
晶体矿物主要为石英和莫来
石
。
粉煤
灰中
CaO
/
SiO
< br>2
比值
大约
0
.
1
左
右
,
这是粉煤灰的活性远小于矿渣活性 的主
要原因
。
目前
,
粉煤 灰在充填胶凝材料中可
以部分取代水泥
。
在加拿大充填采 矿中
,
粉
煤灰掺量已达到
60
< p>%,成为加拿大
各矿山
一种低成本的充填胶凝材料<
/p>
。
实际上
,
水泥混凝土与胶结充填材料是< /p>
不同的
。
水泥混凝土中的粗骨料
(
粒经大于
5mm
)
主要是河
卵石< /p>
、
碎石
,
对于高强
度混
凝土
,
对粗骨料强度
,
坚固性都有要求
;
细骨
料
(
0
< p>.016mm
～
5mm
)
一般 为河砂
。
粗细骨
料中含泥量要小于
1
%。
胶结充填
材料中
的骨
料主 要
是尾
砂
(
小于
5mm
< p>)和含泥
河
砂
。
胶结 充填材料是由管道自流或泵压输
送到地下采场
,
骨料中含 一定量的泥
(
小于
37
μ
m
的细粒级尾砂或粘土
)
对输送流变特
性
有利
。
实践证明
,
用普通硅酸盐水泥或其
代用品固结全尾砂
,
胶结剂掺量大
,
强度低
。
因此
,
针
对全 尾砂
含大量细
粒级尾砂
的特
点
有必要研制相应的新型胶结剂
。
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