[發明專利]一種用改性工業石膏固化赤泥的沿空留巷巷旁充填支護材料及制備方法

在審

• 申請號: 202110950968.0
• 申請日: 2021-08-18
• 公開（公告）號: CN113526941A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 蘇向東;張建剛;鄢金松;冉景榆;徐佑林
• 申請（專利權）人: 貴州理工學院
• 主分類號: C04B28/14
• 分類號: C04B28/14;C04B18/04;E21F15/00
• 代理公司: 貴陽易博皓專利代理事務所(普通合伙) 52116
• 代理人: 楊曉欣

本發明公開了一種用改性工業石膏固化赤泥的沿空留巷巷旁充填支護材料，由按重量份計的下列原料制備而成，赤泥70份～85份、改性工業石膏13份～30份、復合助劑2份～10份。該沿空留巷巷旁赤泥充填支護材料的制作方法為：將赤泥打散破碎至3mm以下待用；將復合助劑、改性工業石膏與打散破碎后的赤泥進行預混得到固體混合料；將水與固體混合料進行混合并強力攪拌得到充填膏體料漿；將充填膏體料漿輸送至充填袋進行充填并固化得到巷旁充填支護料。制成的巷旁充填支護料漿的穩定性好、流動性好，固化后強度高。該充填料解決了使用混凝土充填施工難度大、高水充填成本高而強度低的不足，且降低了礦山沿空留巷采礦的巷旁充填支護成本，實現了赤泥和工業石膏兩大固廢無害化、規模化、資源化利用。

技術領域

本發明涉及礦山沿空留巷開采支護技術領域，特別涉及一種用改性工業石膏固化赤泥的沿空留巷巷旁充填支護材料及制備方法。

背景技術

赤泥(Red mud或Bauxite residue)是鋁土礦生產氧化鋁過程中產生的固體廢棄物。我國氧化鋁工業快速發展，2020年國內氧化鋁產量高達7313.2萬噸，早已成為世界第一大氧化鋁生產國。氧化鋁行業發展的同時，赤泥的排放量與堆存量逐年增加，且近年的增加趨勢尤為明顯。通常每生產1噸氧化鋁，大約產生1.0-2.0噸赤泥。目前，國內赤泥的累計堆存量在5億噸左右，估算年排放量9000萬噸。赤泥的物質組成復雜、顆粒尺寸小、排放量大、堿度高，導致其綜合利用難度大。國際上對赤泥主要采用干堆處置、傾倒入海、填充洼地等處置方式。有些國家土地面積少，如法國、德國和日本等，直接把赤泥排入海洋或湖泊，其有害物質污染水體，危害生物。包括我國在內的大部分國家則將大量的赤泥做堆存處置，既占用土地，污染水系，細小的赤泥顆粒干燥后會隨風飄揚，污染大氣。赤泥中含堿廢液可能污染地表水和地下水源，赤泥堆場必須采用昂貴的防滲膜材料。目前世界范圍內尚未實現赤泥的大規模綜合利用。

工業石膏的主要成分為CaSO₄·2H₂O(占80％以上)，是磷化工、氟化工、鈦化工、煙氣脫硫等行業副產的工業廢渣。通常還含有二氧化硅、鐵及鋁化合物、酸不溶物、有機質等多種雜質。目前我國工業石膏占比最大的是磷化工行業副產的磷石膏。僅2020年，我國磷化工企業產生的磷石膏達9400萬噸。工業石膏的應用目前已有一定規模，但是離完全消納還有很大距離。

為了減少區段保護礦柱的損失，近年來我國不斷推廣無礦柱開采方式，而沿空留巷就是無礦柱開采種最為常用的方式之一，沿空留巷指的是采礦工作面回采后，沿采空區邊緣維護原回采巷道，采用沿空留巷技術能夠有效減少巷道掘進量，減少護巷礦柱的損失，增加資源回收率。對于煤礦開采，同時還可以解決上隅角瓦斯積聚問題，避免采空區煤柱自然發火等問題。沿空留巷將一條巷道作兩次利用，極大地提高資源回收率，緩解采掘接替緊張，是煤礦等開采及回采巷道布置技術的一項重大改革。進入深部開采后，礦壓顯現加劇，巷道徑縮明顯，出現沿空留巷充填體大變形、承載失效現象日益增多，特別是目前沿空留巷期間，其巷旁充填體的接頂效果極差，進而進一步加劇了其變形破壞程度。因此，沿空留巷中巷旁充填接頂效果和充填體支護是維持巷道穩定的關鍵。目前沿空留巷巷旁充填支護方式主要有水泥基充填、高水材料充填等。水泥基充填強度高，但施工難度大，勞動力消耗大；高水材料充填效率高，但是成本高、充填體強度低，且后期強度損失大。

本發明利用赤泥粒度小、礦物成分比例高的優點，采用復合助劑對其進行“降堿固鈉”改性，通過與改性工業石膏復配制備沿空留巷巷旁支護施工所需的膏體充填材料，在保證強度的同時實現膏體充填。一方面將赤泥廢渣資源化利用，另一方面減少天然砂石和水泥等膠凝材料的使用，社會效益顯著。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用改性工業石膏固化赤泥的沿空留巷巷旁充填支護材料及制備方法，旨在將赤泥與改性工業石膏復配制作成一種新型巷旁充填支護材料，解決現有的混凝土充填料、高水充填料成本高的不足，并且能夠利用工業廢渣赤泥和工業石膏，把降低礦山開采成本與無害化、規模化、資源化消納赤泥和工業石膏兩大固廢相結合。