一种用于充填采矿的充填体膨胀剂及其制备方法 [0001][0003]随着充填采矿法成为矿产资源地下开采中一种最主要的采矿方法，同时考虑到环保型和无废害矿山开采是采矿发展的必然趋势，充填体膨胀剂将是一种具有巨大市场容量和发展前景的充填体外加剂。[0004]目前，矿山充填采空区用的充填集料以尾砂和废石最为常见，胶结料以水泥为主，充填料浆的主要组分为尾砂(或废石)、水泥(或其他胶结料)和水。充填料浆作为一种流动体，在终凝后充填体会有5%~15%的沉缩，难以将整个采空区充填满，更重要的是充填管道出料口至采场顶板空区的充填，是回采时能否顺利接顶的关键步骤，也关系到保护整个矿岩稳固的重要性。矿山进行采空区充填时，为了能顺利回采和保护矿岩稳固性，需要一种能使充填体体积膨胀、其膨胀率达到5%~12%的膨胀剂。[0005]国内现有的一些膨胀剂，其作用是为了提高了混凝土结构的抗裂防水能力，防止大体积混凝土和高强混 凝土温差裂缝的出现，膨胀率一般在0.035%~0.045%。以至于用于混凝土的膨胀剂不能满足充填采矿需要充填体具有5%~12%膨胀率的要求，不能解决回采顺利接顶和保护矿岩稳固问题。因此，有必要发明一种充填体膨胀剂，既能满足充填体体积膨胀的要求，并且充填体强度的影响小。
[0006]本发明的目的在于克服现有膨胀剂难以满足充填采矿对充填体的膨胀要求，提供一种具有较大膨胀率、掺量小、对充填体早期至后期强度影响较小的充填体膨胀剂。[0007]本发明提供的用于充填采矿的充填体膨胀剂，包括按重量百分比计的以下组份:硫铝酸钙熟料25~36%、生石灰14~17%、硬石膏46~60%和铝粉0.5~1%，合计100%。所述硫铝酸钙熟料可市购，也可以采用高铝粉煤灰、铝矾土、石灰石和石膏为原料煅烧制得。优选高铝粉煤灰、铝矾土、石灰石和石膏按重量份比1:2~3:0.5、.6:0.4-0.5，在110(Tl30(rC煅烧制得。所述高铝粉煤灰中氧化铝的质量百分含量≥38%。
[0008]优选所述硬石膏的CaSO4含量≥ 90%,铝粉纯度≥ 99%。
[0009]上述的充填体膨胀剂的制备方法，包括将所述原料经过破碎、粉磨、混合制备而成。
[0010]包括以下步骤:
(1)在15°C~28°C的温度条件下，将生石灰和硬石膏分别破碎、粉磨；
(2)将硫铝酸钙熟料与破碎、粉磨后的生石灰、硬石膏原料进行混合粉磨，制备成初级混合料；(3)将初级混合料与铝粉经混合粉磨后制得充填体膨胀剂。
[0011]步骤(1)的生石灰和硬石膏破碎、粉磨至粒度小于100目；步骤(2)初级混合料粒度为150目筛余量小于5% ;步骤(3)制备的充填体膨胀剂粒度为200目筛余量小于1%。
[0012]本发明还提供了一种应用于检验所制备的充填体膨胀剂效果的方法，包括: 采用金属矿浮选尾砂、水泥作为充填料原材料，水泥和尾砂按1:3~1:8的灰砂比配
制，其重量浓度为65%~76% ；
按同一灰砂比和质量浓度配制两组试样:一组充填料浆试样按质量比掺入1%~4%本发明的充填体膨胀剂；另一组充填料浆试样不掺入本发明的充填体膨胀剂。然后分别测试充填体膨胀率和充填体单抗压强度，得到充填体膨胀剂的膨胀效果和对充填体强度的影响效果。
[0013]充 填体膨胀率测试方法:将配制的掺入本发明的充填体膨胀剂的料浆试样与不掺入本发明的充填体膨胀剂的料浆试样，在配制好后立即分别置入100ml、1000 ml量筒，记录各料浆起始体积，待两种料浆试样反应、初凝后分别测定其体积，由此测出膨胀率。
[0014]充填体单轴抗压强度测试方法:将配制的掺入本发明的充填体膨胀剂的料浆浆试样与不掺入本发明的充填体膨胀剂的料浆试样，分别浇筑三联试模，将试块置于200C ±1°C恒温、恒湿≥97RH的环境下养护，用压力机分别测出3d、7d、28d的试块强度后评价膨胀剂对充填体强度的影响效果。
[0015]本发明的充填体膨胀剂优点在于:(I)添加占充填材料质量1%~4%的所述充填体膨胀剂的充填体膨胀率高，有利于充填采空区时顺利接顶、防止顶板冒落和保护矿岩的稳固性；(2)充填体膨胀后对充填体强度的负面效应小，并且有利于提高早期强度；(3)充填采空区时，能减少单位充填料浆的用量，相应地可节约水泥，降低充填成本；(4)减少充填料浆的泌水率，降低充填废水的排放。

[0016]在下述实施例中，硫铝酸钙熟料采用高铝粉煤灰、铝矾土、石灰石、石膏为原料，按重量份比1:2.5:0.6:0.5配好生料，粉磨获得120目筛余小于6%的粉体，置于1100~1300。。马沸炉中煅烧，保温30-40分钟，鼓风急冷至室温，再次粉磨至150目获得硫铝酸钙熟料成品。所用高铝粉煤灰Al2O3质量百分含量为40.44%。
[0017]将硫铝酸钙熟料、生石灰、硬石膏、铝粉按表1的配比取料制备成实施例1-5的充填体膨胀剂。
[0018]表1