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来源：金川镍钴研究设计院有限责任公司 , 金川集团股份有限公司
权利要求
1.废石机制砂作为骨料的胶结充填方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤a：除杂，去除废石中的杂质；
步骤b：破碎，将废石依次进行粗碎、中碎和细碎；
步骤c：筛分，将细碎后的废石进行筛分，通过筛分产出机制砂；
步骤d：筛分实验，对机制砂进行筛分实验，根据实验结果进行级配分析；
步骤e：物理实验，对机制砂进行表观密度、石粉量及含水率检测试验，根据实验结果结合级配分析结果确定充填物料机制砂、水泥与水的多种配合比再分别进行料浆配合；
步骤f：确定适用于矿山充填料浆的质量浓度、水灰比与灰砂比参数，根据确定的机制砂、水泥与水的多种配合比方案分别制备充填料浆，分别进行充填料浆的流动性与胶结充填体强度试验，根据试验结果结合矿山对胶结充填体强度的要求及料浆流动性要求确定适用于该矿山充填料浆的质量浓度、水灰比与灰砂比参数；
步骤g：混料，根据确定适用于该矿山充填料浆的质量浓度、水灰比与灰砂比参数，将机制砂、水泥与水进行混合制作成充填料浆；
步骤h：进行充填，充填料浆通过管道输送至井下采空区。
2.根据权利要求1所述的废石机制砂作为骨料的胶结充填方法，其特征在于：所述步骤d：所述级配分析利用公式Px=100(d/D)n，当机制砂分析结果在0.35≤n≤0.5，说明其具有较好的颗粒级配。
3.根据权利要求1所述的废石机制砂作为骨料的胶结充填方法，其特征在于：机制砂中0.08mm以下颗粒占比指标可适当提高至≤15%。
4.根据权利要求1所述的废石机制砂作为骨料的胶结充填方法，其特征在于：所述步骤c前加入步骤i：将细碎后的废石进行除尘处理。
5.根据权利要求4所述的废石机制砂作为骨料的胶结充填方法，其特征在于：所述步骤i中除尘处理采用水洗除尘。
6.根据权利要求1所述的废石机制砂作为骨料的胶结充填方法，其特征在于：所述步骤c中，在筛分过程通过风力进行除尘。
7.根据权利要求1所述的废石机制砂作为骨料的胶结充填方法，其特征在于：所述步骤h中，进行充填时，将充填料浆通过管道输送至井下采空区，形成第一层充填层并固化后，在第一层充填层上设置多个空心柱，然后再充填膨胀料浆，膨胀料浆固化后形成的第二层充填层高度与空心柱的高度一致，之后再充填充填料浆，一部分充填料浆进入空心柱内，直至形成第三层充填层，之后以此反复进行充填作业。
8.根据权利要求7所述的废石机制砂作为骨料的胶结充填方法，其特征在于：所述膨胀料浆包括质量比为1:2.569:3.28:0.25:0.8的水泥、机制砂、水、膨胀剂和陶瓷粉渣混合后形成。
说明书
技术领域
本发明属于矿山采空区胶结充填领域，尤其涉及一种废石机制砂作为骨料的胶结充填方法。
背景技术
矿山在生产过程中会产生大量废石，这些废石一般堆放在地表，导致占用大量土地资源，同时破坏矿区生态环境，还增加了诱发次生地质灾害的风险，需要花费大量的人力、物力、财力进行治理。目前，随着国家绿色矿山建设和矿山生态环境恢复治理等相关政策的出台，要求矿山企业加强环境恢复治理，鼓励矿山企业提高固废综合利用水平。因此，通过固废资源化利用实现绿色、循环、高效、可持续发展是今后我国矿山企业发展的必然趋势，废石是矿山企业产生的主要固废，通过技术创新实现废石的资源化利用是响应国家环保政策和矿山绿色可持续发展的重要途径。同时，国家环保政策对天然砂的开采已采取限制措施，这对于依赖天然砂作为充填骨料的矿山企业来说，用废石机制砂替代天然砂进行充填将对缓解骨料来源不足、降低充填成本意义重大。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种废石机制砂作为骨料的胶结充填方法。
本发明采用的技术方案如下：
一种废石机制砂作为骨料的胶结充填方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤a：除杂，去除废石中的杂质；
步骤b：破碎，将废石依次进行粗碎、中碎和细碎；
步骤c；筛分，将细碎后的废石进行筛分，通过筛分产出机制砂；
步骤d：筛分实验，对机制砂进行筛分实验，根据实验结果进行级配分析；
步骤e：物理实验，对机制砂进行表观密度、石粉量及含水率检测试验，根据实验结果结合级配分析结果确定充填物料机制砂、水泥与水的多种配合比再分别进行料浆配合；
步骤f：确定适用于矿山充填料浆的质量浓度、水灰比与灰砂比参数，根据确定的机制砂、水泥与水的多种配合比方案分别制备充填料浆，分别进行充填料浆的流动性与胶结充填体强度试验，根据试验结果结合矿山对胶结充填体强度的要求及料浆流动性要求确定适用于该矿山充填料浆的质量浓度、水灰比与灰砂比参数；
步骤g：混料，根据确定适用于该矿山充填料浆的质量浓度、水灰比与灰砂比参数，将机制砂、水泥与水进行混合制作成充填料浆；
步骤h：进行充填，充填料浆通过管道输送至井下采空区。
进一步的技术方案在于：所述步骤d；所述级配分析利用公式Px=100(d/D)n，当机制砂分析结果在0.35≤n≤0.5，说明其具有较好的颗粒级配。
进一步的技术方案在于：机制砂中0.08mm以下颗粒占比指标可适当提高至≤15%。
进一步的技术方案在于：所述 步骤c前加入步骤i：将细碎后的废石进行除尘处理。
进一步的技术方案在于：所述步骤i中除尘处理采用水洗除尘。
进一步的技术方案在于：所述 步骤c中，在筛分过程通过风力进行除尘。
进一步的技术方案在于：所述步骤h中，进行充填时，将充填料浆通过管道输送至井下采空区，形成第一层充填层并固化后，在第一层充填层上设置多个空心柱，然后再充填膨胀料浆，膨胀料浆固化后形成的第二层充填层高度与空心柱的高度一致，之后再充填充填料浆，一部分充填料浆进入空心柱内，直至形成第三层充填层，之后以此反复进行充填作业。
进一步的技术方案在于：所述膨胀料浆包括质量比为1:2.569:3.28:0.25:0.8的水泥、机制砂、水、膨胀剂和陶瓷粉渣混合后形成。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.利用此方法可将废石大量用于井下充填，即可缓解矿山环保压力，减少环境恢复治理费用；又可拓展井下充填骨料来源，有降低矿山生产成本；
2.通过步骤d：筛分实验，对机制砂进行筛分实验，根据实验结果进行级配分析，以及步骤e；物理实验，对机制砂进行表观密度、石粉量及含水率检测试验，根据实验结果结合级配分析结果确定充填物料机制砂、水泥与水的多种配合比再分别进行料浆配合，能够得到多种机制砂、水泥与水的配合比，便于选择最优的配合比，保证机制砂能够代替天然砂用作充填骨料；
3.通过步骤f：确定适用于矿山充填料浆的质量浓度、水灰比与灰砂比参数，根据确定的机制砂、水泥与水的多种配合比分别进行充填料浆的流动性与胶结充填体强度试验，根据试验结果结合矿山对胶结充填体强度的要求及料浆流动性要求确定适用于该矿山充填料浆的质量浓度、水灰比与灰砂比参数，可以便于根据不同矿山对充填物料强度的要求，选择对应的质量浓度、水灰比与灰砂比参数。
附图说明
图1是本发明所述级配分析结果特性曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
一种废石机制砂作为骨料的胶结充填方法，包括以下步骤：
步骤a：除杂，去除废石中的杂质；去除废石中的废旧钢筋、导爆管残留物等杂质；
步骤b：破碎，将废石依次进行粗碎、中碎和细碎；利用颚式破碎机过粗碎、中碎、细碎；
步骤c：筛分，将细碎后的废石进行筛分，通过筛分产出机制砂，通过振动筛进行筛分作业；
步骤d：筛分实验，对机制砂进行筛分实验，根据实验结果进行级配分析；
步骤e：物理实验，对机制砂进行表观密度、石粉量及含水率检测试验，根据实验结果结合级配分析结果确定充填物料机制砂、水泥与水的多种配合比再分别进行料浆配合；
步骤f：确定适用于矿山充填料浆的质量浓度、水灰比与灰砂比参数，根据确定的机制砂、水泥与水的多种配合比方案分别制备充填料浆，分别进行充填料浆的流动性与胶结充填体强度试验，根据试验结果结合矿山对胶结充填体强度的要求及料浆流动性要求确定适用于该矿山充填料浆的质量浓度、水灰比与灰砂比参数；
步骤g：混料，根据确定适用于该矿山充填料浆的质量浓度、水灰比与灰砂比参数，将机制砂、水泥与水进行混合制作成充填料浆；
步骤h：进行充填，充填料浆通过管道输送至井下采空区。
在步骤d中：所述级配分析利用公式Px=100(d/D)n，当机制砂分析结果在0.35≤n≤0.5，说明其具有较好的颗粒级配。
对废石机制砂进行筛分试验，其结果见表1。根据试验结果，利用Fuller公式Px=100(d/D)n对其进行级配分析，其结果特性曲线图如图1所示，对特性曲线进行回归得出，废石机制砂的级配指数n=0.3949，根据泰波的理论分析和试验认为n=0.35-0.5时，都具有较好的密实度，因此废石机制砂具有较好的颗粒级配。
式中：Px—希望计算的某集料粒径d的通过百分率；D—集料的最大粒径；n—级配递减系数。
表1：废石机制砂筛分试验结果
对废石机制砂进行表观密度、石粉量及含水率检测试验，其结果如表2所示。
表2：废石机制砂表观密度、石粉量及含水率检测结果
根据废石机制砂基础物理性能检测试验结果，进行料浆配合比设计方案，其结果见表3。充填物料包含：废石机制砂、胶结剂（复合硅酸盐水泥P.F32.5）及水。
表3：料浆配合比正交试验方案设计
对表3中的设计方案按照《建筑砂浆基本性能试验方法标准（JGJ/T70-2009）》，分别开展充填料浆的流动性与胶结充填体强度试验，其结果见表4。
表4：充填体抗压强度及料浆流动性试验结果
根据矿山对充填体强度要求（R3≥1.5Mpa，R7≥2.5Mpa，R28≥5Mpa，）及料浆流动性要求（充填倍线≤6时，充填料浆塌落度≥275mm）判断，适合本矿山废石机制砂充填工艺参数为：料将质量浓度：79%-80%；灰砂比：0.219-0.226；水灰比：1.394-1.442。
机制砂中0.08mm以下颗粒占比指标可适当提高至≤15%。
步骤c前加入步骤i：将细碎后的废石进行除尘处理。
步骤i中除尘处理采用水洗除尘。
步骤c中，在筛分过程通过风力进行除尘。
所述步骤h中，进行充填时，将充填料浆通过管道输送至井下采空区，形成第一层充填层并固化后，在第一层充填层上设置多个空心柱，然后再充填膨胀料浆，膨胀料浆固化后形成的第二层充填层高度与空心柱的高度一致，之后再充填充填料浆，一部分充填料浆进入空心柱内，直至形成第三层充填层，之后以此反复进行充填作业。
可通过膨胀料浆，减少充填料浆的使用量，并且由于设置了空心柱，第三层充填层的充填浆料会进入空心柱内，因此形成的第三层充填层能够通过空心柱与第一层充填层相接触，使得第一层充填层与第二层充填层均能够对第三层充填层起到承载作用，既能节省物料又能够保证充填质量。空心柱可以为钢柱或用混凝土制成。
所述膨胀料浆包括质量比为1:2.569:3.28:0.25:0.8的水泥、机制砂、水、膨胀剂和陶瓷粉渣混合后形成，膨胀剂为明矾石膨胀剂、CSA膨胀剂或U型膨胀剂其中的一种。
以上仅为本发明的较佳实施例而已。
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2024年12月06日 ~ 08日 
