技术摘要：
本发明涉及一种用于锂云母矿渣的充填材料及其制备方法和应用，属于锂云母矿渣的充填技术领域。本发明制备的充填材料，与水混合后形成的浆料，具有接近水的粘度，易于泵送（泵送距离可达100m‑500m）、优异的触变性和快速的初凝时间（小于60s），解决了现有专利技术产品 全部
背景技术：
我国锂资源种类丰富，储藏量大，其中江西省锂资源主要为锂云母矿石，保有储量 为71.03万吨，为我国开采利用最大的锂资源之一。随着新兴产业的迅猛发展，中国对锂盐 的需求量逐年快速增加，锂矿渣的排放量也与日俱增。据统计，每生产1t锂盐，约产生8～ 10t锂云母矿渣，大量堆积的锂云母矿渣一方面占用土地，另一方面也会对环境造成二次污 染，并且随着锂云母大量的开采，锂云母矿井上覆岩层垮落造成地表大范围塌陷，致使地面 建筑、铁路、公路、河流等遭到严重破坏。矿山充填开采是我国现代化矿井开采效率高、安 全、绿色建设的一个重要技术手段，能够起到综合解决矿山固体废料有效利用问题、提高矿 石资源采出率问题和保护地表生态环境问题的多重作用。 目前用作矿井充填的材料主要有高分子发泡充填材料，无机粉末发泡类充填材 料，水泥、粉煤灰为主的发泡水泥浆体充填材料，高水充填材料等。高分子发泡充填材料反 应迅速、材料发泡倍数大、施工简单快捷、单方用料少，但存在不能远距离泵送、固化温度 高，存在安全隐患、含有毒害的甲醛、苯酚等物质以及抗压强度低等问题。无机粉体发泡类 充填材料具有泵送性能好，可实现远距离泵送、操作简便、密封性优异的特点，但前期投入 成本高、发泡时间长、抗压强度低，不能满足矿井充填实际使用需求。水泥、粉煤灰为主的发 泡水泥浆体充填材料大量使用水泥、粉煤灰等材料，材料来源广、成本低、远距离泵送性能 优异，浆体抗压强度可以达到1MPa左右，但设备投资大、粉尘污染严重、且对废旧巷道充填 需要预埋注浆管路，设计分段充填、分段止浆墙，机动灵活性不够，不适合小范围充填。高水 充填材料具有泵送性能好、速凝时间短及可利用矿渣作为原料等优点，既能充分满足分层 采矿技术的要求，快速充填处理大采空区，又能利用废弃矿渣，减少对土地环境污染、降低 材料成本，在矿山充填领域得到广泛的应用。发明专利CN107417228A和CN105152612A分别 公开了一种粉煤灰掺杂的高水充填材料和一种碎石掺杂的高水充填材料，降低了充填材料 的成本，但终凝强度有待进一步提高(前者28d终凝强度仅达到540kPa；后者终凝强度仅达 到755～1140kPa)。发明专利CN108706922A和CN101792291A分别公开了一种高水膨胀充填 材料，具有流动性好，终凝强度高的特点，但初凝时间长(前者初凝时间67min～187min；后 者初凝时间90min～120min)，浆料堆积能力差。目前，中国关于高水充填材料的研究开展较 少，现有高水充填材料普遍存在初凝时间长，浆料粘度低，在充填过程中易流淌的问题，因 此难以实现在规定区域内精准固结，为充填施工以及后续开采带来不便。使用矿渣掺杂制 备高水材料时，也存在固结性能变差，材料力学性能降低的质量问题。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提出一种含锂云母矿渣的充填材料及 4 CN 111606614 A 说 明 书 2/4 页 其制备方法和应用。 本发明的目的是通过以下技术方案实现的。 一种含锂云母矿渣的充填材料，该充填材料的原料包括水泥基胶凝材料、引气剂、 早强剂、增稠剂、稳泡剂和促凝剂； 以该充填材料的原料的总质量为100％计算，各组分的质量百分含量如下： 锂云母矿渣的质量为充填材料的原料的总质量的15％-30％。 所述的水泥基胶凝材料具有调控充填材料胶凝时间，增加充填材料抗压强度的作 用，水泥基胶凝材料为硫铝酸盐水泥、铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、矿渣水泥、 粉煤灰水泥、石膏中的至少一种； 所述的引气剂可以促使充填材料与水混合反应产生气泡，改善浆料的流动性和粘 聚性，引气剂为动物蛋白质引气剂、植物蛋白质引气剂、皂苷引气剂、松香树脂引气剂、脂肪 醇磺酸盐引气剂中的至少两种，优选选自动物蛋白质引气剂、植物蛋白质引气剂和皂苷引 气剂的两种或三种复配所得； 所述的早强剂具有加速充填材料水化反应速度和促进早期抗压强度增长的作用， 早强剂为氟化钠、氯化钠、氯化钾、氯化钙、亚硝酸钠、尿素、水玻璃、乙二醇、三异丙醇胺、三 乙醇胺、甲酸、甲酸钙中的至少两种，优选选自氟化钠、亚硝酸钠、尿素、三乙醇胺和甲酸钙 中的两种或两种以上复合使用； 所述的增稠剂主要是调节充填材料与水混合后浆料的流动性以及促进浆料与充 填空穴接触面的粘结性，增稠剂为淀粉、明胶、天然橡胶、麦芽糊精、有机膨润土、硅藻土、硅 凝胶、甲基纤维素、羧甲基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、羟乙基纤维素中的至少一种，优选 选自淀粉、甲基纤维素、羧甲基纤维素的一种或多种； 所述的稳泡剂可以提高充填材料与水混合反应产生气泡的稳定性，使得充填材料 内部气孔分布均匀，改善气孔结构，提高力学性能，降低材料用量，稳泡剂为十二烷基硫酸 钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、α-烯基磺酸钠(AOS)、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、蛋白、多 肽、淀粉、羟丙基甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素醚中的至少一种，优选选自AES、AOS和聚丙 烯酰胺中的一种或多种； 所述的促凝剂可以提高充填材料与水混合后浆料的稠度，促进胶凝的作用，促凝 剂为硅酸钠、硅酸钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸锂、碳酸钙、氯化钠、氯化钙、硫酸钠、硫酸铝、 铝酸钠、铝酸钙、氟铝酸钙、甲酸钙、三乙醇胺、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸和丙烯酸盐中的至 少两种，优选选自硅酸钠、碳酸钙、碳酸锂、甲酸钙和铝酸钠的两种或两种以上复合使用； 5 CN 111606614 A 说 明 书 3/4 页 所述的锂云母矿渣为锂云母矿冶炼过程中产生的具有活性的固体废料，在本发明 中具有促进水化反应的作用，同时可以降低材料成本，锂云母矿渣，细度选为500～2000目， 优选800-1500目。 一种用于锂云母矿渣的高水充填材料的制备方法，将锂云母矿渣的高水充填材料 的原料按照质量比加入搅拌釜内，搅拌混合15-30min，得到高水填充材料。 一种用于锂云母矿渣的高水充填材料的应用，将高水填充材料与水按照质量比为 1：1-5进行混合，通过注浆泵高速搅拌和快速输出，泵送距离长度100m-500m，在管口出料处 形成泡沫浆料，将泡沫浆料置于空穴处即可堆积充填。 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果： (1)本发明制备的充填材料，与水混合后形成的浆料，具有接近水的粘度，易于泵 送(泵送距离可达100m-500m)、优异的触变性和快速的初凝时间(小于60s)，解决了现有专 利技术产品初凝时间长，浆料易流淌，堆积效果差的不足； (2)本发明制备的充填材料，100％固结，抗压强度最高可达到5MPa，解决了现有技 术产品固结性能差，抗压强度低的问题； (3)本发明制备的高水充填材料，发泡倍数大(最高可达20倍)，固化后不收缩，能 有效充填不规则的空穴空间，实现优异的密实性，防止矿井下瓦斯积聚，充填质量稳定； (4)本发明制备的充填材料，利用冶金厂锂云母固体废料作为原料，减少了二次污 染，降低了材料成本； (5)本发明制备的高水充填材料，施工过程中无需充填模板支护等复杂辅助处理， 充填工艺简单，尤其适用于矿井中紧急情况下快速充填需求。
本发明涉及一种用于锂云母矿渣的充填材料及其制备方法和应用，属于锂云母矿渣的充填技术领域。本发明制备的充填材料，与水混合后形成的浆料，具有接近水的粘度，易于泵送（泵送距离可达100m‑500m）、优异的触变性和快速的初凝时间（小于60s），解决了现有专利技术产品 全部
背景技术：
我国锂资源种类丰富，储藏量大，其中江西省锂资源主要为锂云母矿石，保有储量 为71.03万吨，为我国开采利用最大的锂资源之一。随着新兴产业的迅猛发展，中国对锂盐 的需求量逐年快速增加，锂矿渣的排放量也与日俱增。据统计，每生产1t锂盐，约产生8～ 10t锂云母矿渣，大量堆积的锂云母矿渣一方面占用土地，另一方面也会对环境造成二次污 染，并且随着锂云母大量的开采，锂云母矿井上覆岩层垮落造成地表大范围塌陷，致使地面 建筑、铁路、公路、河流等遭到严重破坏。矿山充填开采是我国现代化矿井开采效率高、安 全、绿色建设的一个重要技术手段，能够起到综合解决矿山固体废料有效利用问题、提高矿 石资源采出率问题和保护地表生态环境问题的多重作用。 目前用作矿井充填的材料主要有高分子发泡充填材料，无机粉末发泡类充填材 料，水泥、粉煤灰为主的发泡水泥浆体充填材料，高水充填材料等。高分子发泡充填材料反 应迅速、材料发泡倍数大、施工简单快捷、单方用料少，但存在不能远距离泵送、固化温度 高，存在安全隐患、含有毒害的甲醛、苯酚等物质以及抗压强度低等问题。无机粉体发泡类 充填材料具有泵送性能好，可实现远距离泵送、操作简便、密封性优异的特点，但前期投入 成本高、发泡时间长、抗压强度低，不能满足矿井充填实际使用需求。水泥、粉煤灰为主的发 泡水泥浆体充填材料大量使用水泥、粉煤灰等材料，材料来源广、成本低、远距离泵送性能 优异，浆体抗压强度可以达到1MPa左右，但设备投资大、粉尘污染严重、且对废旧巷道充填 需要预埋注浆管路，设计分段充填、分段止浆墙，机动灵活性不够，不适合小范围充填。高水 充填材料具有泵送性能好、速凝时间短及可利用矿渣作为原料等优点，既能充分满足分层 采矿技术的要求，快速充填处理大采空区，又能利用废弃矿渣，减少对土地环境污染、降低 材料成本，在矿山充填领域得到广泛的应用。发明专利CN107417228A和CN105152612A分别 公开了一种粉煤灰掺杂的高水充填材料和一种碎石掺杂的高水充填材料，降低了充填材料 的成本，但终凝强度有待进一步提高(前者28d终凝强度仅达到540kPa；后者终凝强度仅达 到755～1140kPa)。发明专利CN108706922A和CN101792291A分别公开了一种高水膨胀充填 材料，具有流动性好，终凝强度高的特点，但初凝时间长(前者初凝时间67min～187min；后 者初凝时间90min～120min)，浆料堆积能力差。目前，中国关于高水充填材料的研究开展较 少，现有高水充填材料普遍存在初凝时间长，浆料粘度低，在充填过程中易流淌的问题，因 此难以实现在规定区域内精准固结，为充填施工以及后续开采带来不便。使用矿渣掺杂制 备高水材料时，也存在固结性能变差，材料力学性能降低的质量问题。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提出一种含锂云母矿渣的充填材料及 4 CN 111606614 A 说 明 书 2/4 页 其制备方法和应用。 本发明的目的是通过以下技术方案实现的。 一种含锂云母矿渣的充填材料，该充填材料的原料包括水泥基胶凝材料、引气剂、 早强剂、增稠剂、稳泡剂和促凝剂； 以该充填材料的原料的总质量为100％计算，各组分的质量百分含量如下： 锂云母矿渣的质量为充填材料的原料的总质量的15％-30％。 所述的水泥基胶凝材料具有调控充填材料胶凝时间，增加充填材料抗压强度的作 用，水泥基胶凝材料为硫铝酸盐水泥、铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、矿渣水泥、 粉煤灰水泥、石膏中的至少一种； 所述的引气剂可以促使充填材料与水混合反应产生气泡，改善浆料的流动性和粘 聚性，引气剂为动物蛋白质引气剂、植物蛋白质引气剂、皂苷引气剂、松香树脂引气剂、脂肪 醇磺酸盐引气剂中的至少两种，优选选自动物蛋白质引气剂、植物蛋白质引气剂和皂苷引 气剂的两种或三种复配所得； 所述的早强剂具有加速充填材料水化反应速度和促进早期抗压强度增长的作用， 早强剂为氟化钠、氯化钠、氯化钾、氯化钙、亚硝酸钠、尿素、水玻璃、乙二醇、三异丙醇胺、三 乙醇胺、甲酸、甲酸钙中的至少两种，优选选自氟化钠、亚硝酸钠、尿素、三乙醇胺和甲酸钙 中的两种或两种以上复合使用； 所述的增稠剂主要是调节充填材料与水混合后浆料的流动性以及促进浆料与充 填空穴接触面的粘结性，增稠剂为淀粉、明胶、天然橡胶、麦芽糊精、有机膨润土、硅藻土、硅 凝胶、甲基纤维素、羧甲基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、羟乙基纤维素中的至少一种，优选 选自淀粉、甲基纤维素、羧甲基纤维素的一种或多种； 所述的稳泡剂可以提高充填材料与水混合反应产生气泡的稳定性，使得充填材料 内部气孔分布均匀，改善气孔结构，提高力学性能，降低材料用量，稳泡剂为十二烷基硫酸 钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、α-烯基磺酸钠(AOS)、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、蛋白、多 肽、淀粉、羟丙基甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素醚中的至少一种，优选选自AES、AOS和聚丙 烯酰胺中的一种或多种； 所述的促凝剂可以提高充填材料与水混合后浆料的稠度，促进胶凝的作用，促凝 剂为硅酸钠、硅酸钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸锂、碳酸钙、氯化钠、氯化钙、硫酸钠、硫酸铝、 铝酸钠、铝酸钙、氟铝酸钙、甲酸钙、三乙醇胺、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸和丙烯酸盐中的至 少两种，优选选自硅酸钠、碳酸钙、碳酸锂、甲酸钙和铝酸钠的两种或两种以上复合使用； 5 CN 111606614 A 说 明 书 3/4 页 所述的锂云母矿渣为锂云母矿冶炼过程中产生的具有活性的固体废料，在本发明 中具有促进水化反应的作用，同时可以降低材料成本，锂云母矿渣，细度选为500～2000目， 优选800-1500目。 一种用于锂云母矿渣的高水充填材料的制备方法，将锂云母矿渣的高水充填材料 的原料按照质量比加入搅拌釜内，搅拌混合15-30min，得到高水填充材料。 一种用于锂云母矿渣的高水充填材料的应用，将高水填充材料与水按照质量比为 1：1-5进行混合，通过注浆泵高速搅拌和快速输出，泵送距离长度100m-500m，在管口出料处 形成泡沫浆料，将泡沫浆料置于空穴处即可堆积充填。 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果： (1)本发明制备的充填材料，与水混合后形成的浆料，具有接近水的粘度，易于泵 送(泵送距离可达100m-500m)、优异的触变性和快速的初凝时间(小于60s)，解决了现有专 利技术产品初凝时间长，浆料易流淌，堆积效果差的不足； (2)本发明制备的充填材料，100％固结，抗压强度最高可达到5MPa，解决了现有技 术产品固结性能差，抗压强度低的问题； (3)本发明制备的高水充填材料，发泡倍数大(最高可达20倍)，固化后不收缩，能 有效充填不规则的空穴空间，实现优异的密实性，防止矿井下瓦斯积聚，充填质量稳定； (4)本发明制备的充填材料，利用冶金厂锂云母固体废料作为原料，减少了二次污 染，降低了材料成本； (5)本发明制备的高水充填材料，施工过程中无需充填模板支护等复杂辅助处理， 充填工艺简单，尤其适用于矿井中紧急情况下快速充填需求。
