大水矿山抗水稳定性全固废充填材料配比优化方法与流程

1.本发明涉及固废利用技术领域，尤其涉及一种大水矿山抗水稳定性全固废充填材料配比优化方法。


背景技术：

2.随着我国经济高速发展以及对矿产资源持续开发利用，高品位和采矿技术条件好的矿产资源日趋枯竭，面临更多的是深埋、高应力、富水和不良地层条件的资源。充填法采矿安全环保与绿色开采的首要选择。以水泥为胶凝剂的尾砂胶结充填体强度低、流动性差、导致胶凝材料用量大，充填采矿成本高。
3.随着我国新环保法出台以及严格管理，高活性高炉矿渣成为宝贵的资源，不仅利用成本在逐年提高，而且在我国某些地区还供不应求。而磷石膏、电石渣、钢渣、粉煤灰、铜选尾渣等低品质固废物，由于活性低资源化利用低。因此，低品质固废在充填采矿中利用，不仅可降低充填采矿成本，而且还为低品质固废无害化、减量化和高值化利用探索出一条途径.
4.研究表明，低品质固废不仅活性差，水化反应慢，导致充填体强度低，而且胶结充填体抗水稳定性差，在大水矿山富水环境中，充填体在水中长期浸泡的力学性能发生劣化，强度降低，由此给充填采矿潜在严重的安全隐患。因此，低品质固废在大水矿山充填采矿中应用，其抗水稳定性是值得关注的问题。
5.磷石膏是磷肥工业固体废弃物，随着我国近年来高浓度复合肥工业迅猛发展，每年磷肥化工企业排出大量的磷石膏。由于磷石膏中存在有害的矿物成分导致活性低和抗水性差，因此目前磷石膏利用率不足5％，大部分磷石膏采取堆放处理。不仅占据大量土地，而且严重污染环境，由此抑制磷肥工业的发展。显然，拓展磷石膏、粉煤灰等低品质固废资源化利用途径已刻不容缓。
6.磷石膏中由于含有有害的p2o5等化学成分，造成胶结体强度低并伴随浸水膨胀和强度劣化问题，这是磷石膏大宗资源化利用的主要影响因素，为此，人们在不断地探索磷石膏资源化利用的关键技术和应用领域。中国发明专利cn 103133033 a公开了“一种矿山磷石膏胶结充填制浆工艺法”，cn 108191365 a公开了“一种应用磷石膏材料胶结充填金属矿山的方法”，两项发明专利均提出了低品质充填材料制浆工艺，但没有涉及充填体抗水稳定性问题。中国发明专利cn 109133830 a公开了“一种低品质自流平材料的制备方法”，拓展了磷石膏在建筑材料技术领域资源化利用途径。中国发明专利cn 107382239 a公开了“用于稳定含二嗯英焚烧飞灰的全固废充填材料及制备方法”，利用磷石膏制备全固废充填材料，用于稳定固化含二嗯英焚烧飞灰等固废，并没有考虑固化体强度以及抗水稳定性问题。
7.综上可见，大水矿山胶结充填体抗水稳定性，不仅影响充填采场稳定与安全，而且对控制围岩变形、顶板冒落以及诱发透水等灾变事故，将起到至关重要的作用。目前提高充填体抗水稳定性的方法，主要是掺加纤维或外加剂以及抗水性能材料，不仅提高充填采矿成本，而且还复杂了回采工艺。
8.因此，有必要研究一种大水矿山抗水稳定性全固废充填材料配比优化方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。


技术实现要素：

9.有鉴于此，本发明提供了一种大水矿山抗水稳定性全固废充填材料配比优化方法，能够实现固废资源的优化组合与协同作用，制备满足抗水性要求的全固废充填材料，为低品质固废在大水充填矿山安全、可靠和大宗资源化利用提供支持。
10.本发明提供一种大水矿山抗水稳定性全固废充填材料配比优化方法，其特征在于，所述方法的步骤包括：
11.s1、对固废材料进行干燥和粉磨处理，得到若干不同配比的混合粉体；每种所述混合粉体均包括磷石膏和高炉矿渣；
12.s2、对s1得到的所有混合粉体进行充填体强度试验和抗水性能试验，得到不同配比的混合粉体的充填体强度试验结果和抗水性能试验结果；
13.s3、根据s2得到的充填体强度试验结果和抗水性能试验结果建立充填体强度数学模型和抗水稳定性数学模型；
14.s4、以充填材料成本为优化目标，以s3得到的充填体强度数学模型和抗水稳定性数学模型为约束条件，建立全固废充填材料配比优化模型；
15.s5、求解s4得到的全固废充填材料配比优化模型，得到全固废充填材料的优化配比。
16.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述磷石膏的参数要求包括：p2o5≤5％、含水率≤3％、mgo≤3％和比表面积≥200m2/kg。
17.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述高炉矿渣的参数要求包括：高炉矿渣微粉细度≤5％或比表面积≥420m2/kg、质量系数≥1.6、活性指数≥0.3和含水率<3％。
18.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述混合粉体还包括电石渣、粉煤灰和铜选尾渣中的一种或多种。
19.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述电石渣、所述粉煤灰和所述铜选尾渣的参数要求包括：含水率<3％和比表面积≥300m2/kg。
20.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述混合粉体包括磷石膏、高炉矿渣和电石渣时各组分质量占比为：磷石膏40％
‑
65％、高炉矿渣15％
‑
40％、电石渣10％
‑
20％；
21.所述混合粉体包括磷石膏、高炉矿渣、电石渣和铜选尾渣时各组分质量占比为：磷石膏40％
‑
50％、高炉矿渣25％
‑
35％、电石渣10％
‑
15％、铜选尾渣5％
‑
20％；
22.所述混合粉体包括磷石膏、高炉矿渣、电石渣和粉煤灰时各组分质量占比为：磷石膏40％
‑
50％、高炉矿渣25％
‑
35％、电石渣10％
‑
15％、粉煤灰5％
‑
20％。
23.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述抗水性能试验及抗水性能试验结果的获得方式包括：制备两组充填体试块，分别置于水中和养护箱中养护；测试两组充填体试块的单轴抗压强度，将两种养护条件下充填体试块的单轴抗压强度之比作为该混合粉体抗水性能试验结果。
24.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤s3中：
25.采用二次多项式对充填体强度试验结果进行回归分析，建立胶结充填体7d和28d强度的数学模型；
26.采用二次多项式对抗水性能试验结果进行回归分析，建立28d充填体的抗水稳定性数学模型。
27.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述胶结充填体7d和28d强度的数学模型为：
28.r
7d
＝f1(x1,x2,
…
，x
n
)、r
28d
＝f2(x1,x2,
…
，x
n
)；
29.其中，r
7d
、r
28d
代表充填体7d、28d强度；x1,x2,
…
，x
n
代表全固废充填材料配比；f1、f2代表充填体7d、28d强度与固废物掺加量的关系函数；
30.所述抗水稳定性数学模型为：
31.k
28d
＝f3(x1,x2,
…
，x
n
)；
32.其中，k
28d
代表养护28d充填体抗水稳定性系数，x1,x2,
…
，x
n
代表全固废充填材料配比，f3代表28d充填体抗水稳定性系数与固废物掺加量的关系函数。
33.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤s4中所述全固废充填材料配比优化模型包括：
34.优化目标：minc
t
＝minf
c
(x1,x2,
…
，x
n
)；
35.约束条件：r
7d
＝f1(x1,x2,
…
，x
n
)≥[r
7d
]
[0036]
r
28d
＝f2(x1,x2,
…
，x
n
)≥[r
28d
]
[0037]
k
28d
＝f3(x1,x2,
…
，x
n
)≥[k
28d
]；
[0038]
其中，c
t
代表全固废充填材料成本，f
c
(x1,x2,
…
，x
n
)为充填材料成本函数；
[0039]
[r
7d
]、[r
28d
]代表充填体7d、28d强度的设计值，[k
28d
]代表28d充填体抗水稳定性系数的设计值。
[0040]
与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：将低品质固废应用于大水矿山充填法采矿，可以避免大水矿山饱和水浸泡强度劣化潜在的灾变失稳风险，确保低品质固废在大水矿山安全利用，不仅能够提高充填采矿的经济效益和环保效益，促进充填采矿技术应用，而且还为低品质固废的减量化、无害化和资源化利用探索出一条途径。
[0041]
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
附图说明
[0042]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0043]
图1是本发明一个实施例提供的大水矿山抗水稳定性全固废充填材料配比优化方法的流程图；
[0044]
图2是本发明一个实施例提供的甘肃瓮福公司磷石膏粒径级配分布曲线；
[0045]
图3是本发明一个实施例提供的邯钢公司的矿渣微粉微粉粒径级配曲线；
[0046]
图4是本发明一个实施例提供的磷石膏微观表面形貌结构图；
[0047]
图5是本发明一个实施例提供的磷石膏xrd图谱；
[0048]
图6是本发明一个实施例提供的铜选尾渣样本；
[0049]
图7是本发明一个实施例提供的铜选尾渣粒径分布曲线；
[0050]
图8是本发明一个实施例提供的热电厂粉煤灰xrd衍射图；
[0051]
图9是本发明一个实施例提供的热电厂粉煤灰粒度分布曲线。
具体实施方式
[0052]
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
[0053]
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0054]
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
[0055]
针对现有技术的不足，充分利用多种性能和不同特性的低品质固废，协同高活性的高炉矿渣，开发抗水性的全固废充填材料，是提高固废资源利用以及降低充填采矿成本的重要途径。本发明为大水充填矿山提供一种抗水稳定的低品质全固废充填材料配比优化方法。该方法是以磷石膏作为主要的固废物，利用高炉矿渣微粉、电石渣、粉煤灰、铜选尾渣等不同特性进行复合激发与协同作用机理，建立全固废充填材料的配比优化模型，实现固废资源的优化组合与协同作用，由此制备满足抗水性要求的全固废充填材料，为低品质固废在大水充填矿山安全、可靠和大宗资源化利用提供了一种优化设计方法。如图1所示，该方法步骤包括：
[0056]
(1)对低品质固废和矿渣微粉进行化学分析和比表测试。首先对利用的固废物进行干燥和破碎成比表面积≥200m2/kg的粉体(该处主要是指磷石膏)，高炉矿渣微的比表面积≥420m2/kg或者细度≤5％；根据需要选择电石渣、粉煤灰、铜选尾渣等一种或多种低品质固废，为与高炉矿渣微粉制备充填材料做准备。固废物干燥和粉磨的比表面积大于400m2/kg。
[0057]
磷石膏化学成分中的p2o5≤5％、含水率≤3％、mgo≤3％、比表面积≥200m2/kg；高炉矿渣的质量系数为活性指数活性指数高炉矿渣微粉细度≤5％或比表面积≥420m2/kg、含水率<3％；
[0058]
电石渣、粉煤灰、铜选尾砂含水率<3％、比表面积≥300m2/kg。
[0059]
(2)开展不同配比全固废充填材料充填体强度和抗水性能试验。根据步骤(1)所述的不同固废资源，选择全固废充填材料体系和掺量范围。在此基础上，针对选择体系进行全固废充填材料正交试验设计，并按照水泥胶砂强度检验方法b/t17671
‑
1999，开展胶结充填体强度试验和抗水稳定性试验，获得全固废充填材料不同配比的胶结充填体强度和抗水稳定性试验结果；
[0060]
抗水稳定性试验内容可以包括：不同配比全固废充填材料充填体强度试验设计，
制备两组充填体试块，脱模后分别置于水中和养护箱中养护28d，然后测试两组试块的单轴抗压强度；将两种养护条件下试块强度之比，定义为充填体抗水性能指标。根据试验获得全固废充填材料充填体抗水稳定性系数的试验结果。
[0061]
全固废充填材料体系包括：磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣体系、磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣
‑
铜选尾渣体系以及磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣
‑
粉煤灰体系。
[0062]
磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣体系的配比范围为：磷石膏40％
‑
65％、矿渣微粉15％
‑
40％、电石渣10％
‑
20％。磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣
‑
铜选尾渣体系的配比范围为：磷石膏40％
‑
50％、矿渣微粉25％
‑
35％、电石渣10％
‑
15％、铜选尾渣5％
‑
20％。磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣
‑
粉煤灰体系的配比范围为：磷石膏40％
‑
50％、矿渣微粉25％
‑
35％、电石渣10％
‑
15％、粉煤灰5％
‑
20％。
[0063]
(3)建立充填体强度和抗水稳定性数学模型。根据步骤(2)全固废充填材料充填体强度和抗水稳定性试验结果，采用二次多项式对试验数据进行回归分析，建立不同养护龄期条件下(比如7d和28d)充填体强度和抗水稳定性数学模型为：
[0064]
r
7d
＝f1(x1,x2,
…
，x
n
)、r
28d
＝f2(x1,x2,
…
，x
n
)、k
28d
＝f3(x1,x2,
…
，x
n
)；
[0065]
其中，r
7d
、r
28d
代表充填体7d、28d强度；x1,x2,
…
，x
n
代表全固废充填材料配比；k
28d
代表养护28d充填体抗水稳定性系数；f1、f2代表充填体7d、28d强度与固废物掺加量的关系函数；f3代表养护28d充填体与固废物掺加量的抗水稳定性的关系函数。
[0066]
(4)建立全固废充填材料配比优化模型。以充填材料成本为优化目标，以胶结充填体强度和抗水稳定性为约束条件，建立全固废充填材料配比优化模型：
[0067]
优化目标：minc
t
＝minf
c
(x1,x2,
…
，x
n
)
ꢀꢀꢀ
(1)
[0068]
约束条件：r
7d
＝f1(x1,x2,
…
，x
n
)≥[r
7d
]
[0069]
r
28d
＝f2(x1,x2,
…
，x
n
)≥[r
28d
]
ꢀꢀꢀ
(2)
[0070]
k
28d
＝f3(x1,x2,
…
，x
n
)≥[k
28d
]
[0071]
其中，c
t
代表全固废充填材料总成本，f
c
(x1,x2,
…
，x
n
)为全固废充填材料成本函数；[r
7d
]、[r
28d
]代表胶结充填体7d、28d强度的设计值；f1、f2代表充填体7d、28d强度函数；f3代表养护28d充填体抗水稳定性函数；[k
28d
]代表28d充填体抗水稳定性系数的设计值。
[0072]
(5)求解全固废充填材料优化模型。求解步骤(4)全固废充填材料配比优化模型，由此获得充填材料的优化配比。
[0073]
本发明为低品质固废在大水矿山中的应用，提出了一种抗水稳定性全固废充填材料配比优化方法。通过建立全固废充填材料配比优化模型，进行充填材料配比优化。低品质固废包括磷石膏、电石渣、粉煤灰、铜选尾砂以及高活性高炉矿渣微粉。下面结合三个体系的全固废充填材料予以说明。
[0074]
实施例1：磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣体系
[0075]
磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣体系的全固废充填材料配比优化，首先对体系的固废进行干燥和粉磨处理，然后进行化学成分分析与粒径测试。该体系充填材料中的磷石膏化学成分分析结果见表1。粒径级配分布曲线见图2。
[0076]
表1：磷石膏化学成分分析结果
[0077]
化学成分p2o5fe2o3al2o3mgocaoso
42
‑
f酸不溶物含量/％1.470.480.362.4428.649.070.8710.17
[0078]
磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣体系中矿渣微粉粉的粒径分布曲线见图3，可见矿渣微粉粉中
‑
45μm的细颗粒含量占81.9％；
[0079]
矿渣微粉化学成分见表2，矿渣微粉质量系数活性系数
[0080]
表2：高炉矿渣微粉化学成分分析结果
[0081]
化学成分caosio2al2o3mgoso3fe2o3含量/％43.5130.6814.037.351.320.72化学成分tio2mnok2ona2op2o5其他含量/％0.680.570.540.330.060.21
[0082]
磷石膏的微观表面形貌结构见图4，xrd图谱见图5。
[0083]
磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣体系中电石渣是电石水解获取乙炔气后，以氢氧化钙为主要成分的低品质废渣，主要成分cao、cas、ca3n2、ca3p2、ca2si、ca3as2、ca(oh)2。cao的含量达到87％。还含有硫化物、磷化物等有毒有害物质。利用电石渣作为碱激发剂与磷石膏硫酸盐复合激发产生水硬化反应。
[0084]
磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣体系充填材料配比范围为：磷石膏40％
‑
65％、矿渣微粉15％
‑
40％、电石渣10％
‑
20％；根据充填材料配比范围，开展磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣体系的充填材料胶结充填体强度和抗水稳定性试验，试验结果见表3。
[0085]
表3：磷石膏
‑
电石渣
‑
矿渣微粉体系充填体强度和抗水性试验结果
[0086]
[0087][0088]
采用二次多项式回归方法，对磷石膏
‑
电石渣
‑
矿渣微粉体系的胶结充填体强度和抗水稳定性试验数据回归分析，建立充填体7d、28d强度和28d充填体抗水稳定性k
28d
的数学模型如下：
[0089]
r
7d
＝5.93
‑
0.104x1‑
0.111x2 0.000517x1x1 0.00110x1x2ꢀꢀꢀ
(1)
[0090]
r
28d
＝13.02
‑
0.00175x1x1‑
0.00907x2x2ꢀꢀꢀ
(2)
[0091]
k
28d
＝1.08
‑
8.39x1 8.28x2 0.084x1x1‑
0.081x2x2 0.084x1x3‑
0.083x2x3ꢀꢀꢀ
(3)
[0092]
f
c
＝43.87 2.39x3‑
0.0037x2x3[0093]
式中：x1代表磷石膏掺量，％；x2代表电石渣掺量，％；x3代表矿渣微粉掺量，％。建立磷石膏
‑
电石渣
‑
矿渣微粉体系的配比优化模型：
[0094]
min f
c
＝min(43.87 2.39x3‑
0.0037x2x3)
ꢀꢀꢀ
(4)
[0095][0096][0097]
1.08
‑
8.39x1 8.28x2 0.084x1x1‑
0.081x2x2 0.084x1x3‑
0.083x2x3≥0.85
ꢀꢀꢀ
(7)
[0098]
求解由式(4)
‑
(7)磷石膏
‑
电石渣
‑
矿渣微粉体系全固废充填材料配比优化模型，获得全固废充填材料优化配比为：磷石膏掺量48％、电石渣掺量20％、矿渣微粉掺量32％。
胶结充填体7d和28d强度分别为0.93mpa和5.25mpa。养护28d的充填体抗水稳定性系数为0.86。
[0099]
实施例2：磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣
‑
铜选尾渣体系
[0100]
磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣
‑
铜选尾渣体系全固废充填材料的配比优化，首先对体系的固废物进行干燥、粉磨处理以及化学成分分析与粒径测试。该体系充填材料的磷石膏化学成分见表4。
[0101]
表4：磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣
‑
铜选尾渣体系中磷石膏化学成分结果
[0102]
化学成分p2o5fe2o3al2o3mgocaoso
42
‑
f酸不溶物含量/％1.760.480.282.4430.6453.520.456.67
[0103]
磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣
‑
铜选尾渣体系的矿渣微粉粒径分布曲线见图3，矿渣微粉粉
‑
45μm细颗粒含量占81.9％；矿渣化学成分见表5，质量系数活性系数
[0104]
表5：磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣
‑
铜选尾渣体系中矿渣化学成分
[0105]
化学成分caosio2al2o3mgoso3fe2o3含量/％43.5130.6814.037.351.320.72化学成分tio2mnok2ona2op2o5其他含量/％0.680.570.540.330.060.21
[0106]
磷石膏微观表面形貌结构图见图4，磷石膏的xrd图谱见图5。
[0107]
磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣
‑
铜选尾渣体系的电石渣主要成分为cao、cas、ca3n2、ca3p2、ca2si、ca3as2、ca(oh)2。cao含量占87％。
[0108]
磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣
‑
铜选尾渣体系中的铜选尾渣，是铜镍渣选铜后再选铁后排放出的低品质固废(见图6)，铜选尾渣的粒径分布见图7。
[0109]
磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣
‑
铜选尾渣体系全固废充填材料的配比范围：磷石膏40％
‑
50％、矿渣微粉25％
‑
35％、电石渣10％
‑
20％、铜选尾渣5％
‑
20％.根据体系配比范围，开展胶结充填体强度和抗水稳定性试验，试验结果见表6。
[0110]
表6：磷石膏
‑
电石渣
‑
矿渣粉
‑
铜选尾渣体系充填体强度和抗水性试验结果
[0111][0112][0113]
采用二次多项式对试验数据回归分析，建立胶结充填体7d、28d强度和28d充填体抗水稳定性k
28d
数学模型如下：
[0114]
r
7d
＝1.76 0.35x1‑
0.55x2‑
0.4x3‑
0.0034x1x1 0.014x2x2‑
0.004x3x3‑
0.05x1x2 0.01x1x3ꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0115]
r
28d
＝1.86
‑
0.00184x2x2ꢀꢀꢀ
(9)
[0116]
k
28d
＝
‑
30.5 2.19x1‑
0.69x2‑
0.021x1x1 0.019x2x2‑
0.0097x3x3 0.0025x4x4‑
0.013x1x2‑
0.0059x1x4ꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0117]
采用二次多项式对充填成本数据回归分析，由此获得材料成本函数f
c
：
[0118]
f
c
＝29.74 2.025x2 0.014x
1 x2 0.021x
3 x4ꢀꢀꢀ
(11)
[0119]
式中：x1代表磷石膏掺量，％；x2代表矿渣微粉掺量，％，x3代表电石渣掺量，％，x3代表铜选尾渣掺量，％。
[0120]
建立磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣
‑
铜选尾渣体系材料配比优化模型：
[0121]
minc
t
＝min(29.74 2.025x2 0.014x1x2 0.021x3x4ꢀꢀꢀ
(12)
[0122]
1.76 0.35x1‑
0.55x2‑
0.40x3‑
0.0034x1x1 0.014x2x2‑
0.004x3x3‑
0.05x1x2 0.01x1x3≥0.5
ꢀꢀꢀ
(13)
[0123]
1.86
‑
0.00184x2x2≥2.5
ꢀꢀꢀ
(14)
[0124]
‑
30.5 2.19x1‑
0.69x2‑
0.021x1x1 0.019x2x2‑
0.0097x3x3 0.0025x4x4‑
0.013x1x2‑
0.0059x1x4≥0.85
ꢀꢀꢀ
(15)
[0125]
求解式(12)
‑
(15)磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣
‑
铜选尾渣体系全固废充填材料配比优化模型，获得充填材料配比为：磷石膏掺量46％、电石渣掺量10％、矿渣微粉掺量32％、铜选尾渣掺量12％。胶结充填体7d和28d强度分别达到0.67mpa和3.80mpa。28d充填体抗水稳定性系数达到0.92。
[0126]
实施例3：磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣
‑
粉煤灰体系
[0127]
磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣
‑
粉煤灰体系的材料配比优化方法，对体系中的固废物进行干燥、粉磨处理以及化学成分分析与粒径测试。
[0128]
磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣
‑
粉煤灰系的充填材料中磷石膏化学成分见表7。
[0129]
表7：磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣
‑
粉煤灰体系中的磷石膏化学成分
[0130][0131]
磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣
‑
粉煤灰体系的矿渣微粉粒径分布曲线见图3，矿渣微粉粉
‑
45μm细颗粒含量为81.9％；
[0132]
矿渣化学成分见表8，质量系数活性系数
[0133]
表8：磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣
‑
粉煤灰体系中矿渣化学成分
[0134]
化学成分caosio2al2o3mgoso3fe2o3含量/％43.5130.6814.037.351.320.72成分tio2mnok2ona2op2o5其他含量/％0.680.570.540.330.060.21
[0135]
磷石膏的微观表面形貌结构图见图4，磷石膏的xrd图谱见图5。
[0136]
磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣
‑
粉煤灰体系中电石渣主要成分有cao、cas、ca3n2、ca3p2、ca2si、ca3as2、ca(oh)2。cao含量占87％。
[0137]
磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣
‑
粉煤灰体系中粉煤灰化学成分见表9，xrd衍射图见图8，粒径分布图见图9。
[0138]
表9:热电厂粉煤灰的化学成分分析结果
[0139]
化学成分sio2al2o3fe2o3caomgoso3k2o na2o含量/％48.7616.2223.912.051.440.891.59
[0140]
磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣
‑
粉煤灰体系全固废充填材料的配比范围为：磷石膏40％
‑
50％、矿渣微粉25％
‑
35％、电石渣10％
‑
15％、粉煤灰5％
‑
20％。根据磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣
‑
粉煤灰体系的配比范围，进行充填体强度和抗水稳定性试验，试验结果见表10。
[0141]
表10：磷石膏
‑
电石渣
‑
矿渣微粉
‑
粉煤灰体系充填体强度和抗水性试验结果
[0142][0143]
采用二次多项式回归分析方法，对磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣
‑
粉煤灰体系的充填体强度和抗水稳定性试验数据进行回归分析，建立胶结充填体7d、28d强度和28d充填体抗水稳定性系数k
28d
的数学模型如下：
[0144]
r
7d
＝40.2
‑
0.51x1‑
2.22x2 0.66x3 0.0086x1x1 0.051x2x2‑
0.020x3x3‑
0.012x1x2 0.009x1x3‑
0.021x2x3ꢀꢀꢀ
(16)
[0145]
r
28d
＝
‑
85.96 4.29x1 0.20x2‑
2.46x3‑
0.053x1x1‑
0.01x2x2 0.03x3x3 0.01x1x2 0.035x1x3 0.0033x2x3ꢀꢀꢀ
(17)
[0146]
k
28d
＝44.96 0.16x1‑
3.31x2 0.052x1x1‑
0.0079x3x3‑
0.011x1x4 0.0038x2x2 0.015x2x4 0.0058x3x4ꢀꢀꢀ
(18)
[0147]
采用二次多项式回归分析方法，对磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣
‑
粉煤灰体系充填材料成本数据回归分析，建立充填材料成本模型f
c
：
[0148]
f
c
＝41.29 2.40x2 0.0098x1x4ꢀꢀꢀ
(19)
[0149]
式中：x1代表磷石膏，％；x2代表矿渣微粉，％，x3代表电石渣，％，粉煤灰＝100％
‑
x1‑
x2‑
x3。
[0150]
建立磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣
‑
粉煤灰体系材料配比优化模型：
[0151]
minc
t
＝min(41.29 2.40x2 0.0098x1x4)
ꢀꢀꢀ
(20)
[0152]
40.2
‑
0.51x1‑
2.22x2 0.66x3 0.0086x1x1 0.051x2x2‑
0.020x3x3≥0.5
ꢀꢀꢀ
(21)
[0153]
‑
85.96 4.29x1 0.20x2‑
2.46x3‑
0.053x1x1‑
0.01x2x2 0.03x3x3 0.01x1x2 0.035x1x3 0.0033x2x3≥2.5
ꢀꢀꢀ
(22)
[0154]
44.96 0.16x1‑
3.31x2 0.052x1x1‑
0.0079x3x3‑
0.011x1x4 0.0038x2x2 0.015x2x4 0.0058x3x4≥0.85
ꢀꢀꢀ
(23)
[0155]
求解式(20)
‑
(23)磷石膏
‑
矿渣微粉
‑
电石渣
‑
粉煤灰体系配比优化模型，获得充填材料优化配比为：磷石膏46％、电石渣26％、矿渣微粉12％、粉煤灰16％。充填体7d和28d强度分别为1.13mpa和3.50mpa。28d充填体抗水稳定性系数为0.88。
[0156]
针对大水矿山安全生产对充填体抗水稳定性要求以及全固废充填体存在的浸水弱化特性，本发明给出了全固废充填材料的配比优化方法。本发明关键技术是通过建立优化模型进行全固废充填材料配比优化，实现多种固废物的配比优化组合以及协同作用，由此制备出具有抗水稳定性的全固废充填材料，为低品质固废在大水矿山充填采矿中资源化利用，探索出一条途径。
[0157]
以上对本技术实施例所提供的一种大水矿山抗水稳定性全固废充填材料配比优化方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。
[0158]
如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本技术的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本技术的一般原则为目的，并非用以限定本技术的范围。本技术的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
[0159]
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
[0160]
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0161]
上述说明示出并描述了本技术的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本技术
并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本技术的精神和范围，则都应在本技术所附权利要求书的保护范围内。