磷石膏基全固废矿山充填技术规范-编写说明

技支撑计划项目“磷石膏绿色充填再岩化关键技术与应用研究【No.黔科合支撑于征集2024年度团体标准项目的通知》。按照通知要求，项目组提交了《磷石文件的主要起草人：浦少云、邬忠虎、段伟、王安辉、吴军、刘洋、郎雷、表1主要起草人所做的工作序号姓名工作单位主要工作1浦少云绍兴文理学院总负责人2邬忠虎贵州大学主要负责人3段伟太原理工大学可行性分析4王安辉中建安装集团有限公司可行性分析5吴军三峡大学可行性分析6刘洋香港理工大学可行性分析7中国科学院武汉岩土力学研究所可行性分析8李召峰山东大学可行性分析9刘磊磊中南大学可行性分析8王顺祥绍兴文理学院前期研究黄凯安徽建筑大学前期研究许伯敏绍兴文理学院前期研究沈泽炜绍兴文理学院前期研究姚惠然绍兴文理学院前期研究张希栋太原理工大学数据收集李晓强太原理工大学数据收集赵泽宁东南大学数据收集李永辉贵州理工学院数据收集李红林贵州磷化（集团）有限责任公司资料整理邱祖军贵州磷化（集团）有限责任公司资料整理张煜冕贵州磷化（集团）有限责任公司资料整理20袁亚平贵州磷化（集团）有限责任公司资料整理21杨再祥贵州蓝图新材料股份有限公司资料整理22雷勇贵州蓝图新材料股份有限公司资料整理23方钱宝中铁二院贵阳勘察设计研究院有限责任公司资料整理24贾世奎河北龙滕重工科技有限公司资料整理25李富盈中南（贵州）贵阳贵安产业技术研究院有限公司资料整理26喻晓峰中南（贵州）贵阳贵安产业技术研究院有限公司资料整理27贵州大学资料整理28唐晓玲贵州大学资料整理29潘超、贵州大学资料整理30孙文吉斌贵州大学资料整理31朱要强贵州省城乡规划设计研究院有限责任公司资料整理32杨孝宇太原理工大学资料分析33贵州理工学院资料分析34贺明卫贵州理工学院资料分析35徐桂弘贵州理工学院资料分析36江海东贵州理工学院资料分析37舒赟贵州理工学院资料分析38贵州理工学院资料分析39陈孜伟贵州理工学院资料分析40杨康贵州致远工程技术咨询有限公司资料分析41杨贵建贵州致远工程技术咨询有限公司资料分析42朱廷伟贵州致远工程技术咨询有限公司资料分析43李洪维贵州致远工程技术咨询有限公司资料分析44刘镐六盘水师范学院文本整理45陈红鸟贵州大学文本整理46中铁十局集团城市轨道交通工程有限公司文本整理47中铁十局集团城市轨道交通工程有限公司文本整理48中铁二院贵阳勘察设计研究院有限责任公司文本整理磷石膏是生产磷肥和磷酸过程中产生的工业固体废弃物，据估计全球每年磷石膏产量2.8亿吨，但只有15%的磷石膏用作建筑材料或用于水泥的生产，85%磷石膏在没有任何处理的情况下被大面积填埋或废弃。中国每年磷石膏年排放量超过7000万吨，但磷石膏利用率仅为10%，且近10年来磷石膏产量在不断大幅增加，到2012年堆积总量超过2.5亿吨。目前，全球产生的磷石膏除了用于建材外，堆存和废弃是消纳磷石膏的主要途径。然而磷石膏中含有重金属和放射性元素等有害物质，不经处理直接废弃或填埋会对环境造成污染，且磷石膏在堆存会占用大量土地。结合国家战略需求，基于磷石膏等工业废弃物产大于的消的原则，亟需提出切实可行的磷石膏利用技术标准，降低水泥等高耗能产品的使用，实现磷石膏高效资源化利用。所以，本文件基于室内试验和工程实践经验，提出一套使用磷石膏制备全固废充填材料的材料要求、配合比设计、制备过程、性能检测、环境评估方法及磷石膏充填材料的运输、贮存的技术标准，为使用磷石膏制备全固废充填材料提供统一的技术依据和标准。2023年10月-2024年1月，开展了前期研究与资料收集工作，包括材料要求、配合比设计、制备过程等工作，探讨立项的必要性和结构要点，为本标准编制打下了良好基础。2024年2月，在中关村绿色矿山产业联盟的指导下，成立标准起草团队，标准起草团队就《磷石膏基全固废充填材料制备技术规范》团体标准研制工作召开了专题会议，拟定了标准编制工作方案，对标准编制工作进行总体部署和任务分工，力求科学性和实用性。标准编制团队在充分研究国内现有的绿色矿山发展相关政策及要求，在磷石膏充填技术规范的基础上，确定了本标准的编制原则。①立项。2023年10月，成立标准起草团队，召开专题会议，拟定了标准编制工作方案，对标准编制工作进行总体任务部署和任务分工，力求科学性和实用性。②拟定初稿。2024年2月，标准起草团队在中国知网等网站广泛收集国内外有关磷石膏充填方法的法律法规、规章、相关政策文件、标准，以及网站报道，期刊论文等材料，并对其进行综合分析整理，搭建了标准编制的框架，完成了标准初稿。③试验论证。2024年3月-2024年4月，进行相应的磷石膏基全固废充填材料配比试验，在试验的基础上，结合结合充填材料强度、环境要求、经济情况确定膏体充填材料的可行性，对标准初稿进行内容填充和细节完善。④内部研讨。2024年5月，标准起草团队就标准初稿召开了多次内部讨论会，对标准进行反复修改，形成了标准工作组讨论稿，并明确了标准化需求和标准研制重点方向。⑤确定终稿。2024年6月-2024年7月，在相关通论和修改的基础上，结合试验结果、工程实践经验，最终确定了标准的终稿。坚持高起点、严要求与适宜性、可操作性相结合原则。高起点即标准编制所涉及的原材料及产品技术指标，应不低于目前国内外相关行业标准规定的限量指标；严要求即标准的编制应严格遵循GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定及相关法律法规的要求；适宜性既要充分考虑到行业的发展现状与特点，又要有一个适宜的范围与程度，从而提高标准贯彻实施的可操作性。本标准符合国家环保、安全生产等方面的相关法律；本标准符合GB/T1.1-2020中的规定；本标准与其他相关标准化文件无冲突。本标准主要规范使用磷石膏制备全固废充填材料的适用范围、配比设计、充填材料的搅拌、输送等方面的技术内容。磷石膏充填材料已经在贵州多个矿井的充填中得到应用。本标准中涉及的主要技术指标和调研报告如下：附件1：《规范性引用文件》附件2：《磷石膏充填材料配比设计》附件3：《磷石膏充填材料环境质量要求》附件4：《磷石膏充填材料质量检测和控制》附件5：《试验结果》在中关村绿色矿山产业联盟的组织协调下，以标准起草团队成员为主，成立标准宣贯小组织撰写标准宣贯材料，组织标准宣贯培训，争取标准颁布实施后尽快在使用磷石膏制备全固废充填材料中推广应用。下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T23456磷石膏GB6566建筑材料放射性核素限量GBT18046用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉GB/T1596用于水泥和混凝土中的粉煤灰GBT20491-2017用于水泥和混凝土中的钢渣粉GB/T5085.1危险废弃物鉴别标准-毒性鉴别GB34330固体废物鉴别标准通则GB/T39198一般固体废物分类与代码DB-53/T有色金属矿山充填规范GBT14848地下水质量标准DB52T1179磷矿开采磷石膏充填采矿技术规范GBT39489-2020全尾砂膏体充填技术规范DB53T889-2018有色金属矿山膏体充填规范充填材料配比设计时，应按设计要求，综合考虑施工特性、经济性以及材料的力学性能要求、地下水环境下的耐久性，选择技术经济合理的配合比。确定磷石膏基全固废充填材料混合料具有最佳和易性时采用的搅拌方法。在施工过程中，材料品质或规格发生变化时，应重新进行充填材料混合料配比设计。磷石膏基充填材料需要考虑环境的影响，当环境指标无法达标时，应采用掺加外加剂的方法。充填材料混合比应根据磷石膏中有毒重金属离子，结合企业所选定的材料，开展磷石膏基全固废充填材料配比试验，综合考虑充填区充填要求、施工要求确定材料最佳材料配合比。根据实际需求开展室内试验，膏体配比需要结合结合充填材料强度、环境要求、经济情况确定。在最佳配比和满足施工和环评要求，调整充填材料浓度，有效保证充填材料的施工和易性，满足运输和充填等工艺要求。根据试验确定的最佳配合要求成型标准试件，验证不同配合比条件下磷石膏基全固废充填材料的无侧限抗压强度，确定满足设计要求的最佳材料配合比。磷石膏基充填材料经检测后长期浸出毒性满足环保要求后方可使用。目标性能优化选择及其性能验证、实际生产中充填材料性能验证，应符合表1的规定。表1充填材料性能指标技术要求性能指标单位数值测试执行标准新鲜浆液浓度70-85/凝结时间0.75-10GB／T1346-2011流动度（mm）170-25GBT2419-2005泌水率≤5GB／T50080-2002坍落度（mm）≥18GB／T50080-2002屈服应力（Pa）视输送情况而定GBT39489-2020充填材料抗压强度（MPa）0.2-5GJG/T70-2009充填材料配比按照质量比进行确定磷石膏、矿渣、钢渣、粉煤灰之间的配比。磷石膏含量应该在60-80%以上，具体配比经试验论证确定。磷石膏充填材料试件污染物浸出浓度限值应符合表2的规定。表2磷石膏充填材料浓度限值要求技术要求（mg/L）项目总磷（以P计）硫酸盐氟化物砷镉铬（六价）铅硒汞28天标准试件≤0.2≤250≤1.0≤0.01≤0.005≤0.05≤0.01≤0.01≤0.01充填材料浆体需参照DB53T889标准对质量浓度、泌水率、坍落度、凝结时间进行检测。充填材料浆体质量控制方法参照DB53T889标准执行。可从充填管出料口位置直接取样，浇灌至置于现场的充填强度试模中，初凝后脱模并井下养护，待相应龄期后拿至地表实验室进行充填体强度试验。用于充填材料测试强度成型模具尺寸复合宜采用尺寸100cm×100cm的方形模具，强度测试参照《GBT51450-2022》规范执行。取强度测试结束后后进行毒性浸出检测，毒性浸出测试参照GB/T5085.1执行。检测时间根据实际工程填充需求进行确定，当测试7、14、28天强度和毒性物质浸出时，若强度、环境指标未达要求，需要重新调整配比或者水固比。（1）流动度和凝结时间图1全固废充填材料流动度图2全固废充填材凝结时间所有配方的流动度都在158～295mm范围内变化。具体来看，F-G组的流动度由237mm升高至295，流动度提升了19.66%，配方为F-G3以上时（GGBS>14%）流动度高于了参考值，这说明GGBS可以提高PBM浆料的流动性，随GGBS掺量增加，流动性越好。流动度低于了参考值，这说明SS可以降低PBM浆料的流动性，随着SS掺量增加，流动性越低。F-S-G组的流动度由216mm降低至198，流动度仅降低了8.3%。可看F-S-G体系对PBM的流动性只有轻微的影响，这是由于GGBS和SS两者在流动度上的作用在一定程度上会互相抵消参考过往研究的经验，我们把可以把流动度170-250mm之间定义为适合地下充填泵送PBM的流动度的参考值。全固废基充填材料流动性能满足施工的需求。填材料为F-G体系下，随着胶凝材料中GGBS的增加和FA的减少，初凝时间由71min增加到94min，升高了24.47%，终凝时间由199min增加到556min，升高了64.2%,GGBS能使凝结时间。在充填材料为F-S体系下，随着胶凝材料中SS的增加和FA的减少，初凝时间由83min减小到14min，减小了83.13%，终凝时间由366min减小到76min，减小了79.23%。凝固时间过短的现象是由于占胶结材料大多数的SS水化作用反应更快。在充填材料为F-S-G体系下，随着胶凝材料中GGBS和SS的增加和FA的减少，F-S-G组的初凝时间由197min减小到34min，减小了82.74%，终凝时间由457min减小到166min，减小了63.68%。充填材料的初凝时间不得小于45min，终凝固时间不超过10h，F-S、F-S-G、F-G体系的充填材料都能满足。（2）磷石膏全固废充填材料强度(a)FA和GGBS的影响(b)FA和SS的影响(c)FA-SS-GGBS的影响(d)不同材料体系下的强度从图3的试验结果可看到：充填材料的强度都因GGBS、SS、SS-GGBS的加入而提高。采用F-G胶结PG时，GGBS的掺入量增加可提高提高试样的抗压强度，养护28天时，配方为F-G5时达到最高强度1.88MPa。F-G体系对充填材料的强度在早期（7d）的效果很不明显，到了中后期（14d和28d）抗压强度提升效果显著上升。采用F-S胶结PG制备充填材料时，SS的掺入量增加可显著提高试样的抗压强度。当SS的掺量在充填材料中达