磷石膏基全固廢礦山充填技術(shù)規(guī)范-編寫說明

技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“磷石膏綠色充填再巖化關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用研究【No.黔科合支撐于征集2024年度團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目的通知》。按照通知要求，項(xiàng)目組提交了《磷石文件的主要起草人：浦少云、鄔忠虎、段偉、王安輝、吳軍、劉洋、郎雷、表1主要起草人所做的工作序號(hào)姓名工作單位主要工作1浦少云紹興文理學(xué)院總負(fù)責(zé)人2鄔忠虎貴州大學(xué)主要負(fù)責(zé)人3段偉太原理工大學(xué)可行性分析4王安輝中建安裝集團(tuán)有限公司可行性分析5吳軍三峽大學(xué)可行性分析6劉洋香港理工大學(xué)可行性分析7中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所可行性分析8李召峰山東大學(xué)可行性分析9劉磊磊中南大學(xué)可行性分析8王順祥紹興文理學(xué)院前期研究黃凱安徽建筑大學(xué)前期研究許伯敏紹興文理學(xué)院前期研究沈澤煒紹興文理學(xué)院前期研究姚惠然紹興文理學(xué)院前期研究張希棟太原理工大學(xué)數(shù)據(jù)收集李曉強(qiáng)太原理工大學(xué)數(shù)據(jù)收集趙澤寧東南大學(xué)數(shù)據(jù)收集李永輝貴州理工學(xué)院數(shù)據(jù)收集李紅林貴州磷化（集團(tuán)）有限責(zé)任公司資料整理邱祖軍貴州磷化（集團(tuán)）有限責(zé)任公司資料整理張煜冕貴州磷化（集團(tuán)）有限責(zé)任公司資料整理20袁亞平貴州磷化（集團(tuán)）有限責(zé)任公司資料整理21楊再祥貴州藍(lán)圖新材料股份有限公司資料整理22雷勇貴州藍(lán)圖新材料股份有限公司資料整理23方錢寶中鐵二院貴陽勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司資料整理24賈世奎河北龍滕重工科技有限公司資料整理25李富盈中南（貴州）貴陽貴安產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司資料整理26喻曉峰中南（貴州）貴陽貴安產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司資料整理27貴州大學(xué)資料整理28唐曉玲貴州大學(xué)資料整理29潘超、貴州大學(xué)資料整理30孫文吉斌貴州大學(xué)資料整理31朱要強(qiáng)貴州省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司資料整理32楊孝宇太原理工大學(xué)資料分析33貴州理工學(xué)院資料分析34賀明衛(wèi)貴州理工學(xué)院資料分析35徐桂弘貴州理工學(xué)院資料分析36江海東貴州理工學(xué)院資料分析37舒赟貴州理工學(xué)院資料分析38貴州理工學(xué)院資料分析39陳孜偉貴州理工學(xué)院資料分析40楊康貴州致遠(yuǎn)工程技術(shù)咨詢有限公司資料分析41楊貴建貴州致遠(yuǎn)工程技術(shù)咨詢有限公司資料分析42朱廷偉貴州致遠(yuǎn)工程技術(shù)咨詢有限公司資料分析43李洪維貴州致遠(yuǎn)工程技術(shù)咨詢有限公司資料分析44劉鎬六盤水師范學(xué)院文本整理45陳紅鳥貴州大學(xué)文本整理46中鐵十局集團(tuán)城市軌道交通工程有限公司文本整理47中鐵十局集團(tuán)城市軌道交通工程有限公司文本整理48中鐵二院貴陽勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司文本整理磷石膏是生產(chǎn)磷肥和磷酸過程中產(chǎn)生的工業(yè)固體廢棄物，據(jù)估計(jì)全球每年磷石膏產(chǎn)量2.8億噸，但只有15%的磷石膏用作建筑材料或用于水泥的生產(chǎn)，85%磷石膏在沒有任何處理的情況下被大面積填埋或廢棄。中國每年磷石膏年排放量超過7000萬噸，但磷石膏利用率僅為10%，且近10年來磷石膏產(chǎn)量在不斷大幅增加，到2012年堆積總量超過2.5億噸。目前，全球產(chǎn)生的磷石膏除了用于建材外，堆存和廢棄是消納磷石膏的主要途徑。然而磷石膏中含有重金屬和放射性元素等有害物質(zhì)，不經(jīng)處理直接廢棄或填埋會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，且磷石膏在堆存會(huì)占用大量土地。結(jié)合國家戰(zhàn)略需求，基于磷石膏等工業(yè)廢棄物產(chǎn)大于的消的原則，亟需提出切實(shí)可行的磷石膏利用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，降低水泥等高耗能產(chǎn)品的使用，實(shí)現(xiàn)磷石膏高效資源化利用。所以，本文件基于室內(nèi)試驗(yàn)和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出一套使用磷石膏制備全固廢充填材料的材料要求、配合比設(shè)計(jì)、制備過程、性能檢測、環(huán)境評(píng)估方法及磷石膏充填材料的運(yùn)輸、貯存的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為使用磷石膏制備全固廢充填材料提供統(tǒng)一的技術(shù)依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。2023年10月-2024年1月，開展了前期研究與資料收集工作，包括材料要求、配合比設(shè)計(jì)、制備過程等工作，探討立項(xiàng)的必要性和結(jié)構(gòu)要點(diǎn)，為本標(biāo)準(zhǔn)編制打下了良好基礎(chǔ)。2024年2月，在中關(guān)村綠色礦山產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的指導(dǎo)下，成立標(biāo)準(zhǔn)起草團(tuán)隊(duì)，標(biāo)準(zhǔn)起草團(tuán)隊(duì)就《磷石膏基全固廢充填材料制備技術(shù)規(guī)范》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)研制工作召開了專題會(huì)議，擬定了標(biāo)準(zhǔn)編制工作方案，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)編制工作進(jìn)行總體部署和任務(wù)分工，力求科學(xué)性和實(shí)用性。標(biāo)準(zhǔn)編制團(tuán)隊(duì)在充分研究國內(nèi)現(xiàn)有的綠色礦山發(fā)展相關(guān)政策及要求，在磷石膏充填技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)上，確定了本標(biāo)準(zhǔn)的編制原則。①立項(xiàng)。2023年10月，成立標(biāo)準(zhǔn)起草團(tuán)隊(duì)，召開專題會(huì)議，擬定了標(biāo)準(zhǔn)編制工作方案，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)編制工作進(jìn)行總體任務(wù)部署和任務(wù)分工，力求科學(xué)性和實(shí)用性。②擬定初稿。2024年2月，標(biāo)準(zhǔn)起草團(tuán)隊(duì)在中國知網(wǎng)等網(wǎng)站廣泛收集國內(nèi)外有關(guān)磷石膏充填方法的法律法規(guī)、規(guī)章、相關(guān)政策文件、標(biāo)準(zhǔn)，以及網(wǎng)站報(bào)道，期刊論文等材料，并對(duì)其進(jìn)行綜合分析整理，搭建了標(biāo)準(zhǔn)編制的框架，完成了標(biāo)準(zhǔn)初稿。③試驗(yàn)論證。2024年3月-2024年4月，進(jìn)行相應(yīng)的磷石膏基全固廢充填材料配比試驗(yàn)，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合結(jié)合充填材料強(qiáng)度、環(huán)境要求、經(jīng)濟(jì)情況確定膏體充填材料的可行性，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)初稿進(jìn)行內(nèi)容填充和細(xì)節(jié)完善。④內(nèi)部研討。2024年5月，標(biāo)準(zhǔn)起草團(tuán)隊(duì)就標(biāo)準(zhǔn)初稿召開了多次內(nèi)部討論會(huì)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行反復(fù)修改，形成了標(biāo)準(zhǔn)工作組討論稿，并明確了標(biāo)準(zhǔn)化需求和標(biāo)準(zhǔn)研制重點(diǎn)方向。⑤確定終稿。2024年6月-2024年7月，在相關(guān)通論和修改的基礎(chǔ)上，結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果、工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，最終確定了標(biāo)準(zhǔn)的終稿。堅(jiān)持高起點(diǎn)、嚴(yán)要求與適宜性、可操作性相結(jié)合原則。高起點(diǎn)即標(biāo)準(zhǔn)編制所涉及的原材料及產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)，應(yīng)不低于目前國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限量指標(biāo)；嚴(yán)要求即標(biāo)準(zhǔn)的編制應(yīng)嚴(yán)格遵循GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定及相關(guān)法律法規(guī)的要求；適宜性既要充分考慮到行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀與特點(diǎn)，又要有一個(gè)適宜的范圍與程度，從而提高標(biāo)準(zhǔn)貫徹實(shí)施的可操作性。本標(biāo)準(zhǔn)符合國家環(huán)保、安全生產(chǎn)等方面的相關(guān)法律；本標(biāo)準(zhǔn)符合GB/T1.1-2020中的規(guī)定；本標(biāo)準(zhǔn)與其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化文件無沖突。本標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)范使用磷石膏制備全固廢充填材料的適用范圍、配比設(shè)計(jì)、充填材料的攪拌、輸送等方面的技術(shù)內(nèi)容。磷石膏充填材料已經(jīng)在貴州多個(gè)礦井的充填中得到應(yīng)用。本標(biāo)準(zhǔn)中涉及的主要技術(shù)指標(biāo)和調(diào)研報(bào)告如下：附件1：《規(guī)范性引用文件》附件2：《磷石膏充填材料配比設(shè)計(jì)》附件3：《磷石膏充填材料環(huán)境質(zhì)量要求》附件4：《磷石膏充填材料質(zhì)量檢測和控制》附件5：《試驗(yàn)結(jié)果》在中關(guān)村綠色礦山產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的組織協(xié)調(diào)下，以標(biāo)準(zhǔn)起草團(tuán)隊(duì)成員為主，成立標(biāo)準(zhǔn)宣貫小組織撰寫標(biāo)準(zhǔn)宣貫材料，組織標(biāo)準(zhǔn)宣貫培訓(xùn)，爭取標(biāo)準(zhǔn)頒布實(shí)施后盡快在使用磷石膏制備全固廢充填材料中推廣應(yīng)用。下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T23456磷石膏GB6566建筑材料放射性核素限量GBT18046用于水泥、砂漿和混凝土中的?；郀t礦渣粉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鋼渣粉GB/T5085.1危險(xiǎn)廢棄物鑒別標(biāo)準(zhǔn)-毒性鑒別GB34330固體廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)通則GB/T39198一般固體廢物分類與代碼DB-53/T有色金屬礦山充填規(guī)范GBT14848地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)DB52T1179磷礦開采磷石膏充填采礦技術(shù)規(guī)范GBT39489-2020全尾砂膏體充填技術(shù)規(guī)范DB53T889-2018有色金屬礦山膏體充填規(guī)范充填材料配比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求，綜合考慮施工特性、經(jīng)濟(jì)性以及材料的力學(xué)性能要求、地下水環(huán)境下的耐久性，選擇技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的配合比。確定磷石膏基全固廢充填材料混合料具有最佳和易性時(shí)采用的攪拌方法。在施工過程中，材料品質(zhì)或規(guī)格發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)重新進(jìn)行充填材料混合料配比設(shè)計(jì)。磷石膏基充填材料需要考慮環(huán)境的影響，當(dāng)環(huán)境指標(biāo)無法達(dá)標(biāo)時(shí)，應(yīng)采用摻加外加劑的方法。充填材料混合比應(yīng)根據(jù)磷石膏中有毒重金屬離子，結(jié)合企業(yè)所選定的材料，開展磷石膏基全固廢充填材料配比試驗(yàn)，綜合考慮充填區(qū)充填要求、施工要求確定材料最佳材料配合比。根據(jù)實(shí)際需求開展室內(nèi)試驗(yàn)，膏體配比需要結(jié)合結(jié)合充填材料強(qiáng)度、環(huán)境要求、經(jīng)濟(jì)情況確定。在最佳配比和滿足施工和環(huán)評(píng)要求，調(diào)整充填材料濃度，有效保證充填材料的施工和易性，滿足運(yùn)輸和充填等工藝要求。根據(jù)試驗(yàn)確定的最佳配合要求成型標(biāo)準(zhǔn)試件，驗(yàn)證不同配合比條件下磷石膏基全固廢充填材料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，確定滿足設(shè)計(jì)要求的最佳材料配合比。磷石膏基充填材料經(jīng)檢測后長期浸出毒性滿足環(huán)保要求后方可使用。目標(biāo)性能優(yōu)化選擇及其性能驗(yàn)證、實(shí)際生產(chǎn)中充填材料性能驗(yàn)證，應(yīng)符合表1的規(guī)定。表1充填材料性能指標(biāo)技術(shù)要求性能指標(biāo)單位數(shù)值測試執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)新鮮漿液濃度70-85/凝結(jié)時(shí)間0.75-10GB／T1346-2011流動(dòng)度（mm）170-25GBT2419-2005泌水率≤5GB／T50080-2002坍落度（mm）≥18GB／T50080-2002屈服應(yīng)力（Pa）視輸送情況而定GBT39489-2020充填材料抗壓強(qiáng)度（MPa）0.2-5GJG/T70-2009充填材料配比按照質(zhì)量比進(jìn)行確定磷石膏、礦渣、鋼渣、粉煤灰之間的配比。磷石膏含量應(yīng)該在60-80%以上，具體配比經(jīng)試驗(yàn)論證確定。磷石膏充填材料試件污染物浸出濃度限值應(yīng)符合表2的規(guī)定。表2磷石膏充填材料濃度限值要求技術(shù)要求（mg/L）項(xiàng)目總磷（以P計(jì)）硫酸鹽氟化物砷鎘鉻（六價(jià)）鉛硒汞28天標(biāo)準(zhǔn)試件≤0.2≤250≤1.0≤0.01≤0.005≤0.05≤0.01≤0.01≤0.01充填材料漿體需參照DB53T889標(biāo)準(zhǔn)對(duì)質(zhì)量濃度、泌水率、坍落度、凝結(jié)時(shí)間進(jìn)行檢測。充填材料漿體質(zhì)量控制方法參照DB53T889標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行?？蓮某涮罟艹隽峡谖恢弥苯尤?，澆灌至置于現(xiàn)場的充填強(qiáng)度試模中，初凝后脫模并井下養(yǎng)護(hù)，待相應(yīng)齡期后拿至地表實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行充填體強(qiáng)度試驗(yàn)。用于充填材料測試強(qiáng)度成型模具尺寸復(fù)合宜采用尺寸100cm×100cm的方形模具，強(qiáng)度測試參照《GBT51450-2022》規(guī)范執(zhí)行。取強(qiáng)度測試結(jié)束后后進(jìn)行毒性浸出檢測，毒性浸出測試參照GB/T5085.1執(zhí)行。檢測時(shí)間根據(jù)實(shí)際工程填充需求進(jìn)行確定，當(dāng)測試7、14、28天強(qiáng)度和毒性物質(zhì)浸出時(shí)，若強(qiáng)度、環(huán)境指標(biāo)未達(dá)要求，需要重新調(diào)整配比或者水固比。（1）流動(dòng)度和凝結(jié)時(shí)間圖1全固廢充填材料流動(dòng)度圖2全固廢充填材凝結(jié)時(shí)間所有配方的流動(dòng)度都在158～295mm范圍內(nèi)變化。具體來看，F(xiàn)-G組的流動(dòng)度由237mm升高至295，流動(dòng)度提升了19.66%，配方為F-G3以上時(shí)（GGBS>14%）流動(dòng)度高于了參考值，這說明GGBS可以提高PBM漿料的流動(dòng)性，隨GGBS摻量增加，流動(dòng)性越好。流動(dòng)度低于了參考值，這說明SS可以降低PBM漿料的流動(dòng)性，隨著SS摻量增加，流動(dòng)性越低。F-S-G組的流動(dòng)度由216mm降低至198，流動(dòng)度僅降低了8.3%。可看F-S-G體系對(duì)PBM的流動(dòng)性只有輕微的影響，這是由于GGBS和SS兩者在流動(dòng)度上的作用在一定程度上會(huì)互相抵消參考過往研究的經(jīng)驗(yàn)，我們把可以把流動(dòng)度170-250mm之間定義為適合地下充填泵送PBM的流動(dòng)度的參考值。全固廢基充填材料流動(dòng)性能滿足施工的需求。填材料為F-G體系下，隨著膠凝材料中GGBS的增加和FA的減少，初凝時(shí)間由71min增加到94min，升高了24.47%，終凝時(shí)間由199min增加到556min，升高了64.2%,GGBS能使凝結(jié)時(shí)間。在充填材料為F-S體系下，隨著膠凝材料中SS的增加和FA的減少，初凝時(shí)間由83min減小到14min，減小了83.13%，終凝時(shí)間由366min減小到76min，減小了79.23%。凝固時(shí)間過短的現(xiàn)象是由于占膠結(jié)材料大多數(shù)的SS水化作用反應(yīng)更快。在充填材料為F-S-G體系下，隨著膠凝材料中GGBS和SS的增加和FA的減少，F(xiàn)-S-G組的初凝時(shí)間由197min減小到34min，減小了82.74%，終凝時(shí)間由457min減小到166min，減小了63.68%。充填材料的初凝時(shí)間不得小于45min，終凝固時(shí)間不超過10h，F(xiàn)-S、F-S-G、F-G體系的充填材料都能滿足。（2）磷石膏全固廢充填材料強(qiáng)度(a)FA和GGBS的影響(b)FA和SS的影響(c)FA-SS-GGBS的影響(d)不同材料體系下的強(qiáng)度從圖3的試驗(yàn)結(jié)果可看到：充填材料的強(qiáng)度都因GGBS、SS、SS-GGBS的加入而提高。采用F-G膠結(jié)PG時(shí)，GGBS的摻入量增加可提高提高試樣的抗壓強(qiáng)度，養(yǎng)護(hù)28天時(shí)，配方為F-G5時(shí)達(dá)到最高強(qiáng)度1.88MPa。F-G體系對(duì)充填材料的強(qiáng)度在早期（7d）的效果很不明顯，到了中后期（14d和28d）抗壓強(qiáng)度提升效果顯著上升。采用F-S膠結(jié)PG制備充填材料時(shí)，SS的摻入量增加可顯著提高試樣的抗壓強(qiáng)度。當(dāng)SS的摻量在充填材料中達(dá)