全尾砂-戈壁集料膠結(jié)充填試驗研究

李安平

(新疆阿舍勒銅業(yè)股份有限公司， 新疆 哈巴河縣 836799)

新疆阿舍勒銅業(yè)股份有限公司所開發(fā)的阿舍勒銅礦是一座大型有色金屬礦床，礦山設(shè)計規(guī)模年產(chǎn)礦石132萬t，為了充分回收地下礦石資源，設(shè)計采用充填采礦法。為了實現(xiàn)全尾砂結(jié)構(gòu)流體膠結(jié)充填 ,必須對阿舍勒銅礦全尾砂、各采砂場戈壁集料及充填用水泥分別取樣，進(jìn)行全尾砂化學(xué)成份、全尾砂及戈壁集料全粒級組成、基本物理參數(shù)進(jìn)行測定，對不同全尾砂及戈壁集料比例、不同灰砂比及料漿濃度進(jìn)行配比優(yōu)化試驗，從而為充填系統(tǒng)的改造及工業(yè)試驗提供依據(jù)。

1 充填材料的物理特性

根據(jù)阿舍勒銅礦所處地理位置、內(nèi)外部技術(shù)條件及井下不同采礦方法對充填體強(qiáng)度作出要求，試驗所選用的充填材料有全尾砂、戈壁集料及鋼渣水泥。

1.1 全尾砂

全尾砂取自阿舍勒銅礦尾砂揚(yáng)送車間水隔離輸送泵的進(jìn)料管，取樣量(干)約500 kg，經(jīng)自然蒸發(fā)、晾曬后，分別進(jìn)行了化學(xué)成分測定(見表1)、全粒級測定(見表2)和全尾砂沉降試驗(見表3)。

表1 全尾砂化學(xué)成份分析結(jié)果 %

從試驗結(jié)果可知，阿舍勒銅礦全尾砂的化學(xué)成分不同于其它金屬礦山，其顯著特點(diǎn)是Fe、S含量較高，F(xiàn)e含量達(dá)28.36%、S含量達(dá)30.55%。根據(jù)礦石礦物組成，F(xiàn)e、S元素應(yīng)以黃鐵礦形式存在；阿舍勒銅礦磨礦細(xì)度較小，全尾砂粒徑較細(xì)，其平均粒徑d平均=50.97 μm ，而粒徑小于20 μm的顆粒含量達(dá)44.58%，小于75 μm的顆粒(約-200目)含量達(dá)78.52%。

表2 尾砂粒級分布

d10=2.81 μmd50=24.23 μmd90=143.99 μmd平均=50.97 μm

表3 全尾砂沉降試驗結(jié)果

通過試驗可計算出阿舍勒銅礦全尾砂比重大，達(dá)3.89 t/m3。但由于磨礦細(xì)度較小，全尾砂最大沉降濃度較其它金屬礦山要低。從試驗結(jié)果可知,全尾砂最大沉降濃度為67.44%，且沉降速度相對較慢，5～7 h方接近最大沉降濃度。

1.2 戈壁集料

阿舍勒銅礦充填用戈壁集料取源于采砂場,取樣量為668.1 kg，對其進(jìn)行了全粒徑篩分及細(xì)粒級激光粒度測定，結(jié)果見表4。

表4 戈壁集料物理參數(shù)

根據(jù)對戈壁集料全粒徑篩分可知：戈壁集料粒徑較細(xì)、含砂量大，級配較為合理。其30 mm以上顆粒含量僅為0.77%，10 mm以上顆粒含量為15.81%，0.005～2 mm的砂質(zhì)含量約為60%，0.005 mm以下黏土質(zhì)含量為0.54%，由于其制備的充填料漿保水性更好，在同等條件下不易產(chǎn)生離析，更利于充填料漿的順利輸送。

戈壁集料的含水率對充填料漿制備具有一定影響，通過多次測定得出其含水率為2.53%～3.16%，平均為2.79%。但需指出的是，其含水率隨著季節(jié)的變化有所變化，特別是雨季時含水率將變高。

2 充填材料配比試驗

在選定充填材料的前提下，必須對充填料的輸送性能及強(qiáng)度性能進(jìn)行試驗，以確定充填料配比參數(shù)及充填站操作參數(shù)。為此進(jìn)行了不同充填料配比的坍落度測定及多組配比的強(qiáng)度試驗。

2.1 坍落度測定

坍落度主要是為了測定全尾砂、水泥等充填料在不同實驗配比情況下的流動性，及預(yù)測充填料在制備和管道輸送中的難易程度。同時也是測定充填材料拌和物的稠度大小、評價充填料的變形性能或抵抗流動變形能的實驗方法。

表5 充填料坍落度試驗結(jié)果

從表5中戈壁集料坍落度測定結(jié)果可看出，由全尾砂、戈壁集料及鋼渣水泥所制備的充填料漿濃度為83.5%及以上時，坍落度小于5.8 cm，充填料漿呈干硬性，無法進(jìn)行管道輸送;濃度為78%～82%時，坍落度為21.8～10.5 cm，只有采用活塞泵加壓方可進(jìn)行管道輸送;濃度在76%時，坍落度為24 cm，料漿流動性良好，可實現(xiàn)管道自流輸送。由于添加水泥和全尾砂，76%左右的充填料漿保水性良好，未產(chǎn)生骨料外漏及粗細(xì)顆粒離析分層等不良現(xiàn)象。由此可將充填料漿制備輸送濃度設(shè)定為75%～77%，相應(yīng)的坍落度為23～25 cm。

2.2 充填料配比強(qiáng)度試驗

一般來講,膠結(jié)充填體的所需強(qiáng)度主要取決于具體的開采條件和充填條件,其強(qiáng)度設(shè)計應(yīng)當(dāng)基于充填體在采空區(qū)所起的力學(xué)作用來考慮。本文從礦山的實際情況出發(fā)，對水泥-戈壁集料、鋼渣水泥-全尾砂-壁集料的配比進(jìn)行了強(qiáng)度試驗，其結(jié)果見表6。

表6 充填料配比試塊強(qiáng)度

從表6可以看出，當(dāng)戈壁集料最大顆粒尺寸從10 mm放寬至30 mm時，試塊3、7 d強(qiáng)度有所下降，從試塊破壞斷面觀察可知，由于粗骨料存在，試塊易于沿粗骨料接觸面產(chǎn)生應(yīng)力集中而過早破壞，從而導(dǎo)致強(qiáng)度降低。濃度的變化對試塊強(qiáng)度影響巨大。將濃度自76%提高至80%時，戈壁集料試塊7 d強(qiáng)度從0.403 MPa提高至0.79 MPa；當(dāng)全尾砂∶戈壁集料比例在2∶8、3∶7、4∶6之間變動，而其它條件不變時，試塊強(qiáng)度隨之變化，但變動幅度在10%～15%之內(nèi)，且無嚴(yán)格的規(guī)律可循。

3 結(jié) 論

本文通過對全尾砂、戈壁集料及鋼渣水泥充填料的試驗研究，可得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

(1)全尾砂可作為充填料。雖全尾砂含硫量高，但由于試塊致密均勻，按全尾砂：戈壁集料為2∶8～2∶6的比例添加至充填料中，充填料中的硫含量大為降低，所以試塊凝結(jié)硬化正常，強(qiáng)度穩(wěn)定發(fā)展。同時添加全尾砂后，充填料和易性保水性良好，對充填料漿的順利輸送可起到?jīng)Q定性作用。

(2)鋼渣水泥可繼續(xù)使用。添加全尾砂后，標(biāo)準(zhǔn)水泥優(yōu)勢并不明顯。由于鋼渣水泥價格便宜并有穩(wěn)定的供貨來源，添加全尾砂后，可繼續(xù)使用鋼渣水泥。

(3)充填料制備輸送參數(shù)。通過以上試驗，可設(shè)定充填料制備輸送參數(shù)為：下向進(jìn)路充填灰砂比1∶3，采場嗣后充填強(qiáng)度要求較高部位灰砂比1：4，其它部位1∶8，過渡部位1∶6。全尾砂：戈壁集料為2∶8～4∶6，戈壁集料最大粒徑30 mm，充填料漿濃度75%～77%，充填料制備輸送能力80～100 m3/h。

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