全尾砂-戈壁集料胶结充填试验研究

李安平

(新疆阿舍勒铜业股份有限公司， 新疆 哈巴河县 836799)

新疆阿舍勒铜业股份有限公司所开发的阿舍勒铜矿是一座大型有色金属矿床，矿山设计规模年产矿石132万t，为了充分回收地下矿石资源，设计采用充填采矿法。为了实现全尾砂结构流体胶结充填 ,必须对阿舍勒铜矿全尾砂、各采砂场戈壁集料及充填用水泥分别取样，进行全尾砂化学成份、全尾砂及戈壁集料全粒级组成、基本物理参数进行测定，对不同全尾砂及戈壁集料比例、不同灰砂比及料浆浓度进行配比优化试验，从而为充填系统的改造及工业试验提供依据。

1 充填材料的物理特性

根据阿舍勒铜矿所处地理位置、内外部技术条件及井下不同采矿方法对充填体强度作出要求，试验所选用的充填材料有全尾砂、戈壁集料及钢渣水泥。

1.1 全尾砂

全尾砂取自阿舍勒铜矿尾砂扬送车间水隔离输送泵的进料管，取样量(干)约500 kg，经自然蒸发、晾晒后，分别进行了化学成分测定(见表1)、全粒级测定(见表2)和全尾砂沉降试验(见表3)。

表1 全尾砂化学成份分析结果 %

从试验结果可知，阿舍勒铜矿全尾砂的化学成分不同于其它金属矿山，其显著特点是Fe、S含量较高，Fe含量达28.36%、S含量达30.55%。根据矿石矿物组成，Fe、S元素应以黄铁矿形式存在；阿舍勒铜矿磨矿细度较小，全尾砂粒径较细，其平均粒径d平均=50.97 μm ，而粒径小于20 μm的颗粒含量达44.58%，小于75 μm的颗粒(约-200目)含量达78.52%。

表2 尾砂粒级分布

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

表3 全尾砂沉降试验结果

通过试验可计算出阿舍勒铜矿全尾砂比重大，达3.89 t/m3。但由于磨矿细度较小，全尾砂最大沉降浓度较其它金属矿山要低。从试验结果可知,全尾砂最大沉降浓度为67.44%，且沉降速度相对较慢，5～7 h方接近最大沉降浓度。

1.2 戈壁集料

阿舍勒铜矿充填用戈壁集料取源于采砂场,取样量为668.1 kg，对其进行了全粒径筛分及细粒级激光粒度测定，结果见表4。

表4 戈壁集料物理参数

根据对戈壁集料全粒径筛分可知：戈壁集料粒径较细、含砂量大，级配较为合理。其30 mm以上颗粒含量仅为0.77%，10 mm以上颗粒含量为15.81%，0.005～2 mm的砂质含量约为60%，0.005 mm以下黏土质含量为0.54%，由于其制备的充填料浆保水性更好，在同等条件下不易产生离析，更利于充填料浆的顺利输送。

戈壁集料的含水率对充填料浆制备具有一定影响，通过多次测定得出其含水率为2.53%～3.16%，平均为2.79%。但需指出的是，其含水率随着季节的变化有所变化，特别是雨季时含水率将变高。

2 充填材料配比试验

在选定充填材料的前提下，必须对充填料的输送性能及强度性能进行试验，以确定充填料配比参数及充填站操作参数。为此进行了不同充填料配比的坍落度测定及多组配比的强度试验。

2.1 坍落度测定

坍落度主要是为了测定全尾砂、水泥等充填料在不同实验配比情况下的流动性，及预测充填料在制备和管道输送中的难易程度。同时也是测定充填材料拌和物的稠度大小、评价充填料的变形性能或抵抗流动变形能的实验方法。

表5 充填料坍落度试验结果

从表5中戈壁集料坍落度测定结果可看出，由全尾砂、戈壁集料及钢渣水泥所制备的充填料浆浓度为83.5%及以上时，坍落度小于5.8 cm，充填料浆呈干硬性，无法进行管道输送;浓度为78%～82%时，坍落度为21.8～10.5 cm，只有采用活塞泵加压方可进行管道输送;浓度在76%时，坍落度为24 cm，料浆流动性良好，可实现管道自流输送。由于添加水泥和全尾砂，76%左右的充填料浆保水性良好，未产生骨料外漏及粗细颗粒离析分层等不良现象。由此可将充填料浆制备输送浓度设定为75%～77%，相应的坍落度为23～25 cm。

2.2 充填料配比强度试验

一般来讲,胶结充填体的所需强度主要取决于具体的开采条件和充填条件,其强度设计应当基于充填体在采空区所起的力学作用来考虑。本文从矿山的实际情况出发，对水泥-戈壁集料、钢渣水泥-全尾砂-壁集料的配比进行了强度试验，其结果见表6。

表6 充填料配比试块强度

从表6可以看出，当戈壁集料最大颗粒尺寸从10 mm放宽至30 mm时，试块3、7 d强度有所下降，从试块破坏断面观察可知，由于粗骨料存在，试块易于沿粗骨料接触面产生应力集中而过早破坏，从而导致强度降低。浓度的变化对试块强度影响巨大。将浓度自76%提高至80%时，戈壁集料试块7 d强度从0.403 MPa提高至0.79 MPa；当全尾砂∶戈壁集料比例在2∶8、3∶7、4∶6之间变动，而其它条件不变时，试块强度随之变化，但变动幅度在10%～15%之内，且无严格的规律可循。

3 结 论

本文通过对全尾砂、戈壁集料及钢渣水泥充填料的试验研究，可得出以下几点结论：

(1)全尾砂可作为充填料。虽全尾砂含硫量高，但由于试块致密均匀，按全尾砂：戈壁集料为2∶8～2∶6的比例添加至充填料中，充填料中的硫含量大为降低，所以试块凝结硬化正常，强度稳定发展。同时添加全尾砂后，充填料和易性保水性良好，对充填料浆的顺利输送可起到决定性作用。

(2)钢渣水泥可继续使用。添加全尾砂后，标准水泥优势并不明显。由于钢渣水泥价格便宜并有稳定的供货来源，添加全尾砂后，可继续使用钢渣水泥。

(3)充填料制备输送参数。通过以上试验，可设定充填料制备输送参数为：下向进路充填灰砂比1∶3，采场嗣后充填强度要求较高部位灰砂比1：4，其它部位1∶8，过渡部位1∶6。全尾砂：戈壁集料为2∶8～4∶6，戈壁集料最大粒径30 mm，充填料浆浓度75%～77%，充填料制备输送能力80～100 m3/h。

参考文献：

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