全尾砂与分级尾砂胶结充填强度的试验研究

任少峰，张忠辉，杨纪光，司呈斌，张海涛

(山东黄金矿业(莱州)有限公司焦家金矿， 山东 莱州市 261441)

全尾砂与分级尾砂胶结充填强度的试验研究

任少峰，张忠辉，杨纪光，司呈斌，张海涛

(山东黄金矿业(莱州)有限公司焦家金矿， 山东 莱州市 261441)

充填采矿方法是现代地下矿山开采的主要方法。某金矿使用粗尾砂进行胶结充填，造成了大量的细尾砂排放到尾矿库中，增加了整个开采成本和安全隐患。为了改进充填骨料，对全尾砂充填进行了通过试验对比。试验表明，全尾砂充填体的强度高于粗尾砂充填体，可满足采矿方法的要求，并能有效降低采矿损失率和贫化率。

充填采矿；全尾砂；分级尾砂；充填强度

1 矿山充填现状概述

山东黄金集团某金矿矿体储量大，品位较高，是国内大型金矿之一。矿体形态变化大，上盘围岩破碎，在矿体上部地表有农田和民房，开采过程中需加以保护。为了防止地表塌陷和减少矿石的损失和贫化，采矿方法主要为上向水平分层充填采矿法，对充填体强度的要求较高。随着生产能力的不断提高，充填系统和工艺不断改进，充填材料最先使用普通425水泥作为胶结材料，经过大量的试验和研制，开发了低成本、高含水、速凝、高强度的新型矿用充填胶凝材料(后经改进简称C料)； 骨料主要来源于该金矿选厂处理后的分级脱泥尾砂(即粗尾砂)，平均粒径0.1 mm，而经旋流器分级后剩下的细颗粒尾砂则排放到尾矿库。

尾砂分级脱泥不仅降低了尾砂利用率(一般只有50%左右)，而且细泥尾砂堆坝更加困难，并且随着尾砂排放量的增加，尾矿库的经济成本和安全成本越来越大。分级尾砂充填料浆在充入采场后的脱水过程中会发生离析、分层现象，导致充填体的整体性不好，强度不高，在脱水的过程中带走部分料浆，污染井下作业环境，间接导致矿石贫化率增大。为了有效利用尾砂，减小尾矿库的负担能力和安全隐患，探索采用全尾砂胶结充填，既能解决尾砂的利用问题，又能保证充填体强度满足采矿需要。

2 尾砂的物化性能

2.1 尾砂的粒级组成

尾砂的粒级组成采用振筛法和光电粒度分布仪分析法联合测定。其粒级组成见表1，粒度分布的特征见表2。

2.2 尾砂的化学成分

表1 尾砂的粒级组成

表2 尾砂的粒级分布

表3 尾砂的化学成分

尾砂的化学成分见表3。通过化学成分分析，发现尾砂中SiO2含量高达72.58%，Al2O3达13.8%，尾砂自身具有潜在的胶结性能。

3 全尾砂与分级尾砂充填体强度对比试验

充填体强度的高低直接影响着矿体能否安全、持续地开采，因此对影响充填体强度因素的分析意义重大。影响充填体强度的因素很多，一般包括材料方面因素、制备因素、施工条件等几个方面，所配制的胶结体强度的高低是各种因素综合作用的结果。

骨料是胶结充填体的基本部分，骨料级配及质量不仅对胶结料的和易性有很大影响，而且对强度影响也很大，因此该试验选择骨料粒径进行强度对比研究。

采用全尾砂和经旋流器分级后的粗尾砂分别与该矿生产的胶结材料进行试验，制定试验方案，确定充填配比、浓度和养护期。

在常温条件下进行制浆，将浆体浇注入7.07 cm×7.07 cm×7.07 cm标准三联金属试模中，试块在初凝后脱模，放入养护箱中进行标准养护，到达规定龄期后，在压力机上进行单轴抗压强度测试。

充填体配比及主要参数如下：

(1)模拟输送浓度70%(目前该金矿的充填输送浓度为70%)；

(2)配比试验为尾砂：胶结材料料=1∶4、1∶10、1∶20；

(3)养护期分别为3，7，14 d。

表4 充填材料强度试验结果

从表4中可以明显的发现，全尾砂充填的强度要大于粗尾砂充填，说明全尾砂比粗尾砂有更好的力学性能。该矿主要采用上向水平分层充填采矿法，因此在进路回采过程中对充填体的强度要求较高，而选用全尾砂充填能更好的满足采矿方法的要求，既能减小尾砂贫化又能保证开采安全。

4 结 论

通过试验，得出全尾砂充填体的强度大于分级后的粗尾砂充填体强度。采用全尾砂充填不仅提高了充填体的强度，减小开采贫化率，更能减少细颗粒尾砂的排放，减轻尾矿库的负担，降级尾矿建设成本和减弱尾矿库的安全隐患。

但是该试验只建立在70%浓度的前提下，对其他浓度未进行试验验证，对于充填体的其他性能指标如塌落度、流变特性等未进行检测，因此下一步的试验中应充分考虑其他影响因素，并进行相应的性能检测，以期能为矿山充填技术服务。

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“十二五”国家科技支撑计划重点项目(2012BAB08B01).

2013-10-23)

任少峰(1983-)，男，博士，工程师，主要研究方向为采矿技术和工艺，Email：rsf1226@163.com。