姑山矿露天坑全尾砂胶结回填加固配比试验研究

李诗雨 杨强胜 藕明江 毛志远3

（1.重庆大学资源与安全学院；2.中钢集团马鞍山矿山研究总院股份公司；3.金属矿山安全与健康国家重点实验室）

姑山矿露天采场自1954 年开始生产，累计采出矿石超过4 000 万t。经过60 多年的露天开采，矿山形成东西长约1 100 m、南北宽约1 000 m、底部最低标高-148 m、13 个台阶、容积约3 150 万m3的采坑。姑山矿露天转地下开采后，露天坑成为潜在地质灾害隐患点，因此，对采坑进行回填复垦显得尤为重要。

在对该采坑回填复垦前，需要对露天矿坑进行加固与防渗处理，拟采用全尾砂胶结充填材料对坑底进行加固，一方面降低边坡高度和边坡角，限制边坡岩体的移动，提高边坡的稳定性；另一方面，全尾砂胶结充填材料渗透性较弱，且有一定的承载强度，可起到坑底加固和防渗作用［1］。目前，国内外学者针对尾砂充填材料进行了大量研究，结果均表明，尾矿浓度、灰砂比、充填体养护龄期等直接影响尾砂充填体材料的强度以及流动性［2-19］。本研究将揭示姑山矿全尾砂胶结充填料浆的流动性及充填体强度的变化特征。

1 试验原料与方案

1.1 试验原料

（1）全尾砂为现场所取尾矿浆。

（2）固结剂为现场用固结剂。

（3）胶凝材料为现场充填用胶凝材料。

1.2 试验方案

以浓度为50%、52%、54%、56%的全尾砂浆，按灰砂比1∶6、1∶8、1∶10进行试验。详细配比见表1。

（1）流动性试验。用上口直径100 mm、下口直径200 mm、高300 mm 的喇叭状坍落度桶对不同配比的料浆进行流动性试验，同步记录料浆的坍落度数据。

（2）强度试验。检测不同配比的料浆不同龄期胶结体的强度。试块浇筑于70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm 试模中，在标准养护箱养护1 d 后脱模，脱模后在标准养护箱继续养护至各龄期，养护温度为20 ℃、湿度为92%以上。

2 试验结果与讨论

2.1 流动性试验

不同灰砂比（1∶6、1∶8、1∶10）、不同尾矿浆质量浓度（50%、52%、54%、56%）的料浆坍落度见图1，图中3 条坍落度变化趋势曲线的拟合方程及相关系数见表2。

由图1 可以看出，在灰砂比一定时，料浆坍落度随尾矿浆质量浓度增大而减小，且随着尾矿浆质量浓度的持续增大，这一趋势越来越明显；尾矿浆质量浓度一定时，料浆坍落度随灰砂比的增大而增大。

由表2 可以看出，灰砂比为1∶6 情况下的料浆坍落度变化趋势曲线的拟合方程为y=-2.25x2+221x-4 989，相关系数达1；灰砂比为1∶8 情况下的料浆坍落度变化趋势曲线的拟合方程为y=--2.687 5x2+266.23x-6 163.6，相关系数达0.997 6；灰砂比为1∶10情况下的料浆坍落度变化趋势曲线的拟合方程为y=-2.687 5x2+265.73x-6 142.6，相关系数达0.997 7。

2.2 试块强度试验

不同灰砂比（1∶6、1∶8、1∶10）、不同尾矿浓度（50%、52%、54%、56%）、不同养护龄期（3，7，28 d）的试块抗压强度测试结果见图2～图4。

由图2～图4可以看出，在养护龄期及灰砂比一定时，试块的抗压强度随着尾矿浓度的增大而增大；在尾矿浓度及养护龄期一定时，试块的抗压强度随着灰砂比的增大而增大，且增大的幅度随着灰砂比的增大呈越来越明显的趋势；在尾矿浓度及灰砂比一定时，试块的抗压强度随着养护龄期的增长明显增大，养护龄期28 d 的试块抗压强度差不多是养护龄期3 d的2倍。

3 结论

（1）姑山矿全尾砂胶结充填料浆在灰砂比一定时，料浆坍落度随尾矿浆质量浓度增大而减小；尾矿浆质量浓度一定时，料浆坍落度随灰砂比的增大而增大。

（2）灰砂比为1∶6情况下的料浆坍落度变化趋势曲线的拟合方程为y=-2.25x2+221x-4 989，相关系数达1；灰砂比为1∶8 情况下的料浆坍落度变化趋势曲线的拟合方程为y=--2.687 5x2+266.23x-6 163.6，相关系数达0.997 6；灰砂比为1:10 情况下的料浆坍落度变化趋势曲线的拟合方程为y=-2.687 5x2+265.73x-6 142.6，相关系数达0.997 7。

（3）一定养护龄期及灰砂比的试块，其抗压强度随着尾矿浓度的增大而增大；一定尾矿浓度及养护龄期的试块，其抗压强度随着灰砂比的增大而增大；一定尾矿浓度及灰砂比的试块，其抗压强度随着养护龄期的增长明显增大，养护龄期28 d 的试块抗压强度差不多是养护龄期3 d的2倍。

（4）综合考虑生产过程中料浆的流动性、充填体的性能指标及充填成本，建议实际充填时控制尾矿浓度为52%～54%，灰砂比为1∶6。