祁雨溝金礦全尾砂膠結充填材料配比試驗研究

曹安華,李永輝,盛 佳

(1.河南金源黃金礦業有限責任公司, 河南嵩縣 471401;2.長沙礦山研究院, 湖南長沙 410012)

祁雨溝金礦全尾砂膠結充填材料配比試驗研究

曹安華1,李永輝2,盛 佳2

(1.河南金源黃金礦業有限責任公司, 河南嵩縣 471401;2.長沙礦山研究院, 湖南長沙 410012)

以全尾砂為充填骨料,添加水泥、粉煤灰進行配比試驗。試驗采用正交試驗方法設計,并對試驗結果進行分析和線性回歸處理,得出了充填體強度與各個影響因素之間的線性回歸方程。

全尾砂充填料;配比;正交試驗;線性回歸

河南金源黃金礦業有限責任公司是中國黃金集團控股的大型黃金礦山,經過幾十年的開采,地下采空區規模越來越大,目前形成的采空區只是部分簡單做了封閉處理。至2008年,通過歷次改擴建,礦山生產能力由380t/d達到3000t/d,隨著生產能力增加,空區增長速度加快,礦柱失穩破壞而出現沖擊地壓的的可能性逐漸增加,并且公司3000t/d改擴建所依賴的礦山保有礦量(760萬t)的60%將受采空區的影響而很難利用。另外,由于原有尾礦庫已經閉庫,現有尾礦庫服務年限只能服務11a,受環境等各方面條件限制,新建尾礦庫難度很大,制約礦山的長期發展。為解決這一系列難題,金源公司開展了空區處理及礦柱回采技術研究,通過方案論證提出了尾砂膠結處理空區方案,并進行了相關試驗,全尾砂膠結充填的材料試驗研究是該項目研究內容之一。

1 充填試驗材料的確定及其配比試驗設計

1.1 充填材料的確定

因祁雨溝地處林區,可供利用的充填料來源不多,而公司選廠尾砂產出率達96.24%,其來源充足,取用方便,是首選的骨料來源。祁雨溝選礦廠全尾砂的化學元素和X衍射分析表明,祁雨溝尾砂的主要礦物成分為石英、白云母、斜長石、鉀長石、方解石等,尾砂中含硫化物較少,屬于惰性材料,可以用來作為井下充填骨料。

膠凝劑選用標號325#普通硅酸鹽水泥,為減少水泥用量,添加某電廠粉煤灰。

1.2 試驗設計

由于影響充填體強度的因素有很多,每個因素對充填體強度的影響程度也不一樣。為了解每一因素的影響程度和合理取值,采用正交法進行試驗設計。

(1)因素確定和參數水平。對特定充填骨料的膠結充填體,其強度的主要影響因素為膠凝材料類型、料漿濃度、灰砂比等。本次試驗根據礦區條件選擇標號325#普通硅酸鹽水泥作為膠凝材料,同時考慮粉煤灰的效果,因此試驗因素為粉煤灰添加量、灰砂比和料漿濃度,各因素取值見表1。

表1 試驗因素選擇及水平

(2)正交試驗設計。根據上述因素水平,該試驗為3因素4水平試驗,選擇L16(43)正交表安排試驗,如表2所示。

表2 正交試驗

由表2可見,根據L16(43)正交表設計的試驗一共有16組,每組分別測試3,7,28d的單軸抗壓強度。

2 試驗與結果分析

每組澆注7.07cm×7.07cm×7.07cm的試塊12個,試塊在澆注模中養護72h,拆模后放入養護池內進行養護,溫度保持在22℃±2℃。在養護3,7,28,60d后,采用YSH-2型無側限壓力儀進行單軸抗壓試驗,每次3塊。試驗結果見表3。

表3 不同養護期的單軸抗壓強度

對試塊3,7,28d的單軸抗壓強度試驗結果進行極差分析,求得各時間的算術平均強度,見表4。

表4 試塊強度極差分析

由表4中Rj的大小推知,影響充填試塊抗壓強各因素的重要性順序為B、A、C,即灰砂比、料漿濃度、粉煤灰含量。

試驗結果的方差分析結果見表5和表6。

表5 試塊強度方差分析

表6 試塊28d單軸抗壓強度方差分析

將線性回歸的數學模型寫成矩陣形式Y=Xβ+ε,利用設計的3因素4水平正交試驗的結構矩陣X和試驗結果,求出強度y與各個試驗因素的線性回歸方程。通過計算得出,線性回歸方程為:

3 結 論

(1)試驗表明,添加適量粉煤灰的膠結充填料,具有泌水率低,充填體密度小,漿體不易離析等優點。并且能提高充填體強度,替代部分水泥,減少水泥含量,從而達到降低充填成本。

(2)充填材料的配合比試驗表明,影響充填體強度的主要因素為:灰砂比B、充填料漿濃度A、粉煤灰含量C。考慮礦山的充填成本及采礦工藝的實際情況,對于尾砂充填料漿可選取料漿濃度70%、灰砂比1∶10、粉煤灰含量5%。

(3)回歸分析表明,水泥含量對充填體強度的影響最大。

[1]饒運章,鄧 飛,趙 奎.低廉充填膠凝材料的開發與研究[J].南方冶金學院學報,1998,(8):20～4.

[2]陳希孺,等.近代回歸分析-原理方法及應用[M].合肥:安徽教育出版社,1987.

[3]李興尚.水砂膠結充填材料配合比的優化研究[D].昆明:昆明理工大學,2005,3.

[4]胡家國,古德生,王新民.水泥-粉煤灰-尾砂膠結充填料配比優化及特性研究[J].礦冶,2003,(12):12～4.

2009-09-10)

曹安華(1974-),男,河南洛陽人,采礦工程師,從事采礦技術管理工作。