全尾砂與分級尾砂膠結(jié)充填強(qiáng)度的試驗(yàn)研究

任少峰，張忠輝，楊紀(jì)光，司呈斌，張海濤

(山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司焦家金礦， 山東 萊州市 261441)

全尾砂與分級尾砂膠結(jié)充填強(qiáng)度的試驗(yàn)研究

任少峰，張忠輝，楊紀(jì)光，司呈斌，張海濤

(山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司焦家金礦， 山東 萊州市 261441)

充填采礦方法是現(xiàn)代地下礦山開采的主要方法。某金礦使用粗尾砂進(jìn)行膠結(jié)充填，造成了大量的細(xì)尾砂排放到尾礦庫中，增加了整個開采成本和安全隱患。為了改進(jìn)充填骨料，對全尾砂充填進(jìn)行了通過試驗(yàn)對比。試驗(yàn)表明，全尾砂充填體的強(qiáng)度高于粗尾砂充填體，可滿足采礦方法的要求，并能有效降低采礦損失率和貧化率。

充填采礦；全尾砂；分級尾砂；充填強(qiáng)度

1 礦山充填現(xiàn)狀概述

山東黃金集團(tuán)某金礦礦體儲量大，品位較高，是國內(nèi)大型金礦之一。礦體形態(tài)變化大，上盤圍巖破碎，在礦體上部地表有農(nóng)田和民房，開采過程中需加以保護(hù)。為了防止地表塌陷和減少礦石的損失和貧化，采礦方法主要為上向水平分層充填采礦法，對充填體強(qiáng)度的要求較高。隨著生產(chǎn)能力的不斷提高，充填系統(tǒng)和工藝不斷改進(jìn)，充填材料最先使用普通425水泥作為膠結(jié)材料，經(jīng)過大量的試驗(yàn)和研制，開發(fā)了低成本、高含水、速凝、高強(qiáng)度的新型礦用充填膠凝材料(后經(jīng)改進(jìn)簡稱C料)； 骨料主要來源于該金礦選廠處理后的分級脫泥尾砂(即粗尾砂)，平均粒徑0.1 mm，而經(jīng)旋流器分級后剩下的細(xì)顆粒尾砂則排放到尾礦庫。

尾砂分級脫泥不僅降低了尾砂利用率(一般只有50%左右)，而且細(xì)泥尾砂堆壩更加困難，并且隨著尾砂排放量的增加，尾礦庫的經(jīng)濟(jì)成本和安全成本越來越大。分級尾砂充填料漿在充入采場后的脫水過程中會發(fā)生離析、分層現(xiàn)象，導(dǎo)致充填體的整體性不好，強(qiáng)度不高，在脫水的過程中帶走部分料漿，污染井下作業(yè)環(huán)境，間接導(dǎo)致礦石貧化率增大。為了有效利用尾砂，減小尾礦庫的負(fù)擔(dān)能力和安全隱患，探索采用全尾砂膠結(jié)充填，既能解決尾砂的利用問題，又能保證充填體強(qiáng)度滿足采礦需要。

2 尾砂的物化性能

2.1 尾砂的粒級組成

尾砂的粒級組成采用振篩法和光電粒度分布儀分析法聯(lián)合測定。其粒級組成見表1，粒度分布的特征見表2。

2.2 尾砂的化學(xué)成分

表1 尾砂的粒級組成

表2 尾砂的粒級分布

表3 尾砂的化學(xué)成分

尾砂的化學(xué)成分見表3。通過化學(xué)成分分析，發(fā)現(xiàn)尾砂中SiO2含量高達(dá)72.58%，Al2O3達(dá)13.8%，尾砂自身具有潛在的膠結(jié)性能。

3 全尾砂與分級尾砂充填體強(qiáng)度對比試驗(yàn)

充填體強(qiáng)度的高低直接影響著礦體能否安全、持續(xù)地開采，因此對影響充填體強(qiáng)度因素的分析意義重大。影響充填體強(qiáng)度的因素很多，一般包括材料方面因素、制備因素、施工條件等幾個方面，所配制的膠結(jié)體強(qiáng)度的高低是各種因素綜合作用的結(jié)果。

骨料是膠結(jié)充填體的基本部分，骨料級配及質(zhì)量不僅對膠結(jié)料的和易性有很大影響，而且對強(qiáng)度影響也很大，因此該試驗(yàn)選擇骨料粒徑進(jìn)行強(qiáng)度對比研究。

采用全尾砂和經(jīng)旋流器分級后的粗尾砂分別與該礦生產(chǎn)的膠結(jié)材料進(jìn)行試驗(yàn)，制定試驗(yàn)方案，確定充填配比、濃度和養(yǎng)護(hù)期。

在常溫條件下進(jìn)行制漿，將漿體澆注入7.07 cm×7.07 cm×7.07 cm標(biāo)準(zhǔn)三聯(lián)金屬試模中，試塊在初凝后脫模，放入養(yǎng)護(hù)箱中進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，到達(dá)規(guī)定齡期后，在壓力機(jī)上進(jìn)行單軸抗壓強(qiáng)度測試。

充填體配比及主要參數(shù)如下：

(1)模擬輸送濃度70%(目前該金礦的充填輸送濃度為70%)；

(2)配比試驗(yàn)為尾砂：膠結(jié)材料料=1∶4、1∶10、1∶20；

(3)養(yǎng)護(hù)期分別為3，7，14 d。

表4 充填材料強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

從表4中可以明顯的發(fā)現(xiàn)，全尾砂充填的強(qiáng)度要大于粗尾砂充填，說明全尾砂比粗尾砂有更好的力學(xué)性能。該礦主要采用上向水平分層充填采礦法，因此在進(jìn)路回采過程中對充填體的強(qiáng)度要求較高，而選用全尾砂充填能更好的滿足采礦方法的要求，既能減小尾砂貧化又能保證開采安全。

4 結(jié) 論

通過試驗(yàn)，得出全尾砂充填體的強(qiáng)度大于分級后的粗尾砂充填體強(qiáng)度。采用全尾砂充填不僅提高了充填體的強(qiáng)度，減小開采貧化率，更能減少細(xì)顆粒尾砂的排放，減輕尾礦庫的負(fù)擔(dān)，降級尾礦建設(shè)成本和減弱尾礦庫的安全隱患。

但是該試驗(yàn)只建立在70%濃度的前提下，對其他濃度未進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，對于充填體的其他性能指標(biāo)如塌落度、流變特性等未進(jìn)行檢測，因此下一步的試驗(yàn)中應(yīng)充分考慮其他影響因素，并進(jìn)行相應(yīng)的性能檢測，以期能為礦山充填技術(shù)服務(wù)。

[1] 周愛民.礦山廢料膠結(jié)充填[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

[2] 姚中亮.礦山充填膠凝材料評述[J].世界采礦快報(bào)，1996(10)：17-20.

[3] 施士虎，楊黎升，李浩宇.全尾砂充填技術(shù)研究與應(yīng)用[J].中國礦山工程，2009，38(6)：50-52.

[4] 何哲祥，謝開維，周愛民.全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)的研究與實(shí)踐[J].中國有色金屬學(xué)報(bào)，1998,8(4)：739-744.

[5] 劉殿華，吳賢振.全尾砂充填技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[J].世界有色金屬，2012(08)：44-45.

“十二五”國家科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(2012BAB08B01).

2013-10-23)

任少峰(1983-)，男，博士，工程師，主要研究方向?yàn)椴傻V技術(shù)和工藝，Email：rsf1226@163.com。