四方金礦全尾砂充填料漿流變特性研究

曲 巖

（陜西鳳縣四方金礦有限責(zé)任公司）

在地下采礦中，充填法在生態(tài)保護(hù)、地壓控制、尾渣處理方面相比崩落法有著明顯的優(yōu)勢(shì)，所以充填采礦法得到廣泛應(yīng)用［1］。充填體強(qiáng)度是影響充填采空區(qū)穩(wěn)固程度的重要因素，充填料漿輸送的難易程度則取決于充填料漿的輸送能力。所以充填料漿的流變性能是決定充填料漿輸送能力的重要因素［2］。

陜西省鳳縣四方金礦采用崩落法采礦。為了有效控制地表塌陷以及保護(hù)礦山周邊的生態(tài)環(huán)境，礦山開始由崩落法向充填法轉(zhuǎn)變。充填工藝采用全尾砂膠結(jié)充填，設(shè)計(jì)充填能力為70萬t/a。

為了更好地解決充填堵管及管道磨損等問題，科學(xué)改變充填料漿的流變特性將有助于減少輸送系統(tǒng)的故障率、延長使用壽命［3-4］。

試驗(yàn)將在質(zhì)量濃度、灰砂比變化的條件下研究充填料漿的流變性能［5-6］。

1 全尾砂

試驗(yàn)料漿由全尾砂、礦渣微粉按一定比例配制而成。全尾砂密度2.72 t/m3，松散容重13.82 kN/m3，孔隙率46.16%；粒度組成見表1，其中-5 μm7.75%、-10 μm25.47%、-20 μm49.22%。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，全尾砂-20 μm含量小于15%會(huì)影響最終充填體強(qiáng)度，但-20 μm含量過高會(huì)增大管道阻力、增加充填體脫水難度，而該全尾砂-20 μm含量基本符合要求。全尾砂化學(xué)成分分析結(jié)果見表2。

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表2 表明，全尾砂金屬礦物含量較低，有害元素含量低，滿足充填骨料要求。

量筒沉降試驗(yàn)表明，全尾砂料漿中的細(xì)粒形成的懸浮液濃度很高，等速下降面出現(xiàn)時(shí)間較晚，全尾砂沉降終了濃度為58.2%。

2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)使用L管，將按配合比和濃度充分?jǐn)嚢璧牧蠞{倒入L型管道上部的漏斗中，料漿利用重力向漏斗下方的L型管道流動(dòng)，從L型管道的下出口流出。測(cè)定每次試驗(yàn)充填料漿的容重、質(zhì)量、流速、靜止料柱高度。通過試驗(yàn)得出充填料漿在不同灰砂比下的流速、屈服剪切應(yīng)力及黏性。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 不同灰砂比和料漿質(zhì)量濃度試驗(yàn)

不同灰砂比和料漿質(zhì)量濃度試驗(yàn)結(jié)果見表3。

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3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）灰砂比相同時(shí)充填料漿屈服剪切應(yīng)力受質(zhì)量濃度的影響見圖1。

由圖1可知，各灰砂比下的屈服剪切應(yīng)力趨勢(shì)線相近，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，充填料漿的質(zhì)量濃度增大會(huì)造成屈服剪切應(yīng)力增大，且增幅越來越明顯。表明充填料漿的屈服剪切應(yīng)力受質(zhì)量濃度的影響很大，即質(zhì)量濃度是影響充填料漿屈服剪切應(yīng)力的主要因素。

（2）質(zhì)量濃度相同時(shí)充填料漿屈服剪切應(yīng)力受灰砂比的影響見圖2。

由圖2可知，各質(zhì)量濃度下灰砂比減小，屈服剪切應(yīng)力緩慢增大；質(zhì)量濃度越大屈服剪切應(yīng)力越大。因此，灰砂比對(duì)充填料漿的屈服剪切應(yīng)力影響不明顯。

（3）灰砂比相同時(shí)充填料漿黏度受質(zhì)量濃度的影響見圖3。

由圖3可知，各灰砂比下的黏度趨勢(shì)線相近，在試驗(yàn)灰砂比范圍內(nèi)，灰砂比越大黏度值越小；在試驗(yàn)范圍內(nèi)，充填料漿的質(zhì)量濃度增大會(huì)造成黏度增大。表明充填料漿的黏度受質(zhì)量濃度的影響明顯，即質(zhì)量濃度是影響充填料漿黏度的主要因素。

（4）質(zhì)量濃度相同時(shí)充填料漿黏度受灰砂比的影響見圖4。

由圖4可知，隨著灰砂比的減小充填料漿的黏度上升，表明充填料漿的黏度受灰砂比的影響明顯。

4 結(jié)論

（1）陜西鳳縣四方金礦尾砂的密度、松散容重、孔隙率、粒度和成分等性質(zhì)均符合全尾砂膠結(jié)充填的要求。

（2）質(zhì)量濃度是影響充填料漿流變性能的主要因素。降低充填料漿的質(zhì)量濃度能夠顯著改善充填料漿流變性能。當(dāng)灰砂比1∶4時(shí)，質(zhì)量濃度66%的充填料漿屈服剪切應(yīng)力24.632 Pa、黏度0.335 Pa·s，質(zhì)量濃度68%的充填料漿屈服剪切應(yīng)力33.062 Pa、黏度0.539 Pa·s，質(zhì)量濃度70%的充填料漿屈服剪切應(yīng)力65.156 Pa、黏度0.613 Pa·s。灰砂比對(duì)屈服剪切應(yīng)力的影響較小，當(dāng)質(zhì)量濃度68%時(shí)，灰砂比1∶4充填料漿屈服剪切應(yīng)力33.062 Pa、黏度0.539 Pa·s，灰砂比1∶6充填料漿屈服剪切應(yīng)力34.086 Pa、黏度0.577 Pa·s，灰砂比1∶8充填料漿屈服剪切應(yīng)力35.125 Pa、黏度0.612 Pa·s。說明質(zhì)量濃度提高后，充填料漿的流變性能急劇下降，而灰砂比的變化對(duì)充填料漿流變性能影響較小。