某尾礦位于甘肅省徽縣境內(nèi)，長(zhǎng)4400m，南北寬1000m，面積4.4km2。該尾礦礦井下空區(qū)復(fù)雜，地表不允許塌陷。為了充分回收礦石資源，保護(hù)礦區(qū)地表環(huán)境，該尾礦擬建充填系統(tǒng)，為此需進(jìn)行全尾砂和水泥的膠結(jié)充填材料實(shí)驗(yàn)研究，為充填系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供技術(shù)數(shù)據(jù)。

　　1實(shí)驗(yàn)研究?jī)?nèi)容

　　該尾礦充填系統(tǒng)擬采用1000kt/a鉛鋅浮選尾礦，該實(shí)驗(yàn)充填材料樣品選取現(xiàn)場(chǎng)浮選尾礦各400kg，由現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行初步沉降、晾曬、混勻，郵寄至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行礦樣的烘干及最終混勻，該實(shí)驗(yàn)僅針對(duì)所寄樣品進(jìn)行充填材料配比和充填體性能的研究及測(cè)定，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝及礦石性質(zhì)發(fā)生改變時(shí)，需進(jìn)行新材料充填體的實(shí)驗(yàn)。該尾礦充填要求：1)不需要回采礦柱的空區(qū)充填體強(qiáng)度，R28不小于0.7MPa。2)需要回采礦柱的空區(qū)充填體強(qiáng)度，靠近頂?shù)字�部分：R7不小于0.3MPa，R28不小于1MPa，中間部分R28不小于1MPa。根據(jù)規(guī)定的技術(shù)內(nèi)容和技術(shù)目標(biāo)，為滿足膏體充填要求，實(shí)驗(yàn)研究集中在兩方面：一是檢測(cè)全尾砂的主要物理化學(xué)性質(zhì)，確定該礦全尾砂是否可以作為井下充填材料，二是按照不同灰砂比制備充填體試塊并進(jìn)行抗壓強(qiáng)度及容重測(cè)定。

　　2充填材料物理化學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)情況

　　充填材料(尾砂)的基本物理性質(zhì)主要包括：尾砂的比重、容重、孔隙率、自然安息角、粒徑和粒級(jí)組成、滲透系數(shù)及沉降特性。

　　2.1全尾砂粒度測(cè)定

　　采用MASTERSIZER2000激光衍射粒度分析儀測(cè)定，尾砂立粒級(jí)組成曲線見圖1，該尾礦全尾砂α2=9.545，可認(rèn)為顆粒較細(xì)。

　　2.2全尾砂基本物理參數(shù)測(cè)定

　　通過數(shù)次測(cè)試和計(jì)算平均值，得到了全尾砂比重、容重、孔隙率、自然安息角的測(cè)定結(jié)果。

　　2.3全尾砂滲透性實(shí)驗(yàn)

　　實(shí)驗(yàn)儀器選用三聯(lián)式柔性壁滲透儀，通過數(shù)次測(cè)試和計(jì)算平均值，得到了全尾砂滲透系數(shù)為5.25×10-5cm/s。

　　2.4全尾砂化學(xué)成分測(cè)定

　　尾礦的主要化學(xué)成分分析是根據(jù)國(guó)際上通用的化學(xué)分析方法來確定其化學(xué)成分，本次主要分析的化學(xué)成分為：CaO、MgO、Al2O3、SiO2、S、Fe、Cu。

　　2.5全尾砂沉降性能測(cè)定

　　全尾砂沉降性能采用自然沉降法，從起始濃度為20%的全尾砂漿沉降實(shí)驗(yàn)開始測(cè)定，各樣品的沉降濃度和沉降容重變化規(guī)律如圖2所示。

　　3充填材料強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)情況

　　該尾礦充填實(shí)驗(yàn)?zāi)壳爸豢紤]三個(gè)因素，即灰砂比、充填料漿重量濃度和充填體的養(yǎng)護(hù)齡期，測(cè)定這些因素對(duì)充填體強(qiáng)度的影響。3.1充填體試塊的材料和配比強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)的充填材料為該尾礦運(yùn)送來的全尾砂和成縣祁連山牌PC32.5級(jí)復(fù)合硅酸鹽水泥。根據(jù)影響充填體強(qiáng)度的主要因素，應(yīng)礦壩和設(shè)計(jì)院要求，灰砂比定為1∶4，1∶6，1∶8，1∶10，1∶15五組。共計(jì)22組不同材料配比實(shí)驗(yàn)，每組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行3d、7d、28d、三個(gè)齡期的強(qiáng)度測(cè)試，每組齡期澆注3個(gè)試塊，共計(jì)198個(gè)試塊。3.2試塊的制作與養(yǎng)護(hù)采用7.07cm×7.07cm×7.07cm的金屬模澆注，按設(shè)計(jì)的灰砂配比和重量濃度拌制成漿，將拌好的料漿均勻加入同組各個(gè)試模，讓其沉降和凝固。為了使試塊不受損傷，一般在24~36h后脫模并放入養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)箱溫度調(diào)節(jié)到20℃左右，濕度調(diào)節(jié)到96%左右，整個(gè)過程嚴(yán)格按實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。3.3充填體試塊抗壓強(qiáng)度及容重測(cè)定將各種不同配比的充填體試塊按不同的齡期(3d、7d和28d)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，達(dá)到養(yǎng)護(hù)齡期后將試塊取出進(jìn)行試塊的高度和單軸抗壓強(qiáng)度值測(cè)定。充填體的容重測(cè)試是將試塊稱重后，結(jié)合試塊的體積求算出試塊的沉縮率，該值選取28d齡期試塊測(cè)量。試塊單軸抗壓強(qiáng)度的測(cè)定是將試塊放在10t和50t普通剛性壓力機(jī)上進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)定。3.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析圖3~圖10所示分別為充填物強(qiáng)度隨灰砂比、料漿濃度和時(shí)間變化的曲線圖。從圖3~圖5可以看出：充填料的強(qiáng)度隨著灰砂比(即水泥的含量)增大而加大。從圖6~圖8可以看出：充填體的強(qiáng)度隨著充填料漿濃度增大而加大。從圖9~圖10可以看出：充填體的強(qiáng)度隨著充填體養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加而逐漸加大，灰砂比越大其增長(zhǎng)速度越明顯(即增長(zhǎng)曲線越陡)，同時(shí)充填體的強(qiáng)度在養(yǎng)護(hù)初期增長(zhǎng)明顯，充填體均在養(yǎng)護(hù)3d內(nèi)進(jìn)行拆模，均能保持完整的形態(tài)。對(duì)于該尾礦的全尾砂膠結(jié)充填而言，當(dāng)料漿濃度在70%~74%時(shí)，1∶4，1∶6，1∶8，1∶10四種配比的充填體可以滿足該尾礦所要求的強(qiáng)度要求。

　　4實(shí)驗(yàn)結(jié)論

　　1)全尾砂和水泥可作為充填材料，從強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，試塊成型好、脫�？�。2)考慮到礦山充填料漿將采用泵送，水泥作為膠凝材料的實(shí)驗(yàn)中各灰砂比料漿濃度為76~70%時(shí)所對(duì)應(yīng)的坍落度為17.7~29.5cm，同時(shí)考慮到料漿要具有較好的流動(dòng)性，因此各灰砂比濃度≤74%可滿足泵送要求，但從井下排水排泥的要求來看，保守選取濃度為72%或74%為宜，以后根據(jù)實(shí)際情況做相應(yīng)調(diào)整。3)根據(jù)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，灰砂比1∶4，1∶6，1∶8，1∶10的充填材料均能滿足充填要求，因此建議不需要回采礦柱的空區(qū)充填體灰砂比選取1∶10，此時(shí)其28d齡期強(qiáng)度(74%)為1.29MPa;要求需要回采礦柱的空區(qū)充填體灰砂比選取1∶8，此時(shí)其28d齡期強(qiáng)度(74%)為2.16MPa。綜上研究所述，通過實(shí)驗(yàn)及分析可將該尾礦充填材料配比參數(shù)概括如表1所示，其中方案2更偏于保守。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]許文滸.某鐵礦全尾砂膠結(jié)充填材料配比實(shí)驗(yàn)研究[J].中國(guó)礦業(yè)，2015(S1)：60.

　　《基于某尾礦的全尾砂充填材料實(shí)驗(yàn)研究》來源：《化工設(shè)計(jì)通訊》，作者：陳小念 牛軍賢