祁雨沟金矿全尾砂胶结充填材料配比试验研究

曹安华,李永辉,盛 佳

(1.河南金源黄金矿业有限责任公司, 河南嵩县 471401;2.长沙矿山研究院, 湖南长沙 410012)

祁雨沟金矿全尾砂胶结充填材料配比试验研究

曹安华1,李永辉2,盛 佳2

(1.河南金源黄金矿业有限责任公司, 河南嵩县 471401;2.长沙矿山研究院, 湖南长沙 410012)

以全尾砂为充填骨料,添加水泥、粉煤灰进行配比试验。试验采用正交试验方法设计,并对试验结果进行分析和线性回归处理,得出了充填体强度与各个影响因素之间的线性回归方程。

全尾砂充填料;配比;正交试验;线性回归

河南金源黄金矿业有限责任公司是中国黄金集团控股的大型黄金矿山,经过几十年的开采,地下采空区规模越来越大,目前形成的采空区只是部分简单做了封闭处理。至2008年,通过历次改扩建,矿山生产能力由380t/d达到3000t/d,随着生产能力增加,空区增长速度加快,矿柱失稳破坏而出现冲击地压的的可能性逐渐增加,并且公司3000t/d改扩建所依赖的矿山保有矿量(760万t)的60%将受采空区的影响而很难利用。另外,由于原有尾矿库已经闭库,现有尾矿库服务年限只能服务11a,受环境等各方面条件限制,新建尾矿库难度很大,制约矿山的长期发展。为解决这一系列难题,金源公司开展了空区处理及矿柱回采技术研究,通过方案论证提出了尾砂胶结处理空区方案,并进行了相关试验,全尾砂胶结充填的材料试验研究是该项目研究内容之一。

1 充填试验材料的确定及其配比试验设计

1.1 充填材料的确定

因祁雨沟地处林区,可供利用的充填料来源不多,而公司选厂尾砂产出率达96.24%,其来源充足,取用方便,是首选的骨料来源。祁雨沟选矿厂全尾砂的化学元素和X衍射分析表明,祁雨沟尾砂的主要矿物成分为石英、白云母、斜长石、钾长石、方解石等,尾砂中含硫化物较少,属于惰性材料,可以用来作为井下充填骨料。

胶凝剂选用标号325#普通硅酸盐水泥,为减少水泥用量,添加某电厂粉煤灰。

1.2 试验设计

由于影响充填体强度的因素有很多,每个因素对充填体强度的影响程度也不一样。为了解每一因素的影响程度和合理取值,采用正交法进行试验设计。

(1)因素确定和参数水平。对特定充填骨料的胶结充填体,其强度的主要影响因素为胶凝材料类型、料浆浓度、灰砂比等。本次试验根据矿区条件选择标号325#普通硅酸盐水泥作为胶凝材料,同时考虑粉煤灰的效果,因此试验因素为粉煤灰添加量、灰砂比和料浆浓度,各因素取值见表1。

表1 试验因素选择及水平

(2)正交试验设计。根据上述因素水平,该试验为3因素4水平试验,选择L16(43)正交表安排试验,如表2所示。

表2 正交试验

由表2可见,根据L16(43)正交表设计的试验一共有16组,每组分别测试3,7,28d的单轴抗压强度。

2 试验与结果分析

每组浇注7.07cm×7.07cm×7.07cm的试块12个,试块在浇注模中养护72h,拆模后放入养护池内进行养护,温度保持在22℃±2℃。在养护3,7,28,60d后,采用YSH-2型无侧限压力仪进行单轴抗压试验,每次3块。试验结果见表3。

表3 不同养护期的单轴抗压强度

对试块3,7,28d的单轴抗压强度试验结果进行极差分析,求得各时间的算术平均强度,见表4。

表4 试块强度极差分析

由表4中Rj的大小推知,影响充填试块抗压强各因素的重要性顺序为B、A、C,即灰砂比、料浆浓度、粉煤灰含量。

试验结果的方差分析结果见表5和表6。

表5 试块强度方差分析

表6 试块28d单轴抗压强度方差分析

将线性回归的数学模型写成矩阵形式Y=Xβ+ε,利用设计的3因素4水平正交试验的结构矩阵X和试验结果,求出强度y与各个试验因素的线性回归方程。通过计算得出,线性回归方程为:

3 结 论

(1)试验表明,添加适量粉煤灰的胶结充填料,具有泌水率低,充填体密度小,浆体不易离析等优点。并且能提高充填体强度,替代部分水泥,减少水泥含量,从而达到降低充填成本。

(2)充填材料的配合比试验表明,影响充填体强度的主要因素为:灰砂比B、充填料浆浓度A、粉煤灰含量C。考虑矿山的充填成本及采矿工艺的实际情况,对于尾砂充填料浆可选取料浆浓度70%、灰砂比1∶10、粉煤灰含量5%。

(3)回归分析表明,水泥含量对充填体强度的影响最大。

[1]饶运章,邓 飞,赵 奎.低廉充填胶凝材料的开发与研究[J].南方冶金学院学报,1998,(8):20～4.

[2]陈希孺,等.近代回归分析-原理方法及应用[M].合肥:安徽教育出版社,1987.

[3]李兴尚.水砂胶结充填材料配合比的优化研究[D].昆明:昆明理工大学,2005,3.

[4]胡家国,古德生,王新民.水泥-粉煤灰-尾砂胶结充填料配比优化及特性研究[J].矿冶,2003,(12):12～4.

2009-09-10)

曹安华(1974-),男,河南洛阳人,采矿工程师,从事采矿技术管理工作。