镜铁山矿桦树沟铜矿全尾砂胶结充填物料性能研究

摘 要：镜铁山矿桦树沟铜矿利用尾砂、水泥做为胶结材料充填采空区，通过对尾沙粒度、比重、塌落度、灰砂比，充填体性能等的参数研究，选择适宜矿山实际的参数，满足充填需要。

关键词：全尾砂 胶结充填 充填体性能

中图分类号：TD3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）04（c）-0090-02

1 矿山现状

镜铁山矿是酒泉钢铁（集团）有限责任公司下属矿山，矿区位于酒泉市南西40°方向直距60 km处，行政区划隶属于甘肃省肃南裕固族自治县管辖。

镜铁山矿分黑沟和桦树沟矿区，铜矿位于桦树沟矿区Ⅴ号铁矿体的下盘，赋存于2360～2940m水平，目前Ⅴ号铁矿体已开采至2955 m水平，由于上部尚未开采的铁矿Ⅴ矿体生产不能与铜矿生产相协调，为避免矿产资源浪费，铜矿开采必须超前铁矿开采，为协调铁、铜矿的开采，保护上盘的铁矿，避免资源损失，设计采用阶段空场事后胶结充填采矿法。

2 充填系统工艺流程

充填物料采用桦树沟铜选厂全尾砂及水泥作为充填料。通过选厂旁尾砂泵站将45%左右的尾砂通过管道从铜选厂输送到+2640 m主平硐口，沿主斜坡道输送至井下+2880 m和+2760 m充填制备站（至+2880 m距离为7.8 km，高差240 m，至+2760 m距离为8.1 km，高差120 m），尾砂输送至井下+2880 m和+2760 m充填制备站的尾砂池。充填料浆采用两段连续搅拌制备（搅拌中加入水泥），搅拌好的充填料浆通过活塞泵，经井下充填管网充填至采空区。

3 充填物料性能研究

（1）尾砂粒度测定：采用CILAS1064型激光粒度分析仪进行粒度分级测定，经测定尾砂粒级组成如下（如表1）。

结论：从图表分析得之尾砂平均粒径d=10.82μm，其中-20μm细颗粒含量为85.68%，该尾砂平均粒径较小，但颗粒分布较为均匀。参考其他矿山，如南京铅锌银矿充填尾砂平均粒径d=63.06μm，山东莱新铁矿尾砂d=60.02μm。该尾砂粒径虽然较细，但尾砂成分能粗细合理搭配，从而总体上表现为对充填体性能有利的特征。

（2）尾砂比重测定：采用容量瓶法测定。通过一系列试验，将尾砂的比重、容重、孔隙率、自然安息角等物理性能进行了测定，测定结果如下（如表2）。

（3）充填料浆沉降试验（如表3）。

结论：通过试验尾砂沉降24小时最大沉降浓度为67.57%～68.03%，平均为67.8%，尾砂料浆24小时最大沉降容重1.94～1.96 g/cm3，平均1.953 g/cm3。总体来说，镜铁山铜矿尾砂沉降较慢，生产中可以考虑通过加入絮凝剂的方式加速尾砂的沉降，以缩短充填准备时间。

（4）水泥-尾砂充填料浆坍落度测定（如表4）。

结论：通过塌落度和输送试验数据表明，水泥-尾砂充填料浆制备输送浓度为70%～72%时，相应的塌落度为28.0～29.0 cm，料浆流动性明显改善，同时在管道及采场中呈结构流动而不产生离析分层现象，在管道内径125 mm，流量70 m2/h情况下，管道输送阻力在1.47～2.95之间，结合自流输送试验及理论计算可知，在实际条件下，结合尾砂沉降性能、料浆输送对输送泵的性能要求，充填料浆制备输送浓度可按70%～72%考虑。

（5）水泥-尾砂充填材料强度配比试验

试验采用镜铁山矿尾砂，戈壁牌PC32.5级硅酸盐水泥，采用尾矿水，设计水泥-尾砂充填料浆灰砂比1∶4、1∶6两组，料浆浓度分别为70%、72%、74%三组，每组试验进行7天、28天、60天四个龄期的强度测定，采用抗压强度测试仪器检测，得到如下数据：（如表5）

结论：镜铁山矿尾砂各灰沙比的充填料浆试块凝结硬化性能正常，如尾砂72%的浓度，灰沙比1∶4时7天、28天、60天强度达到1.56、4.067、5.05 MPa。试块强度可以满足采矿方法对充填质量的要求，可以作为充填集料应用于生产中。胶结剂可选用普通硅酸盐水泥。并可在采场充填设计中根据充填矿体的部位和采矿方法的实际要求设计不同灰沙比的充填料。

（6）尾砂充填料浆能否顺利实现管道输送进入采场填与多个因素有关，包括充填料粒级组成的合理性、充填料浆浓度、充填料浆输送量、充填管道直径及材质、管网布置参数等。对不同浓度的充填料浆进行了试验，得到如下数据（如表6）。

综述上述分析，含有一定比例的的-20μm颗粒的尾砂料浆，当浓度较高、塌落度为18～20 cm以上时，一旦管内流速降低到临界流速以下或静止不动，固体颗粒将在自重作用下沉淀于管道底部，即在管道中产生分层、离析等现象。高浓度尾砂料浆的流动性通过宾汉流体分析得之：由于其屈服剪切切应力t0的存在，使得在管内流速较小甚至停止流动的状态下，充填料中的粗颗粒也不会产生沉降、离析等不良现象，即料浆具有良好的稳定性，堵管危险性较小。

4 充填体参数要求

（1）充填体需要支撑铲运机运行，根据招金矿业、红透山铜矿等多家采用上向水平分层充填法的矿山充填经验，并结合本矿所用铲运机各项参数，认为充填体在15d以内能够凝固并产生强度，28d单轴抗压强度达到2.5 MPa左右，即能满足铲运机运行要求。

（2）根据金川镍矿、铜绿山铜矿等矿山实践经验，结合矿山胶结充填理论，认为当胶结料浆塌落度范围在18～22 cm时，均具有较好的流动性，可进行较长距离泵送。

5 结论

（1）全尾砂粒径不均匀系数，粒径组成较合理，对全尾砂胶结充填料的流动性和稳定性具有很好的作用

（2）通过试验，结合镜铁山矿生产能力、采矿方法等情况可确定较为合理的充填料浆制备输送参数如下。

充填料浆浓度：70%～72%。

充填料浆流量：60～70 m3/h。

灰沙比1∶4（采场底部、顶部充填）28天强度>2.5 MPa，60天强度>3.5 MPa，可满足充填体要求。

（3）试验表明，所选用的充填材料强度满足设计要求，可以为矿山提供安全高效的开采方式。同时，将充填制备站建立在井下的成功实践，也为我国类似条件下开采的矿山提供了经验。

同时必须指出，充填质量与众多因数有关，如胶结剂品种与质量、胶结剂添加量、尾砂性能的变化、充填料浆浓度与充填系统运行稳定性、充填料浆搅拌均匀性、采空区充填体养护条件等。不同采矿方法及结构参数对充填体强度具有不同的要求，所以在今后的充填工作中必须详细设计并不断的优化，以最终满足矿山要求。

参考文献

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