辽宁某金矿全尾砂胶结充填材料配比试验研究

王耀 王谦源 谷彦霖等

摘 要：文章对该金矿进行了全尾砂胶结充填材料的配比试验研究，针对影响充填材料强度的因素，通过大量试验，用回归方法分析试验数据。试验结果表明，灰料比和浓度对充填体试块抗压强度的影响显著。根据试验结果得出的结论：相同浓度下，充填材料试块强度随不同灰料比的变化规律，不同灰料比下，强度随浓度的变化规律以及水泥耗量随浓度的变化规律，对应关系之间的拟合公式均能与实测值较好吻合，对实际工程有一定的参考价值。

关键词：胶结充填材料；灰料比；强度；回归分析

中图分类号：TD853.34 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）26-0174-03

1 充填方案选择与实验任务

辽宁省该金矿设计生产规模为10.0万t/a，选厂目前实际处理矿石能力为500 t/d，属小型矿井，矿床为急倾斜矿床，所属矿山为地下开采金矿矿山，选矿方法为浮选法，该金矿矿石品位较低。目前所用采矿方法主要为浅孔留矿采矿法，空区水平面积较小。由于矿体厚度中等，倾角较陡，采用留间柱的浅孔留矿采矿法采矿，采场间有间柱相隔，上下采场间有底柱相隔，形成彼此相对独立的小采空区，且矿岩稳固性较好，采空区顶板基本维持稳定。

充填采矿法现已广泛应用于我国金属矿山的开采中。实行采空区充填是解决矿山尾矿处置问题的有效途径，越来越受到矿业界的重视。使用选厂全尾砂的充填方法，有利于提高矿石回收率、减少贫化率，防止采空区塌陷以及控制地表变形，减少尾砂地面排放，保护矿区及周边生态环境、防止环境污染以及各种地质灾害问题。

鉴于该金矿矿石品位较低，为节约充填成本，将尽可能减少充填胶凝材料的用量，而且矿山的充填规模较小，不适合单独建专用的胶固材料厂，只能使用市场水泥胶结，但水泥料浆容易离析，所以设计选择高浓度充填。充填骨料采用选厂全尾砂，细粒成分较多会影响水泥的胶结强度。此外，地面充填站距离充填钻孔约200 m，并有20 m的高差。

采空区设计为嗣后尾砂充填，近期主要是处理空区充填，因此暂不考虑矿柱回收问题，嗣后充填的强度要求为0.5 MPa，即只要固化稳定即可。充填料浆采用泵送与自流相结合的方式，充填泵主要解决地面输送问题，设计的泵送压力为4.5 MPa，料浆进入立孔后的自流充填倍线很小，因此设计采用膏体充填。

对影响充填材料力学性能的各因素进行分析，掌握充填材料力学性能的变化规律，有利于降低充填成本、提高充填效率。为配合该金矿水泥胶结全尾砂高浓度充填采矿的项目开展，本文对全尾砂胶结充填材料进行了配比试验，并就灰料比和浓度对充填材料强度的影响变化规律进行了探讨，同时得到不同灰料比下水泥用量随浓度的变化关系，以期为现场充填配比选择提供依据。

2 全尾砂的基本特性分析

充填骨料的密度和粒度分布是影响充填料流动性和固化特性的两个重要参数，配比试验直接采用该金矿选厂全尾砂做充填骨料，试验前分别对全尾砂的物理性质和粒度分布做了检测。

2.1 物理性质

2.2 粒度分布

全尾砂的粒度分布反应充填料的颗粒大小和级配，325目以上的尾砂粒度分布可用筛分析获得，小于325目的细粒部分则需用激光力度分析仪分析。试验中使用Rise-2002型激光粒度分析仪进行分析。

由上述试验结果可知，该金矿选厂全尾砂充填的细粒部分较多。

3 充填材料配比试验

充填体强度是充填采矿法中影响矿山围岩和充填体稳定性的直接控制因素，充填料浆的合理配比是决定充填质量的首要因素。针对该金矿的实际工程情况，我们进行了水泥胶结全尾砂高浓度充填材料的配比试验。

3.1 试验设计及结果

本次试验采用的充填骨料为该金矿全尾砂，结合该矿山全尾砂的物料特性，并参考国内外相关资料，胶固材料采用了425#普通硅酸盐水泥进行了充填配比试验，方案如下：

3.2 试验结果分析

3.2.1 灰料比对强度的影响规律

3.2.2 浓度对强度的影响规律

3.3 制浆用料试验

4 结 语

①该金矿的全尾砂充填胶结材料配比试验结果表明，充填材料24 h脱模后可形成稳定的固化体，满足空区充填处理的要求。

②由图2和图3可知，灰料比和浓度对充填体强度的影响显著，这一特点在公式（1）以及表4中也都得到反映。

③试验还得到了不同灰料比下，水泥用量随浓度的变化规律，为实际工程提供了参考。根据试验结果，建议该金矿在实际工程中将充填浆体的浓度确定为70%。

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