二次制备中充填体质量的影响因素研究

于海清

(铜陵有色控股股份有限公司仙人桥铜矿， 安徽 芜湖市 244000)

二次制备中充填体质量的影响因素研究

于海清

(铜陵有色控股股份有限公司仙人桥铜矿， 安徽 芜湖市 244000)

影响胶结充填体质量的因素是多方面的，如充填浓度、胶凝材料、环境和充填体的完整性等。充填料浆的输送、充填过程也是一个二次制备过程，即将高浓度胶结料浆从充填站输送至采场，并经过脱水、离析与养护的过程。这一将胶结充填料浆制成高质量充填体的“成品”过程，诸多因素决定着充填体的质量。实践证明，二次制备中的离析和水化反应等是影响胶结充填体质量的重要因素，研究结果有助于提高胶结充填体品质。

二次制备；充填质量；胶凝材料

充填过程中，充填制备站的主要功能是将低浓度尾砂料浆提高到高浓度，将胶凝材料与高浓度的尾砂料浆均匀的混合，并进行搅拌。然而，在胶结充填体强度增长或质量提高的过程中，这只是第一步。实践证明，充填体强度和质量的提高是多种因素决定的，充填料浆输送至采场的过程中，脱水、养护及强度提高是一个长期的过程，也叫料浆的二次制备。二次制备是将充填料浆从半成品到高质量充填体“成品”的过程，影响充填体质量是多方面的，如养护、脱水、温度、湿度、胶凝材料、离析的缓解以及尾砂的物理化学性质等。因此，通过对影响二次制备料浆的因素进行研究分析，以期达到进一步提高充填体质量，降低充填成本的目的。

1 影响充填体质量的重要因素

1.1 胶凝材料是影响充填体强度的重要因素

金属矿山使用的胶凝材料有水泥、胶固粉、C料、高水材料、矿渣超细微粉等。通过开展矿渣微粉、粉煤灰单掺以及矿渣微粉与粉煤灰双掺对充填料浆流动度和充填体强度影响的试验研究，表明：

(1) 胶凝材料的活性与胶凝材料自身的化学性质有关，在选择充填用的胶凝材料时，应与尾矿的物理化学性质相匹配，如尾矿的粒级，料浆的酸碱度、尾矿中的含硫量等。

(2) 胶凝剂的材料组合，即主材与辅材的配比要进行技术经济技术指标分析，做到性价比最优。

(3) 在一定的物理化学条件下，细度对胶凝材料的活性有很大影响。研究表明矿渣微粉和粉煤灰、冶炼废渣等都有一定的活性，细度越细，活性越高。

(4) 水化反应生成大量的热，在充填体产生气泡，导致充填体强度降低。

1.2 胶凝材料的组分对尾砂特性具有互补性

胶凝材料在胶结充填体中应具备的4大效应：火山灰效应、形态效应、微充效应、叠加效应，这与胶凝材料中的掺和料有很大关系。胶凝材料中各种组分的选择应有互补性。实践证明，充填体强度的增长过程是一个长期过程。如将矿粉与粉煤灰掺合制备胶凝材料，对胶结充填体的早起强度和后期强度产生有益影响。矿粉对充填体的早期强度的影响主要在于其火山灰效应可改善充填料浆的界面结构；粉煤灰对充填体的后期强度的影响主要在于其火山灰效应所带来的孔径细化作用，未反应的粉煤灰颗粒具有“内核作用”，从而使充填体的强度持续提高。

1.3 温度对充填体质量的影响存在两面性

在充填体强度增长中，随着龄期的延长和温度的变化对充填体质量的影响相当大，一方面水化反应的速度和周围的环境温度相关，温度较高，水化反应的速度越快，凝结时间越短，随首凝胶的增多，强度增长也越快，特别是早期强度。另一方面，胶结充填体的热阻较大，在硬化过程中由于水化反应产生大量的热量会聚集在充填体的内部，但是充填体表面散热较快，从而导致胶结充填体的内外形成较大温差，将导致充填体产生不均匀温度变形和温度应力，若该应力大于充填体的抗拉强度，就会使充填体产生破坏，若产生的裂缝贯穿充填体，对充填体的强度和完整性是不利的。因此，通过一定的方法来改变充填料浆的物理化学性质是必要的，通过添加矿粉和粉煤灰来降低胶凝材料的水化热、料浆的流动性和提高充填体强度，改善充填体质量。

1.4 胶结体的质量参数应与采矿工艺和周边环境 相结合

在回采过程中，充填体在自重作用下破坏，影响胶结充填体质量的因素是很多的，而充填体的强度是采场高度、宽度和充填体密度的函数。另外需要研究不同采矿方法、孔边距大小以及爆破震动影响范围等因素，对充填体的力学破坏和表面形状破坏机理。最大有效垂直高度或者有效高度增加值对充填体破坏方向的研究尚不明确。充填材料特性(胶凝材料含量、孔隙率和颗粒分级)和强度特性与变形特性(内聚力、摩擦角、弹性模数、泊松比和塑性应变极限)之间的一些主要相互关系被研究出来了。在这些相互关系的研究中，考虑了养护时间、养护温度和试样尺寸的影响，使这些特性标准化了。

1.5 离析是充填体强度下降的重要因素

实践证明，胶结料的离析对充填体强度的影响是相当大的，离析与胶结料含量相比，其对控制充填体强度的作用更为重要。因此，对各采场及各类充填料的离析都要进行认真分析，更深入了解离析的正反两方面的影响。

2 提高充填质量的技术方案

(1) 改善胶凝材料的组分，调整充填体结构，实现充填体强度和工作性能互补。胶凝材料的组分是提高充填体质量非常重要的因素，胶凝材料对充填体强度的影响是较大的，如在胶凝材料中添加矿渣微粉调整充填体性能和充填体结构，可改善充填体质量。此外，还可通过激发矿渣的潜在活性，通过和熟料的水化产物发生二次水化反应，再加上细粉的填充作用，增强充填体的强度[7]。

(2) 胶结充填体的质量应与采矿工艺相结合。根椐不同的采矿方法，优化采场结构参数，满足充填及回采要求。不同的采矿方法对充填体的强度要求是不同的，充填体的强度和刚度随采矿方法和开采深度的改变而改变。随着深井开采的矿山增多，其废石提升的成本也越来越大，因此，废石充填料也是一种更通用的充填料，通过研究废石充填和尾胶充填同步进行的充填工艺，对废石充填料岩块优化分级的研究，从而进一步提高充填体质量。

(3) 加强对充填料浆的二次制备的技术研究。露面的设计必须考虑的因素包括组份的粒度分布、含水量、充填料投放时颗粒的离析程度、不同混合物的强度和离析产生的分带以及不同支护和采矿方法，通过对上述因素的分析研究，提高充填体质量。

(4) 研究侧向受压充填体的刚性，限制采场顶底板相对位移和控制岩爆。由于提升和生产成本的压力，缓解井下掘进废石出路，对刚性充填料的充填要求日益提高，这就要考虑胶结料和骨料粒级对刚性的作用。在矿柱回采期间要求作为一个自由面维持的充填体，要更充分地了解侧向受压充填体的工程技术特性。

3 结 论

(1) 二次制备是影响充填体质量的重要因素，充填材料的离析是充填体质量下降的重要原因。

(2) 水泥和矿渣粉的粒级组成决定了矿渣粉的填充作用，矿渣微粉的掺量对充填物料粒级组成的改变不大。矿渣粉对水泥颗粒具有分散与填充作用，分散作用使充填体的强度降低；相反，填充作用使充填体的强度增加。

(3) 胶凝材料的化学性质是决定充填体强度的重要因素，细度对胶凝材料的活性有很大影响，细度越细，活性越高。

(4) 温度对充填体强度的影响是双面的，一方面，适当提高充填采场的温度对胶凝材料的反应速度和凝胶组分的提高是有帮助的，另一方面，由于充填体热阻较大，过量的水化反应热对充填体质量是有害的。

(5) 充填体强度要求与采矿方法、爆破参数和炮孔直径相关联。充填体强度的稳定性随胶结料含量的增加而提高，稳定的暴露面高度随暴露面宽度的增加而减小，稳定性随暴露面的扩大程度而减小，表面破坏发生在严重破坏之前。

[1] 苏 亮,江 波.块石胶结充填工艺中关键技术参数的控制[J].矿业研究与开发,2014，34(07):1￣4,53. [2] 徐黎明.广州黄埔大桥承台大体积混凝土温控研究[D]. 武汉: 武汉理工大学, 2007.[3] 周 曼,李铁一,等.细粒铁尾矿固化造块及其机制的研究[J]. 矿业研究与开发,2014(02):84￣88. [4] 许青海.浅谈矿渣微粉在混凝土搅拌站使用应该注意的几个问题[J].福建建材, 2011 (1): 52￣53.

2015￣02￣28)

于海清(1965￣ )，男，安徽芜湖人，工程师，主要研究采矿工艺、矿山充填技术,Email：csuboy520_shi@163.com。