养护条件对于胶结充填强度特性影响研究

王 勇 杨新华 崔 浩 宁能才

(1.新疆地矿局第一地质大队；2.湖南煤田地质局油气资源勘探队；

3.西安思源学院城建学院；4.江西省地质调查研究院)

养护条件对于胶结充填强度特性影响研究

王 勇1杨新华2崔 浩3宁能才4

(1.新疆地矿局第一地质大队；2.湖南煤田地质局油气资源勘探队；

3.西安思源学院城建学院；4.江西省地质调查研究院)

某矿山充填系统处于调试阶段，趋于稳定运行后，进行充填试块试验室标准养护及井下采场充填进路养护试验，采用数值拟合的方法分析试块强度与养护时间的对应关系。试验结果表明：采用胶结充填形成最终强度可以满足生产强度要求；养护条件对充填体形成的强度影响较大，标准养护条件下的强度值相对于井下采场养护强度均值较高；充填试块在水环境侵蚀下，强度损伤较高；并提出加强充填质量管理的建议。

膏体充填 养护环境 充填质量 抗压强度

云南某私营铅锌矿被某国有矿企收购，为响应国家环保政策，选用充填采矿法开采，既可保证采矿作业的安全，又可提高矿产资源的回采率，而且开采废石和选矿尾砂可作为充填骨料，解决了之前污染河流的问题[1]。采用下向进路分层充填采矿法，分段高6 m，分层为3 m，每层下1.5 m采用灰砂比1∶4料浆充填，上1.5 m采用灰砂比1∶8料浆充填。矿山充填系统建立之初，研究膏体料浆的各种性能、标准养护条件下与井下养护条件下充填体强度之间对应关系以及充填体在饱水状态下强度的损失，为充填系统的进一步优化及矿山安全生产提供参数指导和可靠性建议。

1 标准养护充填体研究

1.1 试验方案

采场开始充填作业，料浆稳定输出20 min后，直接从采场充填管口获取胶结料浆，将其及时转入矿山膏体试验室进行坍落度、析水率、容重、浓度等指标测试，并进行70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm三联试模浇模，在恒温恒湿养护箱中进行标准养护，测试3，7，14，28 d不同养护期龄试块抗压强度。

1.2 膏体流变性分析

膏体的流变性主要是分析料浆的坍落度与析水率、容重、浓度指标之间的相关性[2-6]。坍落度是检验膏体流变性能的重要指标，影响坍落度的因素有很多[7]。不同灰砂比条件下坍落度与浓度、析水率、容重指标之间相关性见图1～图3。

图1 坍落度与浓度相关性矩阵

图2 坍落度与析水率相关性矩阵

图3 坍落度与容重相关性矩阵

由图1～图3可知，坍落度和浓度之间存在负相关性，坍落度越大浓度越小；坍落度与析水率之间存在一定的正相关性；坍落度和容重之间相关性较弱。充填料浆的浓度越大，则析水率越低，坍落度越小。要保证料浆的正常泵送，必须保证料浆良好的和易性，确保料浆输送过程中具有良好的保水性、流动性和黏聚力。

1.3 充填体强度性能

在充填料浆标准养护条件下，确定灰砂比1∶4和1∶8条件下不同龄期试块的单轴抗压均值，以不同龄期单轴抗压强度均值和对应时间建立关系式

σ=σ0et0/t，

(1)

式中，σ为抗压强度，MPa；t为养护时间，d。

通过式(1)对数据进行拟合，灰砂比为1∶4时，强度与时间关系曲线可表示为

σ=9.61e-5.99/t，

(2)

灰砂比为1∶8时，强度与时间关系曲线可表示为

σ=6.29e-7.55/t.

(3)

不同灰砂比膏体试块强度统计见表1。

表1 不同灰砂比各龄期强度统计(灰砂比1∶4)

2 采场充填块体研究

2.1 试块的取样和加工

在同一分段选取4条进路进行充填体试块取样,见图4。每个试样要保证可以加工成一个70.7mm×70.7mm×70.7mm的立方体试块。将试样放置于井底养护28d后，取样至试验室,取一条进路的试块进行饱水试验，静置浸泡,其余3组进行标准养护,1d后进行抗压强度试验。

图4 采场充填体取样示意

注：充填管架设于端口充填，先进行灰砂比1∶4充填，后1∶8充填；取样编号中“X”为进路采场编号。

2.2 数据统计和分析

试块抗压强度数据经过统计整理见表2。不同灰砂比在同一进路采场不同位置试块抗压强度的对比见图5。

表2 试块抗压强度数据统计

图5 采场不同充填进路不同位置膏体试块强度对比

由表2和图5可知，在不同的灰砂比条件下，灰砂比越高，试块的强度越大，灰砂比提高就意味着充填成本的增加[8]；从端口到端尾，试块的强度逐渐减弱，这是由于充填管口布置在采场端口，充填料浆从端口流向端尾时，料浆中的各种成分的比重不同，物料内部产生一定的离析分层沉淀，料浆产生不均质性；饱水组浸泡过的试块强度远低于其他组相同位置试块强度，在有水浸蚀的条件下，充填体强度会降低,养护的湿度环境对充填体强度有重要影响[9]；1#、2#、3#进路的端口强度均值均略小于标准养护条件下膏体试块强度均值，这是由于井底养护是在充填体完全凝固后进行取样，再继续养护28d，总养护期龄大于28d。

3 结 语

(1)采用不同灰砂比，膏体试块可以较好地满足生产强度要求，节省充填成本。

(2)不同的养护条件对膏体试块强度有重要影响。标准养护条件下的强度值相对于井下采场养护强度值均值较高。可加强采场通风改造，改善采场气候环境，为充填体提供良好的养护环境。

(3)在充填体强度增长期间要加强防水侵蚀，在遇水的情况下充填体最终强度较低。

(4)由于采场充填体强度的不均质性，必须加强充填质量的管理。充填管管口可采用移动式，保证料浆的均值性，从而保证充填体强度整体稳定性。

(5)通过饱水组膏体试块强度的对比可知，地下水对充填体强度影响较大。矿井在河流下方，涌水量较大，采场充填润管、洗管用水较多，造成井下充填区域积水严重，需采用地下水引流方式减少水环境对充填体强度的影响。

(6)该矿山采用下向分层充填法，在充填体形成的人工假顶下作业，充填接顶要安排专人负责，放炮作业要规范，减少采矿作业对相邻采场充填体的爆破振动影响。

[1] 刘同有.充填采矿技术与应用[M].北京：冶金工业出版社,2005.

[2] 张利华.充填料灰砂比控制方法探讨[J].中国矿山工程,2010,39(5):20-22.

[3] 邓代强，韩浩亮，汪令辉,等.充填料浆的泌水沉缩性能分析[J].矿业研究与开发,2012,32(2):15-17.

[4] 许少宽.混凝土的泌水及其质量控制初析[J].科技创新导报,2009(15):47,49.

[5] 周翰斌,吴小晗.浅谈混凝土的泌水及其质量控制[J].华南港工,2005(2):34-36.

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[7] 邓初首，夏 勇.混凝土坍落度影响因素的试验研究[J].混凝土,2006(1):65-66，89.

[8] 周爱民.中国充填技术概述[C]//第八届国际充填采矿会议论文集.北京：中国有色金属学会，2004：1-7.

[9] 张 胜,周锡玲,谢友均,等.养护制度对活性粉未混凝土强度及微观结构影响的研究[J].混凝土,2007(6):16-18.

2015-03-23)

王 勇(1986—)，男，工程师，838204 新疆鄯善县连木沁镇。