金川龙首矿粗骨料充填料浆离析机理的研究

郑治栋

（甘肃有色冶金职业技术学院，甘肃 金昌 737100）

粗骨料充填料离析指的是充填采矿的过程中，料浆中拌合物的各个组成材料之间的粘聚力下降，导致粗骨料发生下沉，胶凝剂和其余的拌合物之间相互分离，料浆的结构容易出现不均的现象。离析现象常表现为浆体和粗骨料的互相分离，密度较大的颗粒沉积在输送管网的底部位置。离析现象发生后，产生的主要危害主要有两种，不仅会造成管道的堵塞，而且会降低充填体的强度。

1 金川龙首矿的地质概述

龙首矿是金川集团旗下的主要矿山之一，建立于1959年，截止到目前，龙首矿每年的生产能力已经达到了140万吨，矿区的地层属于单斜的构造，南西向倾斜，地层之间呈褶曲发育，地层的整体走向呈310°，倾角的大小在40°到70°之间。主要的断裂层情况为：横向的断裂层有F8与F28，纵向的断裂层为F1与F16。龙首矿的矿区产出的岩浆岩不仅包括酸性岩，还包括超基性岩、派生脉岩以及深层岩等等，超基性岩是金川龙首矿的主要岩浆岩。围岩的蚀变主要有透辉石化、水云母化、透闪石化、蛇纹石化以及绿泥石化等等[1]。

矿体主要是由三种类型的矿石构成，有贯入型的硫化镍富矿石，超基性岩型的硫化铜矿石、硫化镍贫矿石与富矿石，接触交代型的硫化铜矿石、硫化镍贫矿石与富矿石。矿山中有80%的富矿石。富矿石分布在矿体的中心部位，贫矿石位于富矿石的四周或者是一侧。

金川龙首矿在长达多年的生产环节中，逐渐总结出了六角形倾斜进路胶结充填的采矿方法，此种方法是基于分层充填方法不断优化而形成的采矿方法，将仿生学原理巧妙地融合在了里面，把原来的进路的正方形转变成了六边形的断面，令采空区的混凝土的充填体呈现出蜂窝状的镶嵌式结构，改善了受力的情况，进一步提升了采矿区的稳定性与安全性，地应力的控制情况良好。

2 金川龙首矿粗骨料充填料浆离析的原因

一般来说，粗骨料充填料浆的构成成分主要包括水、水泥、砂石以及替代外加剂……材料经过充分地搅拌之后形成的，在充填的环节中发生离析的原因，不仅与搅拌的方法、搅拌的时间长短有关，还与水的使用量、凝胶剂的质量不合格、砂料的配比不合理、输送料浆的流速小等原因息息相关，对料浆离析的影响十分巨大。

在充填体当中，水泥属于一种关键性的胶凝材料，属于充填体当中成本最大且最为主要的材料，水泥的质量能够直接影响整个充填体的质量与稳定性，水泥的质量如果发生改变，就很容易出现离析的问题，不仅如此，在水泥中掺入好几种混合料之后，胶凝拌合物的性能会发生一定程度上的改变。大多数矿山为了进一步提升水泥的活性，会最大程度的将水泥的细度提高，但是在提高水泥细度的同时，水的使用量会随之增大，容易大幅降低减水剂的减水作用。所以说，水泥细度的降低，会增大外加剂的使用量，进而导致充填体发生离析。如果水泥的存放时间较久，会降低温度，拌和所需的水的用量也会随之减少，水泥中的细粉颗粒会逐渐凝结在一起，形成体积较大的颗粒，导致水泥颗粒的表面能下降，水泥颗粒吸附减水剂的能力不断下降，常常表现为增强了减水剂的减水作用，进而造成混凝土的拌合物产生沉底或秘浆的问题。在实际的生产环节中，若使用长期存储的水泥，不合理调整各项配比，很容易发生离析现象。

粗骨料充填料浆中使用量最大的一种材料是砂料，浆体的质量取决于砂料的质量，砂料级配的变化也容易引起离析现象，产生离析问题的主要原因分为以下几点。

第一，碎石的粒径变大，单一级配或者是级配的降低都是引起离析发生的主要原因。第二，砂料中的含石量过高，尤其是片状石屑量过多，都会对料浆的和易性产生直接的影响，最终致使混凝土发生较为严重的离析现象。第三，砂石的含水量超过规定的标准，尤其是砂子的含水量，一旦砂子的含水量超过10%，就会导致料浆的浓度控制较为困难，发生混凝土的离析问题。因为砂子中的含水量特别高，砂子的含水通常处在一个过饱和的情况下，致使砂子表层的毛细管内的含水无法及时排出，所以在搅拌的过程中会导致拌合水的使用量过高，而且料浆在管道当中运输时，骨料会持续性的释放毛细管内的水分，影响水泥浆与骨料的粘结效果，导致料浆离析[2]。

3 金川龙首矿粗骨料充填料浆离析的控制方法

（1）胶凝剂的控制。在粗骨料充填料浆中，水泥发挥着胶结的作用，与此同时，水泥的优秀保水特性还可以在输送的系统中发挥出润滑的作用。水泥的使用量具有一个最佳的值，如果水泥的用量低于这个数值，就会降低输送的性能，影响到料浆的均匀性，降低凝胶剂的保水性，极易发生泌水和离析现象，有时还会出现堵管的现象。充填制浆的环节中，需要使用到F类的1级粉煤灰，配比在10%到30%之间，用来代替等量的水泥或者是超量代替水泥，进一步优化料浆的和易性，可以有效控制因为水泥的原因而造成的离析现象。

（2）砂料的控制。由于砂料原因而引起的离析可以采用以下几种方法来进行控制。把预防作为控制的要点，严格落实骨料的进场质量检查的制度，确保骨料的级配质量为最高标准，含泥量不得超过7%，以配合比为标准，适宜的增大给砂量，进一步提高料浆的浓度，有效地改善离析的问题。如果离析的原因是砂料中的片状石屑的体积过大，单单调整砂率无法彻底解决离析问题，还需要增大混凝土的胶结材料的用量，尤其是掺和料的使用量。与此同时，还应当适宜的调整外加剂的使用量的大小。如果离析的原因是含水率的因素，可以适当延长搅拌的时间，提高搅拌桶的也为高度，将原本的1.2m调整到1.8m，将搅拌的时间延长20%左右，或者还可以在骨料中掺加冶炼炉渣或者是其他韩适量较低的辅助骨料，降低粗骨料料浆的整体含水量。

（3）料浆的浓度控制。充填系统中所规定的充填料的浓度质量的具体配比如下：每立方充填料浆中，灰砂的重量比为1:4，砂料使用量为1238kg，水泥的使用量为310kg，水的使用量为436kg，填充料浆的质量浓度为78%。水泥的比重为每立方米3.1t，水的比重为每立方米1t，砂料的比重为每立方米2.67t。

4 结语

综上所述，粗骨料充填料浆离析的原因主要与凝胶材料、砂料的质量以及料浆的浓度有关，可以充分考虑上述控制方法，有效地控制离析现象的发生，保证充填生产的高效性。