充填料浆沉缩性能试验研究

孙长坤 于永纯 魏晓明

(1.云南黄金矿业集团股份有限公司，昆明 650200；2.矿冶科技集团有限公司，北京 100160)

在矿山充填工程中，泌水和沉缩率是比较重要的物理指标，相关课题具有非常重要的意义。针对不同配方的充填物料，其自由沉降的过程中由于水和胶凝材料的含量不同，从而会造成混合料浆表面出现不同程度的泌水沉缩现象[1]。同时，由于物料的物理性质，胶结剂与骨料凝结的过程是颗粒与颗粒的填塞过程，因此导致充填料浆凝结后体积相应减小，表征为充填体沉缩性能[2]。给料浓度(或称初始浓度)的不同会造成尾砂浆的沉降过程和相应的工艺指标迥异[3-6]。吴千亮等[7]、曹三六等[8]、魏晓明等[9]、李瑞龙[10]、马俊荣[11]在大量的试验研究基础上，对尾砂料浆泌水沉降性能进行了深入的研究，认为同等水泥含量条件下，浓度越高，料浆的沉缩率越小；在相同浓度条件下，沉缩率随着水泥添加量的增加而逐渐减少。料浆浓度和水泥添加量对沉缩率都有影响，但料浆浓度的影响更加显著。本文通过对云南黄金矿业集团股份有限公司保山金厂河铅锌矿的全尾砂沉缩过程的试验观察，研究其泌水沉缩特性，开展了水泥添加量与料浆浓度对泌水沉降影响的正交试验，分析了水泥添加量与料浆浓度对其影响的规律，得到了适合保山金厂河铅锌矿充填料浆的水泥添加量与料浆浓度，为矿山实际生产提供理论支撑，具有指导意义。

1 充填料浆沉缩率测定

充填料浆的泌水沉缩率主要受胶凝剂添加量及料浆浓度影响，充填料浆形成充填体后体积减小量占料浆总体积的百分比称为沉缩率，沉缩率是表征充填料浆的沉缩性的重要指标。自然沉缩是充填料浆经脱水或在自重作用下产生的，沉缩的原因是固体颗粒流失及颗粒间的空隙减少，流失主要是脱水时被水带走了部分细颗粒，空隙减少是因为颗粒发生重新排列。本文以保山金厂河铅锌矿的全尾砂作骨料，普通硅酸盐水泥作胶凝剂。

1.1 试验配比

设计试验灰砂比分别为全尾砂浆、1∶4、1∶6、1∶8，料浆浓度分别配制成60%、62%、64%、66%、68%、70%，养护龄期分别为4、24、48 h。试验配料表如表1所示。

表1 充填配比试验配料表Table 1 Filling ratio test ingredients

泌水沉缩测定试验的前4 h内，充填料浆比较混浊，充填料浆与水界面难以分辨。在4～24 h内，充填料浆与水界面清晰可见，料浆沉降较快，沉缩率随着料浆沉降而增大。在24～48 h内，料浆沉降较缓慢，沉缩率随着料浆缓慢沉降而小幅增大，其中在36～48 h内，料浆基本无沉降，沉缩率保持稳定。

1.2 试验结果

因养护龄期48 h后沉缩率保持稳定，故本文研究选取养护龄期48 h后的沉缩率作为研究对象。详见图1。

图1 不同配比不同浓度沉缩试验Fig.1 Different ratio and different concentrations of heavy shrinkage test

当灰砂比为1∶4时，60%～70%的砂浆沉缩率为15.89%～0%；当灰砂比为1∶6时，60%～70%的砂浆沉缩率为19.85%～0.39%；当灰砂比为1∶8时，60%～70%的砂浆沉缩率为20.16%～0.76%；当全尾砂浆时，60%～70%的砂浆沉缩率为31.16%～13.50%。详见表2。

表2 不同灰砂比48 h沉缩率汇总Table 2 Different contrast than 48 h shrinkage summary

2 充填料浆沉缩规律分析

根据上述试验数据，得出充填料浆沉缩率随着水泥添加量和料浆浓度的变化趋势，进而分析充填料浆沉缩规律。图2为充填料浆沉缩率与料浆浓度的关系曲线；图3为充填料浆沉缩率与灰砂比的关系曲线。

图3 沉缩率与灰砂比的关系曲线Fig.3 Shrinkage and contrast relation curve

从图2可以看出，全尾砂浆沉缩率明显高于胶结充填料浆沉缩率；同等配比条件下，沉缩率随料浆浓度增加而减小；同等配比条件下，料浆浓度在60%～66%时，沉缩率随料浆浓度增加而减小的现象明显，料浆浓度在66%～70%时，沉缩率随料浆浓度增加而减小的现象不明显。

图2 沉缩率与料浆浓度的关系曲线Fig.2 Shrinkage and slurry concentration curve

从图3可以看出，全尾砂浆沉缩率明显高于胶结充填料浆沉缩率；同等料浆浓度下，沉缩率随灰砂比的增大而减小；同等料浆浓度下，灰砂比配比在1∶8～1∶4之间，沉缩率随配比的增大而缓慢减小；料浆浓度为70%时，料浆沉缩率变化幅度很小，基本没有沉缩。

3 工程应用

云南保山金厂河铅锌矿于2020年8月份在1750中段23#采场开展现场工业试验，充填料浆浓度为70%～72%，灰砂比为1∶4。经过2个月连续充填，于10月份充填接顶，现场照片如图4所示，胶结充填料浆沉缩率很小，接顶效果工程效果优良，试验结论在金厂河矿成功应用。

图4 胶结充填料浆现场应用Fig.4 Field application of cemented filling slurry

4 结论

根据沉缩试验结果，得出如下结论：

1)胶结充填料浆沉缩率小于非胶结充填料浆；

2)在胶结充填料浆中，随着料浆浓度增大，料浆沉缩率会逐渐减小；

3)在充填料浆浓度为60%～68%范围中，随着灰砂比增大，料浆沉缩率会逐渐减小；在料浆浓度达到70%时，料浆沉缩率变化幅度很小，基本没有沉缩。为使充填体沉缩率小甚至不沉缩，建议充填站初始料浆浓度不低于70%；

4)金厂河充填站初始料浆浓度为70%～72%范围中，工程效果优良，试验结论在金厂河矿成功应用。