鏡鐵山礦樺樹溝銅礦全尾砂膠結充填物料性能研究

摘 要：鏡鐵山礦樺樹溝銅礦利用尾砂、水泥做為膠結材料充填采空區(qū)，通過對尾沙粒度、比重、塌落度、灰砂比，充填體性能等的參數(shù)研究，選擇適宜礦山實際的參數(shù)，滿足充填需要。

關鍵詞：全尾砂 膠結充填 充填體性能

中圖分類號：TD3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（c）-0090-02

1 礦山現(xiàn)狀

鏡鐵山礦是酒泉鋼鐵（集團）有限責任公司下屬礦山，礦區(qū)位于酒泉市南西40°方向直距60 km處，行政區(qū)劃隸屬于甘肅省肅南裕固族自治縣管轄。

鏡鐵山礦分黑溝和樺樹溝礦區(qū)，銅礦位于樺樹溝礦區(qū)Ⅴ號鐵礦體的下盤，賦存于2360～2940m水平，目前Ⅴ號鐵礦體已開采至2955 m水平，由于上部尚未開采的鐵礦Ⅴ礦體生產(chǎn)不能與銅礦生產(chǎn)相協(xié)調(diào)，為避免礦產(chǎn)資源浪費，銅礦開采必須超前鐵礦開采，為協(xié)調(diào)鐵、銅礦的開采，保護上盤的鐵礦，避免資源損失，設計采用階段空場事后膠結充填采礦法。

2 充填系統(tǒng)工藝流程

充填物料采用樺樹溝銅選廠全尾砂及水泥作為充填料。通過選廠旁尾砂泵站將45%左右的尾砂通過管道從銅選廠輸送到+2640 m主平硐口，沿主斜坡道輸送至井下+2880 m和+2760 m充填制備站（至+2880 m距離為7.8 km，高差240 m，至+2760 m距離為8.1 km，高差120 m），尾砂輸送至井下+2880 m和+2760 m充填制備站的尾砂池。充填料漿采用兩段連續(xù)攪拌制備（攪拌中加入水泥），攪拌好的充填料漿通過活塞泵，經(jīng)井下充填管網(wǎng)充填至采空區(qū)。

3 充填物料性能研究

（1）尾砂粒度測定：采用CILAS1064型激光粒度分析儀進行粒度分級測定，經(jīng)測定尾砂粒級組成如下（如表1）。

結論：從圖表分析得之尾砂平均粒徑d=10.82μm，其中-20μm細顆粒含量為85.68%，該尾砂平均粒徑較小，但顆粒分布較為均勻。參考其他礦山，如南京鉛鋅銀礦充填尾砂平均粒徑d=63.06μm，山東萊新鐵礦尾砂d=60.02μm。該尾砂粒徑雖然較細，但尾砂成分能粗細合理搭配，從而總體上表現(xiàn)為對充填體性能有利的特征。

（2）尾砂比重測定：采用容量瓶法測定。通過一系列試驗，將尾砂的比重、容重、孔隙率、自然安息角等物理性能進行了測定，測定結果如下（如表2）。

（3）充填料漿沉降試驗（如表3）。

結論：通過試驗尾砂沉降24小時最大沉降濃度為67.57%～68.03%，平均為67.8%，尾砂料漿24小時最大沉降容重1.94～1.96 g/cm3，平均1.953 g/cm3?？傮w來說，鏡鐵山銅礦尾砂沉降較慢，生產(chǎn)中可以考慮通過加入絮凝劑的方式加速尾砂的沉降，以縮短充填準備時間。

（4）水泥-尾砂充填料漿坍落度測定（如表4）。

結論：通過塌落度和輸送試驗數(shù)據(jù)表明，水泥-尾砂充填料漿制備輸送濃度為70%～72%時，相應的塌落度為28.0～29.0 cm，料漿流動性明顯改善，同時在管道及采場中呈結構流動而不產(chǎn)生離析分層現(xiàn)象，在管道內(nèi)徑125 mm，流量70 m2/h情況下，管道輸送阻力在1.47～2.95之間，結合自流輸送試驗及理論計算可知，在實際條件下，結合尾砂沉降性能、料漿輸送對輸送泵的性能要求，充填料漿制備輸送濃度可按70%～72%考慮。

（5）水泥-尾砂充填材料強度配比試驗

試驗采用鏡鐵山礦尾砂，戈壁牌PC32.5級硅酸鹽水泥，采用尾礦水，設計水泥-尾砂充填料漿灰砂比1∶4、1∶6兩組，料漿濃度分別為70%、72%、74%三組，每組試驗進行7天、28天、60天四個齡期的強度測定，采用抗壓強度測試儀器檢測，得到如下數(shù)據(jù)：（如表5）

結論：鏡鐵山礦尾砂各灰沙比的充填料漿試塊凝結硬化性能正常，如尾砂72%的濃度，灰沙比1∶4時7天、28天、60天強度達到1.56、4.067、5.05 MPa。試塊強度可以滿足采礦方法對充填質量的要求，可以作為充填集料應用于生產(chǎn)中。膠結劑可選用普通硅酸鹽水泥。并可在采場充填設計中根據(jù)充填礦體的部位和采礦方法的實際要求設計不同灰沙比的充填料。

（6）尾砂充填料漿能否順利實現(xiàn)管道輸送進入采場填與多個因素有關，包括充填料粒級組成的合理性、充填料漿濃度、充填料漿輸送量、充填管道直徑及材質、管網(wǎng)布置參數(shù)等。對不同濃度的充填料漿進行了試驗，得到如下數(shù)據(jù)（如表6）。

綜述上述分析，含有一定比例的的-20μm顆粒的尾砂料漿，當濃度較高、塌落度為18～20 cm以上時，一旦管內(nèi)流速降低到臨界流速以下或靜止不動，固體顆粒將在自重作用下沉淀于管道底部，即在管道中產(chǎn)生分層、離析等現(xiàn)象。高濃度尾砂料漿的流動性通過賓漢流體分析得之：由于其屈服剪切切應力t0的存在，使得在管內(nèi)流速較小甚至停止流動的狀態(tài)下，充填料中的粗顆粒也不會產(chǎn)生沉降、離析等不良現(xiàn)象，即料漿具有良好的穩(wěn)定性，堵管危險性較小。

4 充填體參數(shù)要求

（1）充填體需要支撐鏟運機運行，根據(jù)招金礦業(yè)、紅透山銅礦等多家采用上向水平分層充填法的礦山充填經(jīng)驗，并結合本礦所用鏟運機各項參數(shù)，認為充填體在15d以內(nèi)能夠凝固并產(chǎn)生強度，28d單軸抗壓強度達到2.5 MPa左右，即能滿足鏟運機運行要求。

（2）根據(jù)金川鎳礦、銅綠山銅礦等礦山實踐經(jīng)驗，結合礦山膠結充填理論，認為當膠結料漿塌落度范圍在18～22 cm時，均具有較好的流動性，可進行較長距離泵送。

5 結論

（1）全尾砂粒徑不均勻系數(shù)，粒徑組成較合理，對全尾砂膠結充填料的流動性和穩(wěn)定性具有很好的作用

（2）通過試驗，結合鏡鐵山礦生產(chǎn)能力、采礦方法等情況可確定較為合理的充填料漿制備輸送參數(shù)如下。

充填料漿濃度：70%～72%。

充填料漿流量：60～70 m3/h。

灰沙比1∶4（采場底部、頂部充填）28天強度>2.5 MPa，60天強度>3.5 MPa，可滿足充填體要求。

（3）試驗表明，所選用的充填材料強度滿足設計要求，可以為礦山提供安全高效的開采方式。同時，將充填制備站建立在井下的成功實踐，也為我國類似條件下開采的礦山提供了經(jīng)驗。

同時必須指出，充填質量與眾多因數(shù)有關，如膠結劑品種與質量、膠結劑添加量、尾砂性能的變化、充填料漿濃度與充填系統(tǒng)運行穩(wěn)定性、充填料漿攪拌均勻性、采空區(qū)充填體養(yǎng)護條件等。不同采礦方法及結構參數(shù)對充填體強度具有不同的要求，所以在今后的充填工作中必須詳細設計并不斷的優(yōu)化，以最終滿足礦山要求。

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