全尾砂與分級尾砂膠結充填強度的試驗研究

任少峰，張忠輝，楊紀光，司呈斌，張海濤

(山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司焦家金礦， 山東 萊州市 261441)

全尾砂與分級尾砂膠結充填強度的試驗研究

任少峰，張忠輝，楊紀光，司呈斌，張海濤

(山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司焦家金礦， 山東 萊州市 261441)

充填采礦方法是現代地下礦山開采的主要方法。某金礦使用粗尾砂進行膠結充填，造成了大量的細尾砂排放到尾礦庫中，增加了整個開采成本和安全隱患。為了改進充填骨料，對全尾砂充填進行了通過試驗對比。試驗表明，全尾砂充填體的強度高于粗尾砂充填體，可滿足采礦方法的要求，并能有效降低采礦損失率和貧化率。

充填采礦；全尾砂；分級尾砂；充填強度

1 礦山充填現狀概述

山東黃金集團某金礦礦體儲量大，品位較高，是國內大型金礦之一。礦體形態(tài)變化大，上盤圍巖破碎，在礦體上部地表有農田和民房，開采過程中需加以保護。為了防止地表塌陷和減少礦石的損失和貧化，采礦方法主要為上向水平分層充填采礦法，對充填體強度的要求較高。隨著生產能力的不斷提高，充填系統(tǒng)和工藝不斷改進，充填材料最先使用普通425水泥作為膠結材料，經過大量的試驗和研制，開發(fā)了低成本、高含水、速凝、高強度的新型礦用充填膠凝材料(后經改進簡稱C料)； 骨料主要來源于該金礦選廠處理后的分級脫泥尾砂(即粗尾砂)，平均粒徑0.1 mm，而經旋流器分級后剩下的細顆粒尾砂則排放到尾礦庫。

尾砂分級脫泥不僅降低了尾砂利用率(一般只有50%左右)，而且細泥尾砂堆壩更加困難，并且隨著尾砂排放量的增加，尾礦庫的經濟成本和安全成本越來越大。分級尾砂充填料漿在充入采場后的脫水過程中會發(fā)生離析、分層現象，導致充填體的整體性不好，強度不高，在脫水的過程中帶走部分料漿，污染井下作業(yè)環(huán)境，間接導致礦石貧化率增大。為了有效利用尾砂，減小尾礦庫的負擔能力和安全隱患，探索采用全尾砂膠結充填，既能解決尾砂的利用問題，又能保證充填體強度滿足采礦需要。

2 尾砂的物化性能

2.1 尾砂的粒級組成

尾砂的粒級組成采用振篩法和光電粒度分布儀分析法聯合測定。其粒級組成見表1，粒度分布的特征見表2。

2.2 尾砂的化學成分

表1 尾砂的粒級組成

表2 尾砂的粒級分布

表3 尾砂的化學成分

尾砂的化學成分見表3。通過化學成分分析，發(fā)現尾砂中SiO2含量高達72.58%，Al2O3達13.8%，尾砂自身具有潛在的膠結性能。

3 全尾砂與分級尾砂充填體強度對比試驗

充填體強度的高低直接影響著礦體能否安全、持續(xù)地開采，因此對影響充填體強度因素的分析意義重大。影響充填體強度的因素很多，一般包括材料方面因素、制備因素、施工條件等幾個方面，所配制的膠結體強度的高低是各種因素綜合作用的結果。

骨料是膠結充填體的基本部分，骨料級配及質量不僅對膠結料的和易性有很大影響，而且對強度影響也很大，因此該試驗選擇骨料粒徑進行強度對比研究。

采用全尾砂和經旋流器分級后的粗尾砂分別與該礦生產的膠結材料進行試驗，制定試驗方案，確定充填配比、濃度和養(yǎng)護期。

在常溫條件下進行制漿，將漿體澆注入7.07 cm×7.07 cm×7.07 cm標準三聯金屬試模中，試塊在初凝后脫模，放入養(yǎng)護箱中進行標準養(yǎng)護，到達規(guī)定齡期后，在壓力機上進行單軸抗壓強度測試。

充填體配比及主要參數如下：

(1)模擬輸送濃度70%(目前該金礦的充填輸送濃度為70%)；

(2)配比試驗為尾砂：膠結材料料=1∶4、1∶10、1∶20；

(3)養(yǎng)護期分別為3，7，14 d。

表4 充填材料強度試驗結果

從表4中可以明顯的發(fā)現，全尾砂充填的強度要大于粗尾砂充填，說明全尾砂比粗尾砂有更好的力學性能。該礦主要采用上向水平分層充填采礦法，因此在進路回采過程中對充填體的強度要求較高，而選用全尾砂充填能更好的滿足采礦方法的要求，既能減小尾砂貧化又能保證開采安全。

4 結 論

通過試驗，得出全尾砂充填體的強度大于分級后的粗尾砂充填體強度。采用全尾砂充填不僅提高了充填體的強度，減小開采貧化率，更能減少細顆粒尾砂的排放，減輕尾礦庫的負擔，降級尾礦建設成本和減弱尾礦庫的安全隱患。

但是該試驗只建立在70%濃度的前提下，對其他濃度未進行試驗驗證，對于充填體的其他性能指標如塌落度、流變特性等未進行檢測，因此下一步的試驗中應充分考慮其他影響因素，并進行相應的性能檢測，以期能為礦山充填技術服務。

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“十二五”國家科技支撐計劃重點項目(2012BAB08B01).

2013-10-23)

任少峰(1983-)，男，博士，工程師，主要研究方向為采礦技術和工藝，Email：rsf1226@163.com。