銅綠山礦新型膠結(jié)充填材料工業(yè)化試驗(yàn)

梅世洲

(大冶有色設(shè)計(jì)研究院有限公司)

銅綠山礦新型膠結(jié)充填材料工業(yè)化試驗(yàn)

梅世洲

(大冶有色設(shè)計(jì)研究院有限公司)

隨著銅綠山礦地下產(chǎn)能的擴(kuò)大，選礦技術(shù)的提高，公司精益化管理加強(qiáng)，礦山尾砂越來越細(xì)，充填壓力日漸加大。為了解決銅綠山礦目前充填生產(chǎn)所存在問題，進(jìn)行了銅綠山礦新型膠結(jié)充填材料工業(yè)化試驗(yàn)，以進(jìn)一步探討銅綠山礦新型膠結(jié)充填材料的工業(yè)化作用。

尾砂 膠結(jié)充填材料 工業(yè)化試驗(yàn)

銅綠山銅鐵礦自20世紀(jì)90年代以來，一直采用水泥尾砂膠結(jié)材料充填采空區(qū)，效果較好。近年來，由于改用全尾砂水泥膠結(jié)充填，生產(chǎn)狀況不理想，主要表現(xiàn)為充填體的強(qiáng)度達(dá)不到生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，影響礦山正常生產(chǎn)作業(yè)[1-4]。為了保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行，常常在膠結(jié)鋪面生產(chǎn)中拋石填筑作業(yè)工作面，增加膠結(jié)面的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，以保證設(shè)備作業(yè)安全。為了保證采礦安全，經(jīng)常預(yù)留保安壁，礦石損失加大，此外，充填膠面凝結(jié)硬化時(shí)間延長，充填循環(huán)作業(yè)時(shí)間加長。由于充填成本壓力，水泥實(shí)際單耗低于設(shè)計(jì)單耗，充填生產(chǎn)跑漿嚴(yán)重。為此，有必要探索新型的膠結(jié)充填材料，以降低礦山生產(chǎn)成本。

1 新型充填膠凝材料試驗(yàn)

試驗(yàn)中使用的充填材料為：①華重充填工程材料有限公司的充填膠凝材料；②湖北中固科技股份有限公司HAS土壤膠固劑。試驗(yàn)中將上述材料與生產(chǎn)使用的大冶成美水泥進(jìn)行對(duì)比分析研究，試驗(yàn)灰砂比為1∶10。利用現(xiàn)有的充填系統(tǒng)，在生產(chǎn)采場分別進(jìn)行試驗(yàn)。

1.1 新型充填膠凝材料

(1)華重充填膠凝材料。該材料外觀呈灰白細(xì)粉末狀，密度為2.8 g/cm3，表觀密度為1 160 kg/m3，主要化學(xué)成分有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、SO3，該材料無毒、無害，環(huán)境友好。

(2)中固HAS土壤膠固劑。HAS土壤固化劑是以工業(yè)廢渣為主要原材料生成的一種新型水硬性硅鋁基膠凝材料，該材料外觀上呈灰色細(xì)粉末狀，有刺鼻的氨味，主要化學(xué)成分有SiO2、Al2O3、CaO、MgO、P2O5。

1.2 充填試驗(yàn)結(jié)果

1.2.1 華重充填膠凝材料

華重充填膠凝材料試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 華重充填膠凝材料試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表1可知，實(shí)際充填濃度波動(dòng)大，充填體強(qiáng)度值較高，差異比較大。全膠結(jié)充填無論井口取樣還是井下取樣，3，7，28 d抗壓強(qiáng)度均大于1 MPa。早期強(qiáng)度高，3 d強(qiáng)度就達(dá)1 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)2 MPa,其最高強(qiáng)度幾乎接近4 MPa。

1.2.2 中國HAS土壤膠固劑

中固HAS尾砂膠固料充填試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 中固HAS土壤膠固劑充填試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表2可知，實(shí)際充填濃度達(dá)到設(shè)計(jì)濃度，濃度上下波動(dòng)不大，充填體強(qiáng)度值相對(duì)較高。井下充填體3 d的抗壓強(qiáng)度接近1 MPa，7，28 d充填體抗壓強(qiáng)度與3 d充填體抗壓強(qiáng)度差別不大。

1.2.3 水 泥

水泥充填試驗(yàn)結(jié)果見表3。由表3可知，井下充填體3 d的抗壓強(qiáng)度平均為0.28 MPa，7，28 d充填體抗壓強(qiáng)度與3 d充填體抗壓強(qiáng)度差別不大，均很低，不能滿足采礦出礦要求，這與實(shí)際生產(chǎn)情況吻合。

表3 水泥充填試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2 充填試驗(yàn)結(jié)果分析及評(píng)價(jià)

試驗(yàn)中共計(jì)測試了2種新型尾砂膠固料，由表1～表3可知，2種尾砂膠固料膠凝效果均優(yōu)于水泥充填。

通過對(duì)充填采場現(xiàn)場進(jìn)行了實(shí)地踏勘，華重充填膠凝材料在排完采場積水后，采場充填體表面有1層厚2～3 cm泥漿，以下為堅(jiān)實(shí)的充填體，用腳蹬踏充填體后，出現(xiàn)少量碎塊。經(jīng)過1 d后，人可以在充填體上行走，第2 d后采用鐵鍬刻槽較困難，第3 d采用洋鎬開挖取樣、掘進(jìn)極其困難。表明該材料的充填體已凝固，能滿足采礦出礦的生產(chǎn)要求。

中固新型尾砂膠結(jié)材料在排完采場積水后，采場充填體表面有1層極薄的不到1 cm泥漿，以下是堅(jiān)實(shí)的充填體，用腳蹬踏充填體，基本沒有什么反應(yīng)。第1 d后人可以在其上自由行走，第2 d用鐵鍬刻槽困難，第3 d采用用洋鎬開挖取樣、掘進(jìn)同樣極其困難。其情形與華重新型膠結(jié)充填材料充填體類似，亦能滿足采礦出礦的生產(chǎn)要求。

3 充填材料環(huán)保性分析

充填材料環(huán)保性關(guān)系著整個(gè)充填生產(chǎn)過程是否環(huán)保，只有采用環(huán)保型的充填材料，充填生產(chǎn)過程中才能盡可能不產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)，充填生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水和廢氣才能達(dá)標(biāo)排放，充填生產(chǎn)過程才能安全。

由廠家提供的信息可知，上述2種充填材料均為環(huán)保型材料。由充填材料生產(chǎn)工藝資料可知：①華重充填膠凝劑主要采用冶金工業(yè)冶煉爐渣，摻加石膏、復(fù)合激發(fā)劑等制作而成；②中固尾砂膠固劑則采用鋼渣、煤灰渣、硫鐵渣、磷渣等，摻加激發(fā)劑制作而成。在華重充填膠凝材料和中固新型充填材料中，其礦渣含量占總質(zhì)量的比例幾乎高達(dá)90%，該類成分基本是常見無機(jī)物，對(duì)環(huán)境和人基本無害。在試驗(yàn)過程中，華重充填膠凝材料無任何氣味，充填采場后，也無任何氣味，而中固HAS尾砂膠固料散發(fā)出強(qiáng)烈的刺鼻性氣味，充填采場后，在采場也留有該強(qiáng)烈的氣味。初步分析可知，充填生產(chǎn)使用膠凝劑、銅綠山礦選廠尾砂中主要是CaO、MgO、Fe2O3、Al2O3、SiO2等無機(jī)物，該類物質(zhì)是常規(guī)物質(zhì)，對(duì)環(huán)境影響不大。而選廠廢水中含有選礦藥劑，銅綠山礦常使用的化學(xué)藥劑主要有黃藥、松油，這2種藥劑均為碳?xì)溟L鏈化合物，非苯類，且用量非常小，廢水中殘留量很少，氣味不重，對(duì)環(huán)境基本無影響。因此，下一步應(yīng)繼續(xù)對(duì)中固HAS材料充填后產(chǎn)生刺鼻性氣體進(jìn)行分析，從環(huán)保和職業(yè)健康角度論證其影響是否在可允許的范圍內(nèi)，確保該材料對(duì)環(huán)境和作業(yè)人員身體健康沒有危害。此外，中固HAS充填材料生產(chǎn)原料有磷廢渣，其中有可能伴生放射性元素，會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生放射性危害。此外，上述2種材料在生產(chǎn)過程中均使用了煤，劣質(zhì)煤中砷含量較高，有可能造成這方面的污染。因此，建議在使用上述2種充填膠凝材料時(shí)，應(yīng)進(jìn)行充填體浸出性試驗(yàn)，論證是否存在重金屬污染。

4 結(jié) 論

(1)華重充填膠凝材料和中固HAS新型尾砂膠固料在相同成本的條件下，強(qiáng)度性能均優(yōu)于水泥充填。該2種新型膠結(jié)充填材料充填礦柱，其充填體28 d抗壓強(qiáng)度均大于1 MPa，其充填體強(qiáng)度提高至少40%。2種新型膠結(jié)充填材料充填礦房，鋪面、拉底層，其充填體28 d抗壓強(qiáng)度均大于2 MPa，其充填體強(qiáng)度至少提高80%。

(2)應(yīng)用華重充填膠凝材料進(jìn)行全膠結(jié)充填，當(dāng)充填料漿濃度為66%～70%時(shí)，充填灰砂比預(yù)計(jì)可降至1∶12～1∶15；應(yīng)用華重充填膠凝材料進(jìn)行鋪面膠結(jié)充填，當(dāng)充填料漿濃度為68%～70%時(shí)，充填灰砂比預(yù)計(jì)可降至1∶8～1∶10。

(3)應(yīng)用華重充填膠凝料和中固HAS新型尾砂膠固料，充填體的凝固時(shí)間由7 d降至3 d。由于在試驗(yàn)過程中，中固HAS尾砂膠固料存在強(qiáng)烈的刺鼻性氣味，該類氣味是否具有有害性，有待于進(jìn)一步分析。因此，建議優(yōu)先選擇使用華重充填膠凝材料。

[1] 梁志強(qiáng).利用尾礦制備井下膠結(jié)充填材料的研究[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2014(3)：69-72.

[2] 胡家國，古德生.銅山銅礦尾砂膠結(jié)充填試驗(yàn)研究[J].有色金屬：礦山部分，2003(4)：127-130.

[3] 劉明生，龔浩源.銅山銅礦尾砂膠結(jié)充填技術(shù)試驗(yàn)研究[J].采礦技術(shù)，2004(3)：1-3.

[4] 沈 剛，龔浩源.銅山銅礦充填材料試驗(yàn)研究[J].采礦技術(shù)，2005(2)：23-24.

2015-01-04)

梅世洲(1964—)，男，工程師，435005 湖北省黃石市新下陸冶煉路65號(hào)。