某礦山尾砂充填骨料的選擇

楊 超，郭利杰，侯國權(quán)，許文遠(北京礦冶研究總院，北京 100160)

某礦山尾砂充填骨料的選擇

楊 超，郭利杰，侯國權(quán)，許文遠
(北京礦冶研究總院，北京 100160)

南方某黃金礦山，由于多年開采目前井下形成大量采空區(qū)，從而破壞了巖體的原巖應力平衡，成為影響礦山安全生產(chǎn)最主要的危險源，采用尾砂充填采空區(qū)是消除潛在危險源的最有效手段。但礦山自身沒有可以利用的充填骨料。為了選取適合本礦山充填所需的骨料，分別對黃獅澇尾礦庫尾砂和水木沖尾礦庫尾砂進行基本物化特性分析，同時開展沉降及滲透性、料漿流動性及充填體強度等性能測試分析；其測試結(jié)果表明，水木沖尾礦庫尾砂各項性能均優(yōu)于黃師澇尾礦庫尾砂，最終結(jié)合礦山實際情況選取水木沖尾礦庫尾砂為礦山充填所用尾砂；并根據(jù)充填配比試驗結(jié)果及結(jié)合充填料漿流動性，確定礦山最佳充填料漿參數(shù)為：料漿濃度72%、灰砂比1∶8至1∶4。

礦山充填；充填尾砂；尾砂特性；料漿流動性

南方某黃金礦山，由于多年開采形成了大小不同、數(shù)量近百個采空區(qū)，且隨礦山生產(chǎn)，井下采空區(qū)數(shù)量逐漸增加，空區(qū)體積逐漸增大，截至目前，礦山已有超過130萬m3的采空區(qū)。大量采空區(qū)的存在，破壞了巖體的原巖應力平衡，成為影響礦山安全生產(chǎn)及礦區(qū)人員財產(chǎn)安全最主要的危險源[1]。采用尾礦充填能夠有效地進行空區(qū)處理，不僅可以消除空區(qū)的安全隱患，還可以增加礦石回收率及降低貧化率[2]。

由于礦山自身沒有可以利用的充填骨料，經(jīng)多次調(diào)研分析，最終確定采用周邊已經(jīng)閉庫的尾礦庫中的尾砂作為充填骨料，經(jīng)過對比分析可作為充填骨料的尾砂來源有水木沖尾礦庫尾砂和黃獅澇尾礦庫尾砂，本文對兩種尾砂分別通過基本物化特性、沉降及滲透性、料漿流變性及充填體強度等方面進行全面分析對比，從而選取合適的尾砂及確定最佳的充填參數(shù)。

1 尾砂基本物化特性

1.1 尾砂化學成分

兩種尾砂化學成分測試結(jié)果見表1、表2。

從表1、表2中可以看出，兩種尾砂中TFe、SiO2、CaO、MgO、Al2O3含量較高，有利于充填體強度增加。兩種尾砂中的S含量較一般尾砂含量高，其中黃獅澇尾砂和水木沖尾砂分別達到了12.73%和9.24%，存在潛在的酸性，可能會活化重金屬污染地下水。因此，在充填時對空區(qū)排出的水進行集中沉淀收集，通過井下水倉排放至地表集中處置。另外，兩種尾砂中有害物P2O5、As含量均較少，并且水木沖尾礦庫尾砂中的含量較黃獅澇尾礦庫尾砂更低?？傮w來看兩種尾砂可作為井下充填材料。

表1 黃獅澇尾砂化學元素及其氧化物分析結(jié)果/%

表2 水木沖尾砂化學元素及其氧化物分析結(jié)果/%

1.2 尾砂物理參數(shù)

按照土工試驗規(guī)程進行了尾砂比重、容重、孔隙率的測定，其結(jié)果見表3。

1.3 尾砂粒度分析

尾砂的粒級組成，見表4、表5。

表3 尾砂基礎(chǔ)物理參數(shù)表

表4 黃獅澇全尾砂粒徑分布含量表

表5 水木沖全尾砂粒徑分布含量表

通過計算知水木沖尾砂不均勻系數(shù)為20.89，尾砂顆粒不均勻系數(shù)大于5，屬于顆粒級配不均勻尾砂，尾砂整體偏粗；黃獅澇尾砂不均勻系數(shù)為16.63，屬于顆粒級配不均勻尾砂，相對缺失粗顆粒的類型。

2 尾砂沉降與滲透性

2.1 尾砂沉降速度

全面了解和掌握全尾砂的沉降性能，獲取全尾砂在不同濃度下的沉降速度，探尋全尾砂沉降規(guī)律，從而為全尾砂的輸送、立式砂倉的儲存與濃縮提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[3]。

針對黃獅澇尾砂和水木沖尾砂設(shè)計試驗濃度分別為15%、20%、25%、30%四種濃度自然沉降試驗，通過過試驗可以看出，尾砂在剛開始沉降時，基本以恒定的沉降速度沉降；當達到一定的沉降高度后，沉降速度逐步減小，最后達到一定高度后直至穩(wěn)定。據(jù)尾砂在立式砂倉中的沉降規(guī)律，結(jié)合試驗情況，尾砂自然沉降速度應該按照尾砂前期均勻沉降速度計算。其計算結(jié)果見表6。

在水木沖尾砂自然沉降試驗中發(fā)現(xiàn)：其中粗顆粒尾砂沉降速度極快，在45秒內(nèi)能夠完成沉降需求，總體來看自然沉降能夠滿足立式砂倉沉降要求。

在完成尾砂自然沉降試驗后，用虹吸方式吸走澄清液面上面的清水，測定其砂漿濃度。通過試驗測定黃獅澇全尾砂不同濃度條件下終了濃度結(jié)果見表7，表8為水木沖尾砂自然沉降終了濃度。

表6 黃獅澇尾砂沉降速度表

表7 黃獅澇尾砂自然沉降試驗終了濃度結(jié)果

表8 水木沖尾砂自然沉降試驗終了濃度結(jié)果

從測試結(jié)果來看，水木沖尾砂沉降速度要大于黃獅澇尾砂，而且黃獅澇尾砂沉降速度過慢，難以滿足立式砂倉沉降濃縮的需求，為提高沉降效率需要外加絮凝劑才能滿足砂倉沉降需求，從而增加了充填成本。另外，從尾砂沉降后的終了濃度來看，水木沖尾砂要高于黃獅澇尾砂，進而有利于提高充填濃度。因此，從立式砂倉尾砂沉降濃縮及充填放砂濃度方面比較水木沖尾砂要優(yōu)于黃獅澇尾砂。

2.2 尾砂滲透系數(shù)

尾砂滲透性是指充填尾砂滲透脫水的難易程度，即透水性，通常用滲透系數(shù)(cm/h)表示[4]。滲透系數(shù)大，表明充填料中的水就能夠在預定的脫水范圍內(nèi)容易滲透出來。

通過試驗測定水木沖尾砂滲透系數(shù)為3.01cm/h，黃獅澇尾砂滲透系數(shù)為0.7cm/h。從測試結(jié)果來看，水木沖尾砂滲透能力是黃獅澇尾砂的4.3倍。從滲透的方面來看，水木沖尾砂在井下更易于實現(xiàn)脫水，黃獅澇尾砂難以脫水。

3 料漿流動性

充填料漿采用管道自流輸送至井下采場時，要求其具有良好的流動性[5]，在試驗室采用“坍落筒法”進行擴散度測定，來判斷其在不提供外加動力下的流動性。圖1、圖2為兩種尾砂流動狀態(tài)圖。表9、表10為兩種尾砂擴散度試驗結(jié)果。

圖1 料漿流動狀態(tài)
(黃獅澇尾砂68%濃度)

圖2 料漿流動狀態(tài)
(水木沖尾砂72%濃度)

表9 黃獅澇尾砂充填料漿擴散度試驗數(shù)據(jù)/cm

表10 水木沖尾砂充填料漿擴散度試驗數(shù)據(jù)/cm

從試驗結(jié)果來看，黃獅澇尾砂充填料漿濃度在62%以下時流動性較好，64%時自流輸送困難，濃度大于66%時不能實現(xiàn)自流輸送。而水木沖尾砂充填料漿濃度在74%以下時流動性較好，76%時自流輸送困難，濃度大于76%時不能實現(xiàn)自流輸送。

4 充填體強度

根據(jù)充填料漿流動性結(jié)果，在兩種尾砂充填料漿具有良好流動性的濃度范圍內(nèi)，設(shè)計強度配比試驗，表11及表12為其試驗結(jié)果。

表11 黃獅澇尾砂充填體抗壓強度/MPa

表12 水木沖尾砂充填體抗壓強度/MPa

通過強度試驗發(fā)現(xiàn)，黃獅澇尾砂充填體從28天標準齡期強度來看，其充填料漿在可輸送范圍內(nèi)(自流輸送64%濃度以內(nèi))其強度除砂灰比為4時強度較高以外，其余強度均偏低，不適宜礦山工藝充填的需求；另外，水木沖尾砂強度數(shù)據(jù)來看，在充填體養(yǎng)護齡期28天，灰砂比大于1∶10(包含)，濃度在70%以上時，其強度均大于1MPa以上，根據(jù)礦山充填經(jīng)驗來看，此結(jié)果較為理想。

5 結(jié) 論

本文分別對黃獅澇尾礦庫尾砂和水木沖尾礦庫尾砂進行了對比分析，最終得到以下結(jié)論。

1)從尾砂基本物化特性、沉降及滲透性對比分析兩種尾砂，其中水木沖尾砂各項指標均優(yōu)于黃獅澇尾砂。

2)從充填料漿流動性試驗及強度試驗結(jié)果來看，水木沖尾礦庫尾砂能夠?qū)崿F(xiàn)高濃度充填(濃度大于70%)，并且充填體強度整體優(yōu)于黃獅澇尾礦庫尾砂。

3)根據(jù)試驗研究結(jié)論推薦礦山采用水木沖尾砂作為礦山充填尾砂，并且通過試驗確定尾砂料漿自流輸送時最佳的充填配比參數(shù)為：充填料漿濃度72%、充填料漿灰砂比1∶8至1∶4。

[1] 王新民.深井礦山充填理論與技術(shù)[M].長沙：中南大學出版社，2005：57-63.

[2] 劉同有.充填采礦技術(shù)與應用[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2003：17-19.

[3] 許毓海，許新啟.高濃度(膏體)充填流變特性及自流輸送參數(shù)的合理確定[J].礦冶，2004，13(3)：16-19.

[4] 焦華喆，王洪江，吳愛祥，等.全尾砂絮凝沉降規(guī)律及其機理[J].北京科技大學學報，2010，32(6)：702-706.

[5] 余斌，張紹才，李政，等.高濃度尾砂充填料漿管道輸送性能試驗[J].河北冶金，2003(3)：7-10.

中國將與CCOP成員國開展海岸帶和海洋地學領(lǐng)域合作

11月25日，第51屆東亞東南亞地學計劃協(xié)調(diào)委員會(CCOP)年會海岸帶地質(zhì)與災害防治技術(shù)專題論壇在陜西西安舉行。記者在論壇上獲悉，中國將與CCOP成員國、東盟成員國開展海岸帶和海洋地學領(lǐng)域合作，共同解決區(qū)域性重大地質(zhì)問題，提高應對海岸帶地質(zhì)災害的能力。

海洋是連接CCOP成員國的重要紐帶，海岸帶地區(qū)資源可持續(xù)開發(fā)利用、生態(tài)環(huán)境保護和防災減災，是所有CCOP成員國共同面臨的問題和挑戰(zhàn)。2014年以來，中國政府提出了“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略，中國將在這一戰(zhàn)略指導下開展與CCOP成員國在海岸帶和海洋地學領(lǐng)域的合作。近期，中國地質(zhì)調(diào)查局提出的“中國-東盟海洋地學研究與減災防災的倡議：項目獲得批準，該項目將通過海岸帶地質(zhì)災害地學研究、地質(zhì)災害監(jiān)測示范區(qū)建設(shè)等工作，著力推進中國與CCOP成員國、東盟成員國之間的人員交流、資源共享、案例研究和技術(shù)推廣，共同提升海洋地學認知水平，攜手提高科學預測、防災減災和海洋礦產(chǎn)資源評價能力。未來5年內(nèi)，我國將為CCOP和東盟國家培訓一批海洋地學技術(shù)專家。

The choice of a mine’s tailings filling material

YANG Chao，GUO Li-jie，HOU Guo-quan，XU Wen-yuan

(Beijing General Research Institute of Mining & Metallurgy，Beijing 100160，China)

With several years of mining，a large quantity of cavities are formed in a gold mine in the south area，which damages the stress of primary rock balance of the rock mass and becomes the major source of danger influencing the safety of the mine and adopting tailings to fill in thecavities is the most efficient method to eliminate the potential source of danger.But the mine has no filling aggregates by itself.In order to select the applicable aggregates required for filling in the mine，we analyzed the basic physicochemical properties of the Huangshilao tailings and shuimuchong tailings respectively，and at the same time，we tested and analyzed the properties of sedimentation，permeability，slurry mobility and intensity of filling aggregates，etc.；according to the test results that，the properties of Shuimuchong tailings are better than the Huangshilao tailings.Finally，we decide to choose the Shuimuchong tailings to fill in the mine on consideration of the actual conditions of the mine；we confirm the optimal filling slurry mobility parameters as followings according to the filling ratio test result and on combination of the filling slurry mobility：72% of filling slurry concentration and 1∶8 to 1∶4 of cement-sand ratio.

mine filling；backfilling tailings；tailings features；slurry mobility

2015-02-27

國家科技支撐計劃項目資助(編號：2013BAB02B02)；國家國際科技合作專項資助(編號：2014DFR70340)；國家國際科技合作專項資助(編號：2014DFA70760)；北京礦冶研究總院科研基金重大項目資助(編號：YJZ-2013-0200)

楊超(1983-)，男，碩士，工程師，主要從事礦山充填工藝與技術(shù)研究工作。E-mail：yclql@163.com。

TD353

A

1004-4051(2015)12-0168-04