鐵礦尾砂充填材料的力學(xué)性能試驗研究

張海發(fā)

（西部礦業(yè)股份有限公司，甘肅 酒泉 736000）

根據(jù)具體的鐵礦的開采的情況，對地表的征地的界限進行劃分，一般來說在地下三百多米以上的地方都可以采用充填的方式來進行開采，這樣可以應(yīng)對各種復(fù)雜的地質(zhì)條件，最大限度的對鐵礦進行開采，還可以有效的抑制圍巖的移動，對地表的環(huán)境進行很好的保護，也能夠很好的處理固體的廢棄物。目前，鐵礦礦山中含有大量的有色金屬以及黑色金屬，因此采用充填的采礦的方式，可以更好的解決開采問題。鐵礦的填充材料的力學(xué)特性等方面的研究，對于鐵礦的開采來說具有重要的意義。

1 尾砂充填材料的組成

1.1 選擇依據(jù)

尾砂充填材料選用的尾砂都會被用語井下的填充，這樣可以很好的減少尾礦的入庫量，讓尾礦庫的使用年限被拉長，這樣才能夠讓固體的廢物資源被合理的利用。采用鐵礦的尾砂作為充填的骨料，會經(jīng)過隔膜泵站的輸送，因此只有特定粒級的尾砂才能夠使用。在對尾砂進行提取的時候，需要以生產(chǎn)建筑砂作為標準和依據(jù)，這樣才能夠?qū)⑹Ｓ嗟奈采斑M行輸送，對建筑工程的空區(qū)進行填充，選用的標號一般為普通的硅酸鹽的水泥，這種膠凝的材料可以更好的進新型的探索實驗，用來服務(wù)后期的生產(chǎn)。

1.2 尾砂的物化性質(zhì)

尾砂的物化性質(zhì)是需要進行測量的，其中化學(xué)元素的分析需要采用半定量的分析方法進行檢測。尾砂中鐵元素的含量是最高的，其次會含有一些鎂、鋁、鈣等元素，但是這些元素的含量比較少，不過可以幫助生產(chǎn)水泥化產(chǎn)物，有利于膠結(jié)充填的過程。尾砂中也會含有一些有毒有害的元素，例如，硼。尾砂的物理參數(shù)的測定也有很多不同的類別，包含有比重，松散容重，自然安息角，松散的容重等，這些可以得到孔隙率。為了滿足礦山的充填要求，有些元素的含量是非常低的，為了能夠?qū)ξ采斑M行激光粒度的測量，需要采用激光粒度的分析儀對其充填的尾砂進行激光粒度的測定，從而得出測試的結(jié)果，根據(jù)結(jié)果來進行尾砂粒級的分布曲線的繪制。由此可以得出尾砂不同顆粒的占比，進行礦山粒度的類比，得到尾砂的粒徑。

2 充填材料配比試驗

尾砂需要進行養(yǎng)護和配比的實驗，可以對砂灰進行測試和配比，料漿的濃度需要控制在一定的條件下，可以對各個組塊的抗壓強度進行配比。充填材料的強度主要受到水泥的影響，如果砂灰的比例出現(xiàn)變化，那么養(yǎng)護齡期的強度也會出現(xiàn)變化，濃度也會隨之增強。砂灰的比例出現(xiàn)變化，強度也會在一定范圍內(nèi)進行變化，隨著濃度的增加，強度會增強。水泥含量試驗組最低的砂灰比是25，此時的強度范圍在1.7左右。強度會隨著濃度的增加而增加，養(yǎng)護齡其的單軸的抗壓的強度比較弱，需要結(jié)合齡期來對其進行增強，強度正常一倍左右。周期如果為28，那么單軸的抗壓的強度也增長大約一倍左右。也就是說，水泥的含量越多，那么強度也會增長，增長率大概在20%左右。如果水泥的含量比較低，那么強度的增長會不明顯。料漿的濃度也會對強度的填充有一定的影響，試驗表明，如果料漿的濃度增加，不管是什么數(shù)值的強度，數(shù)值都是呈現(xiàn)增長趨勢的。出現(xiàn)這種情況的原因是因為濃度如果較高，料漿的質(zhì)地就會更加均勻，不容易出現(xiàn)分層和離析的狀況，會形成比較好的填充質(zhì)量。在試驗的過程中，料漿的流動性會比較差，狀態(tài)也像膏體一樣，因此如果沒有外加劑的幫助下，是很難自流的，因此不建議使用這種方法。如果砂灰比是4，那么單軸的抗壓強度最高為3.9，也就是72%左右，如果砂灰比增加，那么水泥量減少，就會呈現(xiàn)遞減的狀態(tài)。濃度如果為70%，那么強度就會隨著砂灰比進行變化，強度也會不斷的遞減。

3 充填料漿輸送試驗

3.1 擴散度測試

根據(jù)設(shè)計的物料比例，設(shè)置填充物懸浮液，均勻搖晃，用懸浮液填充擴散筒，小心地抽出擴散管并延伸懸浮液，在刻度板上延伸一定的區(qū)域并閱讀規(guī)模。計算兩個方向上的標尺的比例，并計算平均擴散直徑。試驗結(jié)果表明，當(dāng)整個尾礦漿分別為66%和68%時，擴散漿的表面是透明的，而在70%后，它逐漸變稠。整個過程中需要確保物料的比例，設(shè)定好充填物的懸浮液，并且進行擴散的操作，對其進行區(qū)域的規(guī)模的記錄，根據(jù)其中的標尺的比例，來對其擴散的直徑進行計算。實驗結(jié)果說明了擴散漿與尾礦漿有關(guān)，其濃稠程度會發(fā)生相應(yīng)的變化。

3.2 坍落度測定

使用完全自然風(fēng)干的尾礦進行沉降測試，并根據(jù)設(shè)計參數(shù)將其制成高濃度尾礦的懸浮液。在此測試設(shè)計中，對66%和68%具有良好懸浮液流動性的組進行沉降測試。結(jié)果表明，膠砂漿的剩余高度小，最大值僅為2cm，表明全膠砂漿的68%和66%具有較好的流動性和保水性，跌落為28cm～29cm。在進行坍落度的測定之后，需要確保全砂漿的穩(wěn)定性和流動性能更好，這樣才能夠更加適合使用。

3.3 充填料漿L型管道輸送試驗

為了在沒有灌漿問題的情況下進行運輸，有必要對影響運輸阻力的因素進行詳盡的分析和研究。測試了全尾礦全懸浮液的流變參數(shù)，并分析了全懸浮液的初始剪切應(yīng)力和粘度系數(shù)。結(jié)果表明，懸浮液濃度是影響懸浮液剪切變形應(yīng)力的關(guān)鍵因素。對于整個尾礦懸浮液，初始剪切應(yīng)變應(yīng)力隨懸浮液濃度的增加而增加。懸浮液的濃度對懸浮液的粘度系數(shù)具有顯著影響。隨著懸浮液濃度的增加，粘度系數(shù)增加。當(dāng)懸浮液的濃度為68%，70%時，懸浮液的流動阻力在流動過程中變化很小；在懸浮液濃度從70%變?yōu)?2%的過程中，粘度系數(shù)顯著增加。另外，隨著水泥含量的增加，懸浮液的粘度系數(shù)降低。適當(dāng)增加水泥含量有利于降低對懸浮液流動的阻力，并有助于提高填料懸浮液的流動性。每個鐵礦石系統(tǒng)的填充懸浮液的制備容量為100m3/h～120m3/h，每個混合系統(tǒng)的正常容量為100m3/h，最大容量為120m3/h該試驗分析了在填充量為100m3/h和120m3/h的條件下，不同流量（對應(yīng)于管道直徑）下的阻力變化。針對懸浮液的特定濃度和物料的配比（例如臨界流量和沿路徑的阻力）計算流量和阻力。

4 新型膠凝材料探索試驗

根據(jù)試驗結(jié)果和分析結(jié)論，對于一定的鐵礦石運輸能力為100m3/h～120m3/h，雙充填線近似為（豎段高度820m，大約4 100m），建議的輸送濃度為66%～68%，建議的輸送管直徑為100mm～110mm。對于鐵灰和水冷渣材料，初步研究了這兩種材料作為水泥替代品或部分替代品的可行性，并推薦了相關(guān)參數(shù)。進行替代膠凝材料的活性探索試驗，以鐵礦的現(xiàn)有水泥為對照，并進行比例設(shè)計。對水泥材料的添加量進行了測試，并對相應(yīng)組合物的強度進行了測試。單軸壓縮測試可固化14天和28天。替代膠凝材料的活性探索試驗結(jié)果表明，鐵礦石取樣的水冷渣經(jīng)初步分析具有膠凝活性。結(jié)合礦山的生產(chǎn)需要，建議開展必要的研究工作，以開發(fā)和充分利用水冷渣的活性特性。

5 結(jié)論

綜上所述，替代或部分替代礦用水泥，降低填充成本并提高業(yè)務(wù)效率。作為填充材料，尾礦可以保護表面環(huán)境并降低尾礦的儲存能力。對于固體廢物資源的綜合利用，生態(tài)和生態(tài)礦山的建設(shè)具有重要意義，具有廣闊的應(yīng)用前景。