深坑鐵礦全尾砂充填料漿流動性研究

牛崢嶸，彭 亮

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深坑鐵礦全尾砂充填料漿流動性研究

牛崢嶸1，彭 亮2

(1.臺泥(英德)水泥有限公司，廣東 英德市 513000；2.長沙礦山研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012)

深坑鐵礦由于選礦工藝、礦石性質等原因造成全尾砂非常粗，為了改善和研究該種粗尾砂的流動性能，在實驗室就全尾砂集料進行了流動性能試驗研究，分別采用坍落度桶及L管兩種試驗裝置研究不同濃度、灰砂比集料情況下的料漿和易性，并利用流體力學公式計算出相應的流動阻力及充填倍線，最終得出該種尾砂的流變參數性能。

粗尾砂；坍落度；和易性；流動性

深坑鐵礦地處連平、河源、新豐三縣交界的山區(qū)，行政區(qū)劃隸屬廣東省河源市東源縣管轄，礦區(qū)南距河源市直線距離36 km，礦區(qū)交通便利。礦區(qū)內分2個礦體，即深坑Ⅰ、Ⅱ號礦體。礦體賦存標高100~450 m，埋藏深度：125~330 m，地表無出露，屬全隱蔽型礦體。TFe平均品位33%，Sn平均品位0.12%，以貧礦為主，且厚度較小(3~10 m)，探明鐵礦石儲量31535848 t，占全區(qū)儲量75%，伴生錫金屬量38493 t，鋅金屬量24168 t，B2O3儲量444541 t。

礦區(qū)地壓活動較大，一定程度上威脅著采礦安全，尾礦庫在連年大排尾量壓力下，庫容急劇減少，已不能滿足排尾要求。為解決上述問題，通過充填材料實驗室試驗，確定充填料的組成、配比，充填工藝參數，建立充填工藝系統(tǒng)進行井下充填。本文主要針對該種全尾砂進行料漿流動性能試驗，為充填系統(tǒng)工藝設計提供設計依據及數據支撐。

1 尾砂粒度分布

長沙礦山研究院充填實驗室測得深坑鐵礦全尾砂粒度分布結果如表1所示。

由表1可知，深坑鐵礦1 mm以下尾砂平均粒徑平均=113.196 μm，相對于其他礦山而言，尾砂平均粒徑較粗；?20 μm細顆粒含量為33.15%，但?20 μm含量達到結構流輸送要求，充填時細粒級成分能夠較為合理的與較粗顆粒搭配組合，從而總體上表現(xiàn)出對充填體性能有利的特征；尾砂不均勻系數=22.91，顆粒較粗，級配表現(xiàn)不良。

2=60/10

表1 深坑鐵礦尾砂粒級組成

注：10=3.605 μm，50=50.027 μm，60=82.606 μm，90=319.85 μm，平均= 113.19 6 μm.

圖1 深坑鐵礦尾砂樣晾曬

2 充填料漿和易性能試驗研究及分析

充填料漿和易性包括流動性、粘聚性、保水性。通常采用坍落度試驗及L管流動性能兩種試驗來分別測試不同料漿的流動性能試驗：

2.1 試驗方案

(1) 坍落度試驗研究。根據礦山尾砂原料情況，決定分別進行以下坍落度試驗研究：全尾砂，濃度：86%，84%，82%……攤開。

(2) L管流動性能試驗研究。在現(xiàn)場制作一套L管料漿流動試驗裝置以測定相關參數，L管料漿流動性試驗分別是：全尾砂料漿試驗，濃度分別為78%，76%，74%，72%，70%；全尾砂+水泥料漿試驗，灰砂比為1:10，濃度分別為：78%，76%，74%，72%，70%。

2.2 試驗結果

2.2.1 坍落度試驗結果

疆鋒鐵礦尾砂坍落度試驗結果見表2，坍落度對比曲線如圖2所示。

表2 深坑鐵礦尾砂坍落度試驗結果

圖2 尾砂料漿坍落度試驗曲

2.2.2 坍落度試驗結果分析

根據試驗數據可以得出以下結論：

(1) 各配比坍落度中，濃度在82%以上時，混合料呈干硬性，當濃度為80%～78%時，混合料呈泥塑狀，不具備流動性，當濃度稀釋至76%時，料漿流動性明顯改善，料漿初步具備流動性能，坍落度值為27cm左右。

(2) 當料漿濃度為74%～72%時，料漿濃度和易性較好，坍落度值一般為28 cm左右，但隨著料漿不斷被稀釋，濃度達到70%及以下時，料漿保水性能降低，雖無非常明顯的離析脫水現(xiàn)象，但表觀濃度已經很低。

(3) 不同灰砂比料漿坍落度值變化不大，但表觀上高灰砂比料漿黏度更大、更稠，保水性更好，低灰砂比料漿黏度降低，保水性變差。

2.2.3 L管流動性能試驗結果

根據對料漿的參數測定計算出不同骨料組合及濃度下的充填料漿屈服剪切應力0與黏性系數，計算結果如表3～表4所示。

根據不同濃度尾砂充填料漿流變參數，可分別計算出工業(yè)生產時不同充填料漿濃度、流量及輸送管道內徑時的輸送阻力及可實現(xiàn)順利輸送的充填倍線如表5～表6，表中＜1的數值均無法實現(xiàn)自流輸送，＞10的數值則無實際意義，倍線太大料漿很可能發(fā)生離析、分層。

表3 充填料(全尾砂)料漿流變參數

表4 充填料(全尾砂，灰砂比1:10)料漿流變參數

表5 不同輸送參數下全尾砂可實現(xiàn)自流輸送的倍線

表6 不同輸送參數下灰砂比1:10料漿的自流輸送倍線

續(xù)表6

3 結 論

(1) 尾砂?20 μm細顆粒含量為33.15%，但?20 μm含量達到結構流輸送要求，充填時細粒級成分能夠較為合理的與較粗顆粒搭配組合，從而總體上表現(xiàn)出對充填體性能有利的特征。

(2) 尾砂料漿濃度為74%~76%左右的尾砂充填料漿流動性較好，料漿坍落度范圍為27~27.5 cm，其無論在管道還是在料槽中均表現(xiàn)出良好的流動性，料漿未產生離析分層及堵塞管道現(xiàn)象。

(3) 充填站料漿制備輸送參數如下：充填料漿濃度為74%～76%，充填料漿流量為150～180 m3/h，沖填管道內徑140～150 mm，料漿流動阻力為3.37～3.90 kPa/m。

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(2018?11?07)

牛崢嶸(1973—)，甘肅甘谷人，主要從事采空區(qū)處理、爆破技術研究，Email：niuzhengrong@aliyun.com。