港里鐵礦1號礦體全尾砂膠凝材料試驗研究

李 鑫，姚中亮，康瑞海，彭 亮

港里鐵礦1號礦體全尾砂膠凝材料試驗研究

李 鑫1, 2，姚中亮1, 2，康瑞海1, 2，彭 亮1, 2

(1.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410012；2.金屬礦山安全技術(shù)國家重點實驗室，湖南 長沙 410012)

港里鐵礦1號礦體充填系統(tǒng)采用分級尾砂膠結(jié)充填工藝，因其能力不足、充填濃度低、充填體強(qiáng)度低等諸多問題，需升級改造。設(shè)計采用全尾砂結(jié)構(gòu)流膠結(jié)充填工藝，而全尾礦粒度細(xì)且含泥量大嚴(yán)重影響充填體的強(qiáng)度。為此，礦山與長沙礦山研究院有限責(zé)任公司積極開展科研攻關(guān)，研制出了適用于該礦全尾砂充填的膠凝材料。

膠結(jié)劑;全尾砂充填;充填體強(qiáng)度

0 引 言

港里鐵礦1號礦體設(shè)計規(guī)模為60×104t/a，充填系統(tǒng)采用分級尾砂膠結(jié)充填工藝。開采后，出現(xiàn)以下問題：

（1）系統(tǒng)充填能力不足。選礦廠產(chǎn)生的全尾礦粒度細(xì)且含泥量大，分級產(chǎn)生粗顆粒尾砂的速度達(dá)不到充填要求。

（2）充填濃度較低。充入井下的充填料濃度低且不穩(wěn)定。

（3）充填體強(qiáng)度低。采場充填后，充填料長時間不凝固，影響采場回采進(jìn)度。

為恢復(fù)港里鐵礦1號礦的生產(chǎn)，必須對原充填系統(tǒng)進(jìn)行改造升級。針對現(xiàn)有充填系統(tǒng)出現(xiàn)的問題，決定采用全尾砂結(jié)構(gòu)流膠結(jié)充填工藝。而全尾礦粒度細(xì)且含泥量大嚴(yán)重影響充填體的強(qiáng)度，為此，礦山與長沙礦山研究院有限責(zé)任公司積極開展科研攻關(guān)，研制出適用于該礦充填系統(tǒng)的膠凝 材料。

1 試驗材料取樣

2018年3月1日～2018年3月10日，在港里鐵礦所在地萊蕪市現(xiàn)場完成對全尾砂、膠凝材料的取樣工作。樣品包括全尾砂漿，礦山現(xiàn)用膠結(jié)劑海易膠固粉，P·C 32.5水泥（取自張家洼礦）。

采集的樣品運抵長沙礦山研究院充填實驗室后，對尾砂料漿分別進(jìn)行了烘干脫水，混合均勻制樣（見圖1）。

圖1 四分法制樣

2 試驗內(nèi)容及結(jié)果分析

2.1 物理化學(xué)性質(zhì)試驗結(jié)果

本次物理性質(zhì)試驗測試全尾砂的比重、容重、孔隙率等參數(shù)，且采用MASTERSIZER 2000型激光衍射粒度分析儀測定粒度分布。實驗結(jié)果如表1和表2所示。

充填材料中的各種化學(xué)成分及其含量對充填體強(qiáng)度有一定的影響，測定結(jié)果如表3所示。

表1 全尾砂物理性質(zhì)試驗結(jié)果統(tǒng)計表

表2 全尾砂粒度測定試驗結(jié)果

表3 全尾砂化學(xué)成分測定結(jié)果/%

根據(jù)表1~表3可以得出：

（1）全尾砂?75 μm累計含量達(dá)到78.614%，平均粒徑67.5 μm，與國內(nèi)類似礦山相比，該礦尾砂很細(xì)。

（2）尾砂?20 μm累計含量為31.348%，尾砂粒級組成有利于形成“結(jié)構(gòu)流體”。

（3）充填物料中，“堿度系數(shù)”為0.67＜1，物料為酸性，不利于充填體后期強(qiáng)度。

2.2 強(qiáng)度配比試驗方案

針對選礦廠全尾砂的性質(zhì)，長沙礦山研究院有限責(zé)任公司研制出4種新型膠結(jié)劑，加之原充填用的海易膠固粉、張家洼鐵礦的P·C32.5水泥，共6種膠結(jié)劑。根據(jù)尾砂性質(zhì)及相關(guān)經(jīng)驗，初步配制出4種類型新型膠結(jié)劑分別進(jìn)行強(qiáng)度配比探索試驗，強(qiáng)度配比試驗具體方案如下：

充填料：新型膠結(jié)劑A+全尾砂

充填料：新型膠結(jié)劑B+全尾砂

充填料：新型膠結(jié)劑C+全尾砂

充填料：新型膠結(jié)劑D+全尾砂

充填料：海易膠固粉+全尾砂

充填料：P·C32.5水泥+全尾砂

料漿濃度為60%、齡期3，7，28 d，灰砂比分別為1:4，1:6，1:8，1:12，1:15。

2.3 試驗結(jié)果

充填強(qiáng)度試驗結(jié)果見表4，強(qiáng)度對比如圖2～圖6所示。

圖2 灰砂比1:4，各膠結(jié)劑強(qiáng)度增長曲線

2.4 試驗結(jié)果分析

由表4及圖2~圖6可以分析得出：

（1）膠凝材料為P·C32.5水泥時各灰砂比的強(qiáng)度最低，28 d強(qiáng)度最高僅為0.37 MPa，不能滿足采礦方法要求。

表4 各組強(qiáng)度配比試驗結(jié)果匯總表

圖3 灰砂比1:6，各膠結(jié)劑強(qiáng)度增長曲線

（2）其他幾種膠結(jié)劑與尾砂各齡期強(qiáng)度高低整體趨勢依次為：

高灰砂比（1:4）時：海易膠結(jié)劑＞新型膠結(jié)劑A≈新型膠結(jié)劑B＞新型膠結(jié)劑C＞新型膠結(jié)劑D，但28 d強(qiáng)度新型膠結(jié)劑A比海易膠結(jié)劑略高。

圖4 灰砂比1:8，各膠結(jié)劑強(qiáng)度增長曲線

圖5 灰砂比1:12，各膠結(jié)劑強(qiáng)度增長曲線

圖6 灰砂比1:15，各膠結(jié)劑強(qiáng)度增長曲線

灰砂比為1:6時：新型膠結(jié)劑A＞新型膠結(jié)劑B≈海易膠結(jié)劑＞新型膠結(jié)劑C＞新型膠結(jié)劑D。

灰砂比為1:8時：新型膠結(jié)劑A＞海易膠結(jié)劑＞新型膠結(jié)劑B≈新型膠結(jié)劑C≈新型膠結(jié)劑D。

灰砂比為1:12時：新型膠結(jié)劑B＞新型膠結(jié)劑A＞新型膠結(jié)劑D≈海易膠結(jié)劑＞新型膠結(jié)劑C。

灰砂比為1:15時：新型膠結(jié)劑A≈新型膠結(jié)劑B＞新型膠結(jié)劑D≈海易膠結(jié)劑＞新型膠結(jié)劑C。

3 結(jié)論及建議

根據(jù)本次的充填材料實驗室試驗研究，可以得出：新型膠結(jié)劑A與尾砂的膠結(jié)性能最好，其次高灰砂比時海易膠結(jié)劑比膠結(jié)劑A、膠結(jié)劑B略好，低灰砂比時海易膠結(jié)劑比膠結(jié)劑A、膠結(jié)劑B都要差，膠結(jié)劑C與膠結(jié)劑D與尾砂的膠結(jié)性能最差。建議選擇新型膠結(jié)劑A、新型膠結(jié)劑B和海易膠固粉做進(jìn)一步研究。

[1] 彭 亮,焦志慧,袁 仲.分級尾砂+戈壁集料在杜達(dá)鉛鋅礦的工業(yè)應(yīng)用試驗研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2017,37(9):22-25.

[2] 鄧代強(qiáng),李夕兵,姚中亮,康瑞海,彭 亮,王 旭.尾砂膠結(jié)充填技術(shù)在西朝鉬礦的應(yīng)用[J].中國礦業(yè),2016(3):81-82+92.

[3] 彭 亮,康瑞海,姚中亮,楊耀亮,王 旭,江 科.杜達(dá)鉛鋅礦充填骨料粒級組成分析研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2016,36(10):54-58.

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[7] 姚中亮.結(jié)構(gòu)流體膠結(jié)充填技術(shù)應(yīng)用及展望[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2016,36(10):39-45.

[8] 姚中亮.全尾砂結(jié)構(gòu)流體膠結(jié)充填的理論與實踐[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2006(S1):15-18+48.

(2019-01-06)

李 鑫(1990—),男,碩士,山東臨沂人,主要從事膠結(jié)劑研發(fā)、充填系統(tǒng)工藝技術(shù)研究與設(shè)計、充填采礦方法設(shè)計等工作,Email: 1548960170@qq.com。