金川龍首礦粗骨料充填料漿離析機(jī)理的研究

鄭治棟

（甘肅有色冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 金昌 737100）

粗骨料充填料離析指的是充填采礦的過程中，料漿中拌合物的各個(gè)組成材料之間的粘聚力下降，導(dǎo)致粗骨料發(fā)生下沉，膠凝劑和其余的拌合物之間相互分離，料漿的結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)不均的現(xiàn)象。離析現(xiàn)象常表現(xiàn)為漿體和粗骨料的互相分離，密度較大的顆粒沉積在輸送管網(wǎng)的底部位置。離析現(xiàn)象發(fā)生后，產(chǎn)生的主要危害主要有兩種，不僅會(huì)造成管道的堵塞，而且會(huì)降低充填體的強(qiáng)度。

1 金川龍首礦的地質(zhì)概述

龍首礦是金川集團(tuán)旗下的主要礦山之一，建立于1959年，截止到目前，龍首礦每年的生產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到了140萬噸，礦區(qū)的地層屬于單斜的構(gòu)造，南西向傾斜，地層之間呈褶曲發(fā)育，地層的整體走向呈310°，傾角的大小在40°到70°之間。主要的斷裂層情況為：橫向的斷裂層有F8與F28，縱向的斷裂層為F1與F16。龍首礦的礦區(qū)產(chǎn)出的巖漿巖不僅包括酸性巖，還包括超基性巖、派生脈巖以及深層巖等等，超基性巖是金川龍首礦的主要巖漿巖。圍巖的蝕變主要有透輝石化、水云母化、透閃石化、蛇紋石化以及綠泥石化等等[1]。

礦體主要是由三種類型的礦石構(gòu)成，有貫入型的硫化鎳富礦石，超基性巖型的硫化銅礦石、硫化鎳貧礦石與富礦石，接觸交代型的硫化銅礦石、硫化鎳貧礦石與富礦石。礦山中有80%的富礦石。富礦石分布在礦體的中心部位，貧礦石位于富礦石的四周或者是一側(cè)。

金川龍首礦在長(zhǎng)達(dá)多年的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，逐漸總結(jié)出了六角形傾斜進(jìn)路膠結(jié)充填的采礦方法，此種方法是基于分層充填方法不斷優(yōu)化而形成的采礦方法，將仿生學(xué)原理巧妙地融合在了里面，把原來的進(jìn)路的正方形轉(zhuǎn)變成了六邊形的斷面，令采空區(qū)的混凝土的充填體呈現(xiàn)出蜂窩狀的鑲嵌式結(jié)構(gòu)，改善了受力的情況，進(jìn)一步提升了采礦區(qū)的穩(wěn)定性與安全性，地應(yīng)力的控制情況良好。

2 金川龍首礦粗骨料充填料漿離析的原因

一般來說，粗骨料充填料漿的構(gòu)成成分主要包括水、水泥、砂石以及替代外加劑……材料經(jīng)過充分地?cái)嚢柚笮纬傻?，在充填的環(huán)節(jié)中發(fā)生離析的原因，不僅與攪拌的方法、攪拌的時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)，還與水的使用量、凝膠劑的質(zhì)量不合格、砂料的配比不合理、輸送料漿的流速小等原因息息相關(guān)，對(duì)料漿離析的影響十分巨大。

在充填體當(dāng)中，水泥屬于一種關(guān)鍵性的膠凝材料，屬于充填體當(dāng)中成本最大且最為主要的材料，水泥的質(zhì)量能夠直接影響整個(gè)充填體的質(zhì)量與穩(wěn)定性，水泥的質(zhì)量如果發(fā)生改變，就很容易出現(xiàn)離析的問題，不僅如此，在水泥中摻入好幾種混合料之后，膠凝拌合物的性能會(huì)發(fā)生一定程度上的改變。大多數(shù)礦山為了進(jìn)一步提升水泥的活性，會(huì)最大程度的將水泥的細(xì)度提高，但是在提高水泥細(xì)度的同時(shí)，水的使用量會(huì)隨之增大，容易大幅降低減水劑的減水作用。所以說，水泥細(xì)度的降低，會(huì)增大外加劑的使用量，進(jìn)而導(dǎo)致充填體發(fā)生離析。如果水泥的存放時(shí)間較久，會(huì)降低溫度，拌和所需的水的用量也會(huì)隨之減少，水泥中的細(xì)粉顆粒會(huì)逐漸凝結(jié)在一起，形成體積較大的顆粒，導(dǎo)致水泥顆粒的表面能下降，水泥顆粒吸附減水劑的能力不斷下降，常常表現(xiàn)為增強(qiáng)了減水劑的減水作用，進(jìn)而造成混凝土的拌合物產(chǎn)生沉底或秘漿的問題。在實(shí)際的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，若使用長(zhǎng)期存儲(chǔ)的水泥，不合理調(diào)整各項(xiàng)配比，很容易發(fā)生離析現(xiàn)象。

粗骨料充填料漿中使用量最大的一種材料是砂料，漿體的質(zhì)量取決于砂料的質(zhì)量，砂料級(jí)配的變化也容易引起離析現(xiàn)象，產(chǎn)生離析問題的主要原因分為以下幾點(diǎn)。

第一，碎石的粒徑變大，單一級(jí)配或者是級(jí)配的降低都是引起離析發(fā)生的主要原因。第二，砂料中的含石量過高，尤其是片狀石屑量過多，都會(huì)對(duì)料漿的和易性產(chǎn)生直接的影響，最終致使混凝土發(fā)生較為嚴(yán)重的離析現(xiàn)象。第三，砂石的含水量超過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，尤其是砂子的含水量，一旦砂子的含水量超過10%，就會(huì)導(dǎo)致料漿的濃度控制較為困難，發(fā)生混凝土的離析問題。因?yàn)樯白又械暮刻貏e高，砂子的含水通常處在一個(gè)過飽和的情況下，致使砂子表層的毛細(xì)管內(nèi)的含水無法及時(shí)排出，所以在攪拌的過程中會(huì)導(dǎo)致拌合水的使用量過高，而且料漿在管道當(dāng)中運(yùn)輸時(shí)，骨料會(huì)持續(xù)性的釋放毛細(xì)管內(nèi)的水分，影響水泥漿與骨料的粘結(jié)效果，導(dǎo)致料漿離析[2]。

3 金川龍首礦粗骨料充填料漿離析的控制方法

（1）膠凝劑的控制。在粗骨料充填料漿中，水泥發(fā)揮著膠結(jié)的作用，與此同時(shí)，水泥的優(yōu)秀保水特性還可以在輸送的系統(tǒng)中發(fā)揮出潤(rùn)滑的作用。水泥的使用量具有一個(gè)最佳的值，如果水泥的用量低于這個(gè)數(shù)值，就會(huì)降低輸送的性能，影響到料漿的均勻性，降低凝膠劑的保水性，極易發(fā)生泌水和離析現(xiàn)象，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)堵管的現(xiàn)象。充填制漿的環(huán)節(jié)中，需要使用到F類的1級(jí)粉煤灰，配比在10%到30%之間，用來代替等量的水泥或者是超量代替水泥，進(jìn)一步優(yōu)化料漿的和易性，可以有效控制因?yàn)樗嗟脑蚨斐傻碾x析現(xiàn)象。

（2）砂料的控制。由于砂料原因而引起的離析可以采用以下幾種方法來進(jìn)行控制。把預(yù)防作為控制的要點(diǎn)，嚴(yán)格落實(shí)骨料的進(jìn)場(chǎng)質(zhì)量檢查的制度，確保骨料的級(jí)配質(zhì)量為最高標(biāo)準(zhǔn)，含泥量不得超過7%，以配合比為標(biāo)準(zhǔn)，適宜的增大給砂量，進(jìn)一步提高料漿的濃度，有效地改善離析的問題。如果離析的原因是砂料中的片狀石屑的體積過大，單單調(diào)整砂率無法徹底解決離析問題，還需要增大混凝土的膠結(jié)材料的用量，尤其是摻和料的使用量。與此同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)適宜的調(diào)整外加劑的使用量的大小。如果離析的原因是含水率的因素，可以適當(dāng)延長(zhǎng)攪拌的時(shí)間，提高攪拌桶的也為高度，將原本的1.2m調(diào)整到1.8m，將攪拌的時(shí)間延長(zhǎng)20%左右，或者還可以在骨料中摻加冶煉爐渣或者是其他韓適量較低的輔助骨料，降低粗骨料料漿的整體含水量。

（3）料漿的濃度控制。充填系統(tǒng)中所規(guī)定的充填料的濃度質(zhì)量的具體配比如下：每立方充填料漿中，灰砂的重量比為1:4，砂料使用量為1238kg，水泥的使用量為310kg，水的使用量為436kg，填充料漿的質(zhì)量濃度為78%。水泥的比重為每立方米3.1t，水的比重為每立方米1t，砂料的比重為每立方米2.67t。

4 結(jié)語

綜上所述，粗骨料充填料漿離析的原因主要與凝膠材料、砂料的質(zhì)量以及料漿的濃度有關(guān)，可以充分考慮上述控制方法，有效地控制離析現(xiàn)象的發(fā)生，保證充填生產(chǎn)的高效性。