姑山礦露天坑全尾砂膠結回填加固配比試驗研究

李詩雨 楊強勝 藕明江 毛志遠3

（1.重慶大學資源與安全學院；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份公司；3.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室）

姑山礦露天采場自1954 年開始生產，累計采出礦石超過4 000 萬t。經過60 多年的露天開采，礦山形成東西長約1 100 m、南北寬約1 000 m、底部最低標高-148 m、13 個臺階、容積約3 150 萬m3的采坑。姑山礦露天轉地下開采后，露天坑成為潛在地質災害隱患點，因此，對采坑進行回填復墾顯得尤為重要。

在對該采坑回填復墾前，需要對露天礦坑進行加固與防滲處理，擬采用全尾砂膠結充填材料對坑底進行加固，一方面降低邊坡高度和邊坡角，限制邊坡巖體的移動，提高邊坡的穩(wěn)定性；另一方面，全尾砂膠結充填材料滲透性較弱，且有一定的承載強度，可起到坑底加固和防滲作用［1］。目前，國內外學者針對尾砂充填材料進行了大量研究，結果均表明，尾礦濃度、灰砂比、充填體養(yǎng)護齡期等直接影響尾砂充填體材料的強度以及流動性［2-19］。本研究將揭示姑山礦全尾砂膠結充填料漿的流動性及充填體強度的變化特征。

1 試驗原料與方案

1.1 試驗原料

（1）全尾砂為現場所取尾礦漿。

（2）固結劑為現場用固結劑。

（3）膠凝材料為現場充填用膠凝材料。

1.2 試驗方案

以濃度為50%、52%、54%、56%的全尾砂漿，按灰砂比1∶6、1∶8、1∶10進行試驗。詳細配比見表1。

（1）流動性試驗。用上口直徑100 mm、下口直徑200 mm、高300 mm 的喇叭狀坍落度桶對不同配比的料漿進行流動性試驗，同步記錄料漿的坍落度數據。

（2）強度試驗。檢測不同配比的料漿不同齡期膠結體的強度。試塊澆筑于70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm 試模中，在標準養(yǎng)護箱養(yǎng)護1 d 后脫模，脫模后在標準養(yǎng)護箱繼續(xù)養(yǎng)護至各齡期，養(yǎng)護溫度為20 ℃、濕度為92%以上。

2 試驗結果與討論

2.1 流動性試驗

不同灰砂比（1∶6、1∶8、1∶10）、不同尾礦漿質量濃度（50%、52%、54%、56%）的料漿坍落度見圖1，圖中3 條坍落度變化趨勢曲線的擬合方程及相關系數見表2。

由圖1 可以看出，在灰砂比一定時，料漿坍落度隨尾礦漿質量濃度增大而減小，且隨著尾礦漿質量濃度的持續(xù)增大，這一趨勢越來越明顯；尾礦漿質量濃度一定時，料漿坍落度隨灰砂比的增大而增大。

由表2 可以看出，灰砂比為1∶6 情況下的料漿坍落度變化趨勢曲線的擬合方程為y=-2.25x2+221x-4 989，相關系數達1；灰砂比為1∶8 情況下的料漿坍落度變化趨勢曲線的擬合方程為y=--2.687 5x2+266.23x-6 163.6，相關系數達0.997 6；灰砂比為1∶10情況下的料漿坍落度變化趨勢曲線的擬合方程為y=-2.687 5x2+265.73x-6 142.6，相關系數達0.997 7。

2.2 試塊強度試驗

不同灰砂比（1∶6、1∶8、1∶10）、不同尾礦濃度（50%、52%、54%、56%）、不同養(yǎng)護齡期（3，7，28 d）的試塊抗壓強度測試結果見圖2～圖4。

由圖2～圖4可以看出，在養(yǎng)護齡期及灰砂比一定時，試塊的抗壓強度隨著尾礦濃度的增大而增大；在尾礦濃度及養(yǎng)護齡期一定時，試塊的抗壓強度隨著灰砂比的增大而增大，且增大的幅度隨著灰砂比的增大呈越來越明顯的趨勢；在尾礦濃度及灰砂比一定時，試塊的抗壓強度隨著養(yǎng)護齡期的增長明顯增大，養(yǎng)護齡期28 d 的試塊抗壓強度差不多是養(yǎng)護齡期3 d的2倍。

3 結論

（1）姑山礦全尾砂膠結充填料漿在灰砂比一定時，料漿坍落度隨尾礦漿質量濃度增大而減?。晃驳V漿質量濃度一定時，料漿坍落度隨灰砂比的增大而增大。

（2）灰砂比為1∶6情況下的料漿坍落度變化趨勢曲線的擬合方程為y=-2.25x2+221x-4 989，相關系數達1；灰砂比為1∶8 情況下的料漿坍落度變化趨勢曲線的擬合方程為y=--2.687 5x2+266.23x-6 163.6，相關系數達0.997 6；灰砂比為1:10 情況下的料漿坍落度變化趨勢曲線的擬合方程為y=-2.687 5x2+265.73x-6 142.6，相關系數達0.997 7。

（3）一定養(yǎng)護齡期及灰砂比的試塊，其抗壓強度隨著尾礦濃度的增大而增大；一定尾礦濃度及養(yǎng)護齡期的試塊，其抗壓強度隨著灰砂比的增大而增大；一定尾礦濃度及灰砂比的試塊，其抗壓強度隨著養(yǎng)護齡期的增長明顯增大，養(yǎng)護齡期28 d 的試塊抗壓強度差不多是養(yǎng)護齡期3 d的2倍。

（4）綜合考慮生產過程中料漿的流動性、充填體的性能指標及充填成本，建議實際充填時控制尾礦濃度為52%～54%，灰砂比為1∶6。