二次制備中充填體質量的影響因素研究

于海清

(銅陵有色控股股份有限公司仙人橋銅礦， 安徽 蕪湖市 244000)

二次制備中充填體質量的影響因素研究

于海清

(銅陵有色控股股份有限公司仙人橋銅礦， 安徽 蕪湖市 244000)

影響膠結充填體質量的因素是多方面的，如充填濃度、膠凝材料、環境和充填體的完整性等。充填料漿的輸送、充填過程也是一個二次制備過程，即將高濃度膠結料漿從充填站輸送至采場，并經過脫水、離析與養護的過程。這一將膠結充填料漿制成高質量充填體的“成品”過程，諸多因素決定著充填體的質量。實踐證明，二次制備中的離析和水化反應等是影響膠結充填體質量的重要因素，研究結果有助于提高膠結充填體品質。

二次制備；充填質量；膠凝材料

充填過程中，充填制備站的主要功能是將低濃度尾砂料漿提高到高濃度，將膠凝材料與高濃度的尾砂料漿均勻的混合，并進行攪拌。然而，在膠結充填體強度增長或質量提高的過程中，這只是第一步。實踐證明，充填體強度和質量的提高是多種因素決定的，充填料漿輸送至采場的過程中，脫水、養護及強度提高是一個長期的過程，也叫料漿的二次制備。二次制備是將充填料漿從半成品到高質量充填體“成品”的過程，影響充填體質量是多方面的，如養護、脫水、溫度、濕度、膠凝材料、離析的緩解以及尾砂的物理化學性質等。因此，通過對影響二次制備料漿的因素進行研究分析，以期達到進一步提高充填體質量，降低充填成本的目的。

1 影響充填體質量的重要因素

1.1 膠凝材料是影響充填體強度的重要因素

金屬礦山使用的膠凝材料有水泥、膠固粉、C料、高水材料、礦渣超細微粉等。通過開展礦渣微粉、粉煤灰單摻以及礦渣微粉與粉煤灰雙摻對充填料漿流動度和充填體強度影響的試驗研究，表明：

(1) 膠凝材料的活性與膠凝材料自身的化學性質有關，在選擇充填用的膠凝材料時，應與尾礦的物理化學性質相匹配，如尾礦的粒級，料漿的酸堿度、尾礦中的含硫量等。

(2) 膠凝劑的材料組合，即主材與輔材的配比要進行技術經濟技術指標分析，做到性價比最優。

(3) 在一定的物理化學條件下，細度對膠凝材料的活性有很大影響。研究表明礦渣微粉和粉煤灰、冶煉廢渣等都有一定的活性，細度越細，活性越高。

(4) 水化反應生成大量的熱，在充填體產生氣泡，導致充填體強度降低。

1.2 膠凝材料的組分對尾砂特性具有互補性

膠凝材料在膠結充填體中應具備的4大效應：火山灰效應、形態效應、微充效應、疊加效應，這與膠凝材料中的摻和料有很大關系。膠凝材料中各種組分的選擇應有互補性。實踐證明，充填體強度的增長過程是一個長期過程。如將礦粉與粉煤灰摻合制備膠凝材料，對膠結充填體的早起強度和后期強度產生有益影響。礦粉對充填體的早期強度的影響主要在于其火山灰效應可改善充填料漿的界面結構；粉煤灰對充填體的后期強度的影響主要在于其火山灰效應所帶來的孔徑細化作用，未反應的粉煤灰顆粒具有“內核作用”，從而使充填體的強度持續提高。

1.3 溫度對充填體質量的影響存在兩面性

在充填體強度增長中，隨著齡期的延長和溫度的變化對充填體質量的影響相當大，一方面水化反應的速度和周圍的環境溫度相關，溫度較高，水化反應的速度越快，凝結時間越短，隨首凝膠的增多，強度增長也越快，特別是早期強度。另一方面，膠結充填體的熱阻較大，在硬化過程中由于水化反應產生大量的熱量會聚集在充填體的內部，但是充填體表面散熱較快，從而導致膠結充填體的內外形成較大溫差，將導致充填體產生不均勻溫度變形和溫度應力，若該應力大于充填體的抗拉強度，就會使充填體產生破壞，若產生的裂縫貫穿充填體，對充填體的強度和完整性是不利的。因此，通過一定的方法來改變充填料漿的物理化學性質是必要的，通過添加礦粉和粉煤灰來降低膠凝材料的水化熱、料漿的流動性和提高充填體強度，改善充填體質量。

1.4 膠結體的質量參數應與采礦工藝和周邊環境 相結合

在回采過程中，充填體在自重作用下破壞，影響膠結充填體質量的因素是很多的，而充填體的強度是采場高度、寬度和充填體密度的函數。另外需要研究不同采礦方法、孔邊距大小以及爆破震動影響范圍等因素，對充填體的力學破壞和表面形狀破壞機理。最大有效垂直高度或者有效高度增加值對充填體破壞方向的研究尚不明確。充填材料特性(膠凝材料含量、孔隙率和顆粒分級)和強度特性與變形特性(內聚力、摩擦角、彈性模數、泊松比和塑性應變極限)之間的一些主要相互關系被研究出來了。在這些相互關系的研究中，考慮了養護時間、養護溫度和試樣尺寸的影響，使這些特性標準化了。

1.5 離析是充填體強度下降的重要因素

實踐證明，膠結料的離析對充填體強度的影響是相當大的，離析與膠結料含量相比，其對控制充填體強度的作用更為重要。因此，對各采場及各類充填料的離析都要進行認真分析，更深入了解離析的正反兩方面的影響。

2 提高充填質量的技術方案

(1) 改善膠凝材料的組分，調整充填體結構，實現充填體強度和工作性能互補。膠凝材料的組分是提高充填體質量非常重要的因素，膠凝材料對充填體強度的影響是較大的，如在膠凝材料中添加礦渣微粉調整充填體性能和充填體結構，可改善充填體質量。此外，還可通過激發礦渣的潛在活性，通過和熟料的水化產物發生二次水化反應，再加上細粉的填充作用，增強充填體的強度[7]。

(2) 膠結充填體的質量應與采礦工藝相結合。根椐不同的采礦方法，優化采場結構參數，滿足充填及回采要求。不同的采礦方法對充填體的強度要求是不同的，充填體的強度和剛度隨采礦方法和開采深度的改變而改變。隨著深井開采的礦山增多，其廢石提升的成本也越來越大，因此，廢石充填料也是一種更通用的充填料，通過研究廢石充填和尾膠充填同步進行的充填工藝，對廢石充填料巖塊優化分級的研究，從而進一步提高充填體質量。

(3) 加強對充填料漿的二次制備的技術研究。露面的設計必須考慮的因素包括組份的粒度分布、含水量、充填料投放時顆粒的離析程度、不同混合物的強度和離析產生的分帶以及不同支護和采礦方法，通過對上述因素的分析研究，提高充填體質量。

(4) 研究側向受壓充填體的剛性，限制采場頂底板相對位移和控制巖爆。由于提升和生產成本的壓力，緩解井下掘進廢石出路，對剛性充填料的充填要求日益提高，這就要考慮膠結料和骨料粒級對剛性的作用。在礦柱回采期間要求作為一個自由面維持的充填體，要更充分地了解側向受壓充填體的工程技術特性。

3 結 論

(1) 二次制備是影響充填體質量的重要因素，充填材料的離析是充填體質量下降的重要原因。

(2) 水泥和礦渣粉的粒級組成決定了礦渣粉的填充作用，礦渣微粉的摻量對充填物料粒級組成的改變不大。礦渣粉對水泥顆粒具有分散與填充作用，分散作用使充填體的強度降低；相反，填充作用使充填體的強度增加。

(3) 膠凝材料的化學性質是決定充填體強度的重要因素，細度對膠凝材料的活性有很大影響，細度越細，活性越高。

(4) 溫度對充填體強度的影響是雙面的，一方面，適當提高充填采場的溫度對膠凝材料的反應速度和凝膠組分的提高是有幫助的，另一方面，由于充填體熱阻較大，過量的水化反應熱對充填體質量是有害的。

(5) 充填體強度要求與采礦方法、爆破參數和炮孔直徑相關聯。充填體強度的穩定性隨膠結料含量的增加而提高，穩定的暴露面高度隨暴露面寬度的增加而減小，穩定性隨暴露面的擴大程度而減小，表面破壞發生在嚴重破壞之前。

[1] 蘇 亮,江 波.塊石膠結充填工藝中關鍵技術參數的控制[J].礦業研究與開發,2014，34(07):1￣4,53. [2] 徐黎明.廣州黃埔大橋承臺大體積混凝土溫控研究[D]. 武漢: 武漢理工大學, 2007.[3] 周 曼,李鐵一,等.細粒鐵尾礦固化造塊及其機制的研究[J]. 礦業研究與開發,2014(02):84￣88. [4] 許青海.淺談礦渣微粉在混凝土攪拌站使用應該注意的幾個問題[J].福建建材, 2011 (1): 52￣53.

2015￣02￣28)

于海清(1965￣ )，男，安徽蕪湖人，工程師，主要研究采礦工藝、礦山充填技術,Email：csuboy520_shi@163.com。