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(zhì)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(shù)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(nèi)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(shù)，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(jù)及數(shù)據(jù)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(jié)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(jié)構(gòu)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(shù)=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(jù)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(shù)，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(jié)果

2.2.1 坍落度試驗結(jié)果

疆鋒鐵礦尾砂坍落度試驗結(jié)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(jié)果

圖2 尾砂料漿坍落度試驗曲

2.2.2 坍落度試驗結(jié)果分析

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)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(jīng)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(jié)果

根據(jù)對料漿的參數(shù)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(shù)，計算結(jié)果如表3～表4所示。

根據(jù)不同濃度尾砂充填料漿流變參數(shù)，可分別計算出工業(yè)生產(chǎn)時不同充填料漿濃度、流量及輸送管道內(nèi)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(shù)值均無法實現(xiàn)自流輸送，＞10的數(shù)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(shù)

表4 充填料(全尾砂，灰砂比1:10)料漿流變參數(shù)

表5 不同輸送參數(shù)下全尾砂可實現(xiàn)自流輸送的倍線

表6 不同輸送參數(shù)下灰砂比1:10料漿的自流輸送倍線

續(xù)表6

3 結(jié) 論

(1) 尾砂?20 μm細顆粒含量為33.15%，但?20 μm含量達到結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(shù)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(nèi)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。