白象山鐵礦全尾砂充填材料試驗研究

劉明宇，周 磊，張 清，紀(jì) 芳

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白象山鐵礦全尾砂充填材料試驗研究

劉明宇，周 磊，張 清，紀(jì) 芳

(馬鋼(集團)姑山礦業(yè)公司白象山鐵礦，安徽 當(dāng)涂縣 243111)

針對白象山鐵礦充填系統(tǒng)和礦山全尾砂的物理化學(xué)特點，參考國內(nèi)相關(guān)礦山充填研究成果，開展了全尾砂充填漿料的流動性和不同配比的實驗研究，得出適合礦山充填系統(tǒng)的充填漿料濃度和配比。

全尾砂；充填；料漿濃度；流動性；抗壓強度

白象山鐵礦是姑山礦業(yè)公司的大型礦床，總儲量1.5億t。礦體走向長度1780 m，賦存標(biāo)高?200 m～?600 m，形態(tài)受背斜控制，呈“龜殼”狀，傾角約25°，平均厚度為34.41 m，最大厚度可達121.72 m，TFe平均品位為39.43%。礦山采用多中段聯(lián)合開采，主要采掘中段為?390 m中段、?430 m中段和?470 m中段，采礦方法采用上向進路充填采礦法，設(shè)計生產(chǎn)能力為200萬t/a。礦山充填系統(tǒng)建于2009年，配備4座立式砂倉、2座固化劑倉、1套粗骨料儲存與輸送系統(tǒng)、4套兩段臥式攪拌系統(tǒng)，膠結(jié)劑采用P.C 32.5 級硅酸鹽水泥。為提高礦山充填效率，保障礦山充填質(zhì)量，通過對白象山鐵礦全尾砂進行粒徑、化學(xué)成分分析，充填漿料流動性及試塊強度測試分析，選擇適合礦山的充填配比。

1 全尾砂粒徑與成分分析

1.1 全尾砂粒徑分析

采用激光粒度測試儀測定白象山鐵礦的尾砂粒徑分布，根據(jù)測試結(jié)果，白象山鐵礦全尾砂的平均粒徑為39.72 μm，粒徑小于74 μm的顆粒占81.2%，故該尾砂為細(xì)顆粒尾砂。全尾砂粒徑分布為：10=1.83 μm，60=32.14 μm，90=100.56 μm，不均勻系數(shù)=17.56，表明全尾砂細(xì)顆粒比較多，級配不均勻。結(jié)合國內(nèi)相關(guān)礦山經(jīng)驗，細(xì)顆粒物(?20 μm)占比較多時，其料漿輸送性能增強，白象山鐵礦?20 μm占比超過50%，故有利于充填料漿和易性。

1.2 全尾砂化學(xué)成分分析

采用EZ掃描測定全尾砂化學(xué)成分，測試結(jié)果如表1所示。

表1 全尾砂化學(xué)成分/%

充填骨料的化學(xué)成分及其含量對膠結(jié)劑的選擇有一定的作用和影響，從表1可以看出，白象山鐵礦全尾砂中SiO2含量最高，達到38.34%，其次為MgO、CaO，含量分別為20.2%、10.48%。與其它類似礦山相比整體而言，全尾砂SiO2含量相對較高，有利于充填強度增長，另外MgO、CaO的含量也比較高，也有利于充填料漿形成堿性環(huán)境，對后期強度增長有利。

2 流動性分析

白象山鐵礦井下圍巖條件差，回采過程中為減少井下暴露面積，必須及時進行充填，而充填漿液為非牛頓流體，是一種具有黏性和塑性的高濃度的懸浮體，其流動性決定了充填漿液的輸送能力，因此充填漿液的流動性也成為了充填配比的重要指標(biāo)之一。在充填漿液的流動性研究方面，近年來我國開展了大量的研究，如會澤鉛鋅礦基于白金漢姆公式對充填漿液的沿程阻力進行了計算[1?3]；楊海剛等人對充填過程中影響充填材料流動性的影響因子進行了研究[4]；王旭，康瑞海等人基于彎管試驗對充填漿液的流動性進行了研究[5?6]。綜合以上研究成果可以看出，影響充填漿液流動性的主要指標(biāo)為全尾砂級配、漿料的濃度、充填管徑、充填流量和充填倍線。

式中，—水力坡度；—充填管徑，mm；—充填垂直距離，m；—充填水平距離，m；—充填效率，m3/h；—充填漿液容重，kg/m3；0—充填漿液的屈服剪切應(yīng)力，Pa(見表2)；—充填漿液的黏性系數(shù)，Pa?s (見表2)。

表2 不同濃度充填漿液流變參數(shù)

將表2中漿液流變參數(shù)代入式(1)，可以得出不同濃度充填漿液在白象山鐵礦充填系統(tǒng)中的漿液流動性評價結(jié)果(見表3)。從表3可以看出，當(dāng)充填漿液濃度達到60%時，評價結(jié)果小于 1，此時充填漿液將無法實現(xiàn)自流充填；當(dāng)充填漿液濃度在58%～60%時，評價結(jié)果小于2，說明漿液可以實現(xiàn)自流輸送，但是充填料漿流動和易性較差，容易堵管，不能滿足充填自流輸送要求；當(dāng)充填漿液濃度低于58%時，評價結(jié)果在2～6之間，完全可以滿足礦山自流輸送要求。

表3 漿液流動性評價結(jié)果

3 全尾砂水泥膠結(jié)體強度分析

試驗采用白象山鐵礦全尾砂和P.C32.5普通散裝硅酸鹽水泥。根據(jù)流動性分析結(jié)果，全尾砂漿液濃度取54%、52%和50% 3種，灰砂比設(shè)計為1:6、1:8和1:10。將不同配比的充填漿料澆注到70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的立方體試模中，抹平表面，覆蓋塑料薄膜。放置于HK-408G型恒濕恒溫標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室內(nèi)，養(yǎng)護室內(nèi)環(huán)境模擬井下采空區(qū)溫濕度(27±2 ℃)，濕度設(shè)定大于70%。抗壓強度試驗采用DYE-300S型全自動抗壓試驗機，測試試塊 3，7，28 d 3個齡期的強度，測試結(jié)果如表4所示。

從表4可以看出，齡期一定時試塊抗壓強度隨灰砂比的增大而增大，灰砂比一定時隨充填料漿濃度的增大而增大。白象山鐵礦采用上向進路充填采礦方法，充填體強度要求在1.7 MPa以上，故礦山井下灰砂比1:10時不能滿足礦山充填質(zhì)量要求，當(dāng)灰砂比1:6，充填漿液濃度大于50%及灰砂比1:8，充填漿料濃度大于52%時，均可滿足礦山充填質(zhì)量要求。

表4 全尾砂水泥試塊抗壓強度

4 結(jié) 論

(1) 白象山鐵礦尾砂SiO2含量較高，級配分析顯示細(xì)顆粒占比50%，利于充填漿料的輸送，尾砂化學(xué)組分有利于充填體強度增長；

(2) 基于白象山鐵礦充填系統(tǒng)現(xiàn)狀分析得出，當(dāng)充填漿液濃度達到60%時，充填漿液將無法實現(xiàn)自流充填；當(dāng)充填漿液濃度為58%～60%時，評價結(jié)果小于2，漿液雖可以實現(xiàn)自流輸送，但是充填料漿流動和易性較差，容易堵管，不能滿足充填自流輸送要求；當(dāng)充填漿液濃度低于58%時，評價結(jié)果在2～6之間，完全可以滿足礦山自流輸送要求；

(3) 白象山鐵礦采用上向進路充填采礦方法，充填體強度要求在1.7MPa以上，當(dāng)灰砂比1:6，充填漿液濃度大于50%及灰砂比1:8，充填漿料濃度大于52%時，均可滿足礦山充填質(zhì)量要求。

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[5] 王 旭,張融江,聞奎武,彭 亮.淺析高峰錫礦全尾砂充填料漿流動性能[J].采礦技術(shù),2016,16(05):18?20.

[6] 康瑞海,彭 亮,姚中亮.杜達鉛鋅礦粗骨料充填料漿流動性研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2017,37(03):14?18.

[7] 許毓海,許新啟.高濃度(膏體)充填流變特性及自流輸送參數(shù)的合理確定[J].礦冶,2004,13(3):16?19.

(2018?09?25)