萊新鐵礦尾輕亞黏土的膠凝特性研究

李志杰，彭 亮，李 鑫

萊新鐵礦尾輕亞黏土的膠凝特性研究

李志杰1，彭 亮2, 3，李 鑫2, 3

（1.魯中礦業有限公司萊新鐵礦，山東 萊蕪市 271124；2.長沙礦山研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012；3.金屬礦山安全技術國家重點實驗室，湖南 長沙 410012）

萊新鐵礦的尾砂屬難固結的尾輕亞黏土，若作為充填集料，其膠凝特性是關乎充填質量的極重要因素。基于此，萊新鐵礦與長沙礦山研究院有限責任公司開展合作攻關，通過對全尾砂的膠結配比試塊強度分析，證實萊新鐵礦選用的膠固粉，可以使尾砂膠結充填體強度達到充填采礦的強度要求。

膠凝特性；尾輕亞黏土；充填體強度；膠結充填；充填采礦

萊新鐵礦由魯中礦業有限公司控股，位于山東省萊蕪市牛泉鎮境內，礦區東距萊蕪市區12 km，北距辛泰鐵路藺家樓車站7.5 km。采用分段膠結充填采礦法、上向進路膠結充填采礦法及上向分層膠結充填采礦法3種方式進行回采，對充填體的強度要求較高。而萊新鐵礦尾砂中?0.005 mm的尾砂質量約占全尾砂量的14%，屬尾輕亞黏土，是一種難固結的充填集料。

為保證萊新鐵礦充填體的質量，萊新鐵礦與長沙礦山研究院開展合作攻關，通過對全尾砂的分析，證實萊新鐵礦選用的膠固粉，可以使充填體達到充填強度的要求。

1 試驗材料取樣

礦方通過物流方式向長沙礦山研究院有限責任公司充填實驗室提供了尾砂15袋，約600 kg；膠凝材料：淄博海易膠結劑4袋，共約200 kg。在實驗室將尾砂進一步晾干，均勻制樣。試驗材料烘干制備及尾砂樣品見圖1、圖2。

圖1 烘干房烘干

圖2 尾砂烘干后儲存樣品

2 試驗內容及結果分析

2.1 物理化學性質試驗結果

本次物理性質試驗測試全尾砂的比重、容重、孔隙率等參數，且采用MASTERSIZER 2000型激光衍射粒度分析儀測定粒度分布。實驗結果如表1和表2所示。

表1 全尾砂物理性質試驗結果

充填材料中的各種化學成分及其含量對充填體強度有一定的影響，測定結果如表3所示。

根據表1~表3可以得出：

（1）全尾砂?75 μm累計含量達到76.062%，平均粒徑68.11 μm，與國內類似礦山相比，該礦尾砂很細。

（2）尾砂?20 μm累計含量為41.450%，尾砂粒級組成有利于形成“結構流體”。

表2 全尾砂粒度測定試驗結果

表3 全尾砂化學成分測定結果/%

（3）充填物料中，堿性環境對于充填體后期強度增長較為有利，通常采用“堿度系數”來衡量物料之間的堿性程度（＞1，為堿性；＜1，為酸性），=(CaO+MgO)/(Al2O3+SiO2)。全尾砂=0.71＜1，為酸性，不利于充填體后期強度。

2.2 強度配比試驗

（1）試驗方案。灰砂比為1:3，1:4，1:4.5，1:5，1:6，1:7，1:8共7種，料漿濃度為62%、59%、56%、53% 4組，測試4個齡期(3，7，28和60 d)的強度。

采用7.07 cm×7.07 cm×7.07 cm的金屬模澆注，終凝后拆模，將試塊輕輕放入恒溫箱進行保濕養護，溫度調節到20℃，濕度調節到96%左右，整個過程嚴格按實驗操作規程進行試驗。試塊制作過程如圖3所示。

圖3 試塊制作

（2）試驗結果。充填材料各配比單軸抗壓強度結果見表4。

2.3 結果分析

（1）灰砂比對試塊強度的影響。作為影響試塊強度的主要因素，灰砂比(膠結劑添加量)對強度影響很大，從表4可以看出，當濃度一定時，膠結劑添加量越多，試塊凝結速度越快，各齡期試塊的強度越大。

表4 試塊試驗強度結果匯總

（2）充填料漿濃度對試塊強度的影響。從表4可以看出，當灰砂比一定時，充填料濃度越高，試塊凝結速度越快，各齡期的強度越大。灰砂比同為1:4時，濃度為59%試塊的3，7，28，60 d強度分別為3.585，5.167，7.941，8.293 MPa，分別為濃度56%試塊強度的1.136，1.141，1.058，1.056倍。

（3）養護齡期對試塊強度的影響。隨著養護齡期的增加，試塊強度均有增長。灰砂比1:4，料漿濃度59%試塊的3 d強度為3.585 MPa，后期試塊的7，28 d強度，較3 d強度分別增長了1.441，2.215倍。

3 結 論

萊新鐵礦全尾砂粒度細，屬于尾輕亞黏土，其與海易膠固粉的膠凝效果滿足充填要求。此外，灰砂比、充填料漿濃度及養護齡期是試塊強度的重要影響因素，生產中應密切關注。

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(2019-01-15)

李志杰(1980—)，男，內蒙古赤峰人，主要從事充填系統工藝技術應用工作，Email: lzjtnt@126.com。