新田嶺鎢礦充填膠結(jié)劑優(yōu)選試驗(yàn)研究

王 旭，康瑞海，彭 亮

(1.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410012；2.國(guó)家金屬采礦工程技術(shù)研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410012；3.金屬礦山安全技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖南 長(zhǎng)沙 410012)

新田嶺鎢礦是中鎢高新材料股份有限公司的主要鎢精礦、鉬精礦生產(chǎn)基地，多年來(lái)均采用空?qǐng)龇ㄩ_(kāi)采。根據(jù)新田嶺鎢礦的開(kāi)采現(xiàn)狀及內(nèi)外部條件，礦方經(jīng)研究確定全面實(shí)行充填采礦法[1-5]。本文采用新田嶺鎢礦全尾砂做骨料，并選取4種膠結(jié)劑作為膠凝材料進(jìn)行強(qiáng)度配比試驗(yàn)，篩選出符合礦山采礦方法要求且性價(jià)比最優(yōu)的膠結(jié)劑[6-11]，為充填工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)成本控制提供依據(jù)。

1 粒度測(cè)試

全尾砂烘干、均勻取樣后，利用激光粒度分析儀測(cè)試其粒級(jí)分布，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 全尾砂粒級(jí)組成

國(guó)內(nèi)外研究資料表明，全尾砂漿中極細(xì)顆粒含量不低于15%時(shí)有利于形成穩(wěn)定柱塞流或結(jié)構(gòu)流。由表1可知，新田嶺尾砂中-20 μm細(xì)顆粒含量占23.73%，滿足此項(xiàng)要求。-75 μm 的顆粒累計(jì)含量為49.41%，與國(guó)內(nèi)鎢礦全尾砂相比，新田嶺尾砂粒級(jí)較粗，對(duì)充填濃度和強(qiáng)度有利。

2 塌落度測(cè)定

通過(guò)塌落度試驗(yàn)直觀了解和掌握不同濃度全尾砂料漿的流動(dòng)狀態(tài)和特性。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 2，塌落度趨勢(shì)見(jiàn)圖1。

表2 全尾砂坍落度試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

圖1 全尾砂塌落度趨勢(shì)圖

塌落度試驗(yàn)結(jié)果表明，料漿濃度≥80%時(shí)，塌落度小于22 cm時(shí)，料漿粘度大，難以實(shí)現(xiàn)自流輸送；濃度在 74%～78%之間時(shí)，流動(dòng)性能良好，無(wú)離析現(xiàn)場(chǎng)，坍落度范圍在26.5～28 cm時(shí)，能實(shí)現(xiàn)不同倍線（＜8）條件下的自流輸送。

3 全尾砂強(qiáng)度配比試驗(yàn)

利用新田嶺礦選廠全尾砂分別與 4種膠結(jié)劑（P.C32.5R水泥、P.O42.5水泥、1#膠固粉、2#膠固粉）進(jìn)行強(qiáng)度配比試驗(yàn)，設(shè)計(jì)5組灰砂比，分別為1:4，1:6，1:8，1:12，1:20，料漿濃度選為 74%，共計(jì)20組不同配比實(shí)驗(yàn)，每組配比測(cè)試28 d齡期強(qiáng)度，每組齡期澆注3個(gè)試塊，共計(jì)60個(gè)試塊，標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù)，強(qiáng)度結(jié)果見(jiàn)表3，強(qiáng)度曲線見(jiàn)圖2。

表3 全尾砂+水泥配比試驗(yàn)結(jié)果匯總

圖2 全尾砂塌落度趨勢(shì)圖

依表3和圖2可知：

（1）采用不同膠結(jié)劑的試塊均能正常凝結(jié)硬化，試塊強(qiáng)度均能正常增長(zhǎng)；

（2）試塊強(qiáng)度與灰砂比正相關(guān)，即強(qiáng)度隨著灰砂比的增大而呈上升趨勢(shì)，灰砂比越大，強(qiáng)度上升幅度越大；

（3）整體膠結(jié)效果上，1#膠固粉和2#膠固粉均遠(yuǎn)優(yōu)于P.O 42.5水泥及P.C 32.5R水泥；1#膠固粉和2#膠固粉膠結(jié)效果接近。

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

新田嶺井下擴(kuò)能改造工程主要采用分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法、中深孔房柱嗣后充填采礦法、切頂房柱嗣后充填采礦法和上向高分層充填采礦法等，充填不同部位時(shí)充填強(qiáng)度要求分別為：充填體28 d強(qiáng)度3～5 MPa占比7%、2 MPa占比10%、1 MPa占比22%、0.5 MPa占比61%。結(jié)合表3可知，在已有的強(qiáng)度配比數(shù)據(jù)條件下，P.C32.5R水泥無(wú)法滿足充填采礦法對(duì)強(qiáng)度的要求，由其它3種膠結(jié)劑28 d強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的灰砂比及各物料單耗推算出各物料綜合單耗，計(jì)算充填成本見(jiàn)表4。

表4 充填膠結(jié)劑成本

由表4可知：

（1）1#膠固粉和2#膠固粉充填單耗接近，且均遠(yuǎn)低于P.O42.5水泥；

（2）1#膠固粉單價(jià)最高，2#膠固粉次之，P.O42.5水泥單價(jià)最低，但由于P.O42.5水泥單耗高，其單位體積充填膠結(jié)劑成本反而最高，1#膠固粉次之，2#膠固粉最低。

5 結(jié) 論

新田嶺鎢礦是湖南地區(qū)重要的鎢精礦原料生產(chǎn)基地，該礦目前已經(jīng)著手進(jìn)行充填系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建設(shè)，提前進(jìn)行相關(guān)充填材料試驗(yàn)和充填膠結(jié)劑優(yōu)選試驗(yàn)對(duì)礦山具有重要意義，通過(guò)以上試驗(yàn)及膠結(jié)劑技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選可以得出以下重要結(jié)論。

（1）全尾砂中超細(xì)顆粒含量充足，-75 μm的顆粒累計(jì)含量為49.41%，與國(guó)內(nèi)鎢礦全尾砂相比，新田嶺尾砂粒級(jí)較粗，對(duì)充填濃度和強(qiáng)度有利。

（2）料漿濃度在74%～78%時(shí)，表現(xiàn)出良好的流動(dòng)性能，且無(wú)離析現(xiàn)象，此時(shí)塌落度為 26.5～28 cm，能實(shí)現(xiàn)不同倍線（＜8）的自流輸送。

（3）多種膠結(jié)劑及配比的強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表明，采用不同膠結(jié)劑的試塊均能正常凝結(jié)硬化，試塊強(qiáng)度均能正常增長(zhǎng)，整體膠結(jié)效果上，1#膠固粉、2#膠固粉均遠(yuǎn)優(yōu)于P.O 42.5水泥及P.C 32.5R水泥。

（4）結(jié)合采礦方法對(duì)充填體強(qiáng)度要求進(jìn)行了充填成本核算，結(jié)果表明，2#膠結(jié)劑成本最低為52.25元/m3，1#膠結(jié)劑次之（56.55元/m3），P.O42.5最高（69.55元/m3），P.C32.5R水泥無(wú)法滿足充填強(qiáng)度要求，不適合作為新田嶺鎢礦膠結(jié)劑。

（5）膠結(jié)劑價(jià)格和單耗是決定充填成本的關(guān)鍵因素，礦山可以通過(guò)開(kāi)展以下工作實(shí)現(xiàn)降低充填膠結(jié)劑成本的目的。一是在膠結(jié)劑滿足質(zhì)量要求的前提下，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性談判引入多家膠結(jié)劑供應(yīng)商，可有效降低膠結(jié)劑供應(yīng)價(jià)格；二是通過(guò)優(yōu)化采礦方法，降低充填體強(qiáng)度要求，從而實(shí)現(xiàn)降低膠結(jié)劑單耗。