金屬礦山膠結(jié)充填體強(qiáng)度影響因素的實(shí)驗(yàn)與優(yōu)化

張旭飛

一、研發(fā)背景

焦家分礦為焦家金礦的主礦區(qū)，在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)尾砂片落、充填體離析分層等現(xiàn)象，就其原因，主要是因?yàn)槌涮铙w強(qiáng)度未能完全滿足生產(chǎn)需求。因此，現(xiàn)階段展開充填體強(qiáng)度影響因素的實(shí)驗(yàn)研究顯得尤為重要。

本項(xiàng)目主要探究尾砂級(jí)配和充填濃度對(duì)金屬礦山膠結(jié)充填體強(qiáng)度的影響，以此對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確有效分析，揭露出現(xiàn)有系統(tǒng)存在的不足及瓶頸，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果及時(shí)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以此達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)。

二、研究?jī)?nèi)容

（一）關(guān)于影響充填體強(qiáng)度因素的實(shí)驗(yàn)

1、尾砂級(jí)配對(duì)充填體強(qiáng)度的影響實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)選取最優(yōu)尾砂級(jí)配來展開。

（1）通過對(duì)選廠尾砂進(jìn)行多次篩分，全尾砂平均粒級(jí)分布為：+100目占比27.1%、+200-100目占比20.8%、+400-200目占比20.3%、-400目占比31.8%。

（2）利用篩分出的各粒級(jí)干砂，合理組合級(jí)配，為后續(xù)充填體強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，充填體中-400目（37μm以下）含量在10%-20%之間效果最佳。因此，設(shè)定-400目尾砂含量為15%，其余粒級(jí)分布進(jìn)行合理組合，見表1。

（3）根據(jù)表1中10組尾砂級(jí)配，分別制備灰砂比1：4、1：10、1：20充填體，當(dāng)充填體滿3天、7天、14天齡期后，分別進(jìn)行單軸抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)。

（4）在Smart Test測(cè)試軟件中新建任務(wù)，將充填體試塊放到萬能試驗(yàn)機(jī)指定區(qū)域，調(diào)整好壓板位置和速度，發(fā)送指令進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束，將數(shù)據(jù)整理歸檔，做好對(duì)比分析。

以上為實(shí)驗(yàn)期間充填體試塊的制備、強(qiáng)度測(cè)試及部分組別實(shí)驗(yàn)報(bào)告。最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示，充填體強(qiáng)度單位為MPA。

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)確認(rèn)，適用于焦家分礦的尾砂級(jí)配為：+100目占比30±2%、+200-100目占比30±2%、+400-200目占比25±2%、-400目占比15±2%，將在后續(xù)進(jìn)行尾砂級(jí)配優(yōu)化。

2、充填濃度對(duì)充填體強(qiáng)度的影響實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)選取實(shí)驗(yàn)1最終的級(jí)配尾砂作為骨料，配制60%、65%、70%濃度的充填體試塊，充填體強(qiáng)度結(jié)果見表3，充填體強(qiáng)度單位為MPA。

分析表3后，我們得出以下結(jié)論：

①充填濃度影響充填體的質(zhì)量，濃度越高，充填體質(zhì)量越好。

②當(dāng)充填料漿濃度在65%左右時(shí)，充填接頂完畢后，若在1天之內(nèi)拆板墻，接頂部分的充填體無法自立。若在短期內(nèi)拆除板墻進(jìn)行采掘作業(yè)，不僅安全無法保障，而且會(huì)造成相鄰進(jìn)路采礦貧化率增大，降低經(jīng)濟(jì)效益。

③使用灰砂比1：10且充填濃度60%-65%接頂?shù)牟蓤?chǎng)或灰砂比1：20且充填濃度65%左右接頂?shù)牟蓤?chǎng)，需間隔2天以上進(jìn)行板墻拆除及采掘作業(yè)。

（二）結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化

（1）對(duì)充填站旋流器組進(jìn)行檢查，取沉砂及溢流進(jìn)行濃度測(cè)試及尾砂粒級(jí)篩分，結(jié)果顯示3#旋流器組平均沉砂濃度僅為40%，平均溢流濃度卻達(dá)到42%，后續(xù)造漿濃度偏低。結(jié)果顯示溢流尾砂中粗粒級(jí)含量較多，旋流器跑粗現(xiàn)象明顯，分級(jí)失效。

在排除旋流器進(jìn)料口、沉砂口以及溢流口問題后，對(duì)旋流器內(nèi)襯進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)6臺(tái)旋流器聚氨酯內(nèi)襯磨損厚度均超過50%，其中3臺(tái)磨損厚度近乎100%。經(jīng)工作人員緊張更換和調(diào)試，試車發(fā)現(xiàn)沉砂呈柱狀或斷續(xù)塊狀排出，可能是沉砂口過小引發(fā)沉砂排料異常。對(duì)此，技術(shù)人員決定將沉砂口直徑增大至？44，發(fā)現(xiàn)沉砂呈傘狀噴出，但沉砂夾角大于20%，未能達(dá)到最佳狀態(tài)。繼續(xù)將沉砂口直徑更換為？40，達(dá)到最優(yōu)工作狀態(tài)。

對(duì)優(yōu)化后的旋流器沉砂及溢流進(jìn)行濃度和粒級(jí)篩析測(cè)試。結(jié)果顯示，平均沉砂濃度達(dá)到65%，平均溢流濃度為25%，符合生產(chǎn)要求，但尾砂級(jí)配未達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。嘗試關(guān)閉1臺(tái)旋流器，進(jìn)料壓力增大至0.06MPA，測(cè)試尾砂級(jí)配，仍未達(dá)到要求。在確保足夠的尾砂處理量的情況下，嘗試關(guān)閉2臺(tái)旋流器，成功達(dá)到實(shí)驗(yàn)1要求的尾砂級(jí)配。

（2）①根據(jù)實(shí)驗(yàn)2的結(jié)果，當(dāng)充填接頂處濃度較低（60%-65%），板墻拆除及采掘作業(yè)需在充填完畢2-3天以后進(jìn)行，否則頂部充填體極易崩落。

②充填體實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度數(shù)據(jù)均建立檔案，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)不合格的試塊所屬采場(chǎng)應(yīng)尤為關(guān)注，未雨綢繆。

三、效益分析

通過開展本項(xiàng)目，針對(duì)尾砂級(jí)配和充填濃度對(duì)充填體強(qiáng)度的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，并結(jié)合系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行優(yōu)化，最終的目的是為了提高充填質(zhì)量，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益和安全效益。