金川龍首礦粗骨料充填料漿離析機理的研究

鄭治棟

（甘肅有色冶金職業技術學院，甘肅 金昌 737100）

粗骨料充填料離析指的是充填采礦的過程中，料漿中拌合物的各個組成材料之間的粘聚力下降，導致粗骨料發生下沉，膠凝劑和其余的拌合物之間相互分離，料漿的結構容易出現不均的現象。離析現象常表現為漿體和粗骨料的互相分離，密度較大的顆粒沉積在輸送管網的底部位置。離析現象發生后，產生的主要危害主要有兩種，不僅會造成管道的堵塞，而且會降低充填體的強度。

1 金川龍首礦的地質概述

龍首礦是金川集團旗下的主要礦山之一，建立于1959年，截止到目前，龍首礦每年的生產能力已經達到了140萬噸，礦區的地層屬于單斜的構造，南西向傾斜，地層之間呈褶曲發育，地層的整體走向呈310°，傾角的大小在40°到70°之間。主要的斷裂層情況為：橫向的斷裂層有F8與F28，縱向的斷裂層為F1與F16。龍首礦的礦區產出的巖漿巖不僅包括酸性巖，還包括超基性巖、派生脈巖以及深層巖等等，超基性巖是金川龍首礦的主要巖漿巖。圍巖的蝕變主要有透輝石化、水云母化、透閃石化、蛇紋石化以及綠泥石化等等[1]。

礦體主要是由三種類型的礦石構成，有貫入型的硫化鎳富礦石，超基性巖型的硫化銅礦石、硫化鎳貧礦石與富礦石，接觸交代型的硫化銅礦石、硫化鎳貧礦石與富礦石。礦山中有80%的富礦石。富礦石分布在礦體的中心部位，貧礦石位于富礦石的四周或者是一側。

金川龍首礦在長達多年的生產環節中，逐漸總結出了六角形傾斜進路膠結充填的采礦方法，此種方法是基于分層充填方法不斷優化而形成的采礦方法，將仿生學原理巧妙地融合在了里面，把原來的進路的正方形轉變成了六邊形的斷面，令采空區的混凝土的充填體呈現出蜂窩狀的鑲嵌式結構，改善了受力的情況，進一步提升了采礦區的穩定性與安全性，地應力的控制情況良好。

2 金川龍首礦粗骨料充填料漿離析的原因

一般來說，粗骨料充填料漿的構成成分主要包括水、水泥、砂石以及替代外加劑……材料經過充分地攪拌之后形成的，在充填的環節中發生離析的原因，不僅與攪拌的方法、攪拌的時間長短有關，還與水的使用量、凝膠劑的質量不合格、砂料的配比不合理、輸送料漿的流速小等原因息息相關，對料漿離析的影響十分巨大。

在充填體當中，水泥屬于一種關鍵性的膠凝材料，屬于充填體當中成本最大且最為主要的材料，水泥的質量能夠直接影響整個充填體的質量與穩定性，水泥的質量如果發生改變，就很容易出現離析的問題，不僅如此，在水泥中摻入好幾種混合料之后，膠凝拌合物的性能會發生一定程度上的改變。大多數礦山為了進一步提升水泥的活性，會最大程度的將水泥的細度提高，但是在提高水泥細度的同時，水的使用量會隨之增大，容易大幅降低減水劑的減水作用。所以說，水泥細度的降低，會增大外加劑的使用量，進而導致充填體發生離析。如果水泥的存放時間較久，會降低溫度，拌和所需的水的用量也會隨之減少，水泥中的細粉顆粒會逐漸凝結在一起，形成體積較大的顆粒，導致水泥顆粒的表面能下降，水泥顆粒吸附減水劑的能力不斷下降，常常表現為增強了減水劑的減水作用，進而造成混凝土的拌合物產生沉底或秘漿的問題。在實際的生產環節中，若使用長期存儲的水泥，不合理調整各項配比，很容易發生離析現象。

粗骨料充填料漿中使用量最大的一種材料是砂料，漿體的質量取決于砂料的質量，砂料級配的變化也容易引起離析現象，產生離析問題的主要原因分為以下幾點。

第一，碎石的粒徑變大，單一級配或者是級配的降低都是引起離析發生的主要原因。第二，砂料中的含石量過高，尤其是片狀石屑量過多，都會對料漿的和易性產生直接的影響，最終致使混凝土發生較為嚴重的離析現象。第三，砂石的含水量超過規定的標準，尤其是砂子的含水量，一旦砂子的含水量超過10%，就會導致料漿的濃度控制較為困難，發生混凝土的離析問題。因為砂子中的含水量特別高，砂子的含水通常處在一個過飽和的情況下，致使砂子表層的毛細管內的含水無法及時排出，所以在攪拌的過程中會導致拌合水的使用量過高，而且料漿在管道當中運輸時，骨料會持續性的釋放毛細管內的水分，影響水泥漿與骨料的粘結效果，導致料漿離析[2]。

3 金川龍首礦粗骨料充填料漿離析的控制方法

（1）膠凝劑的控制。在粗骨料充填料漿中，水泥發揮著膠結的作用，與此同時，水泥的優秀保水特性還可以在輸送的系統中發揮出潤滑的作用。水泥的使用量具有一個最佳的值，如果水泥的用量低于這個數值，就會降低輸送的性能，影響到料漿的均勻性，降低凝膠劑的保水性，極易發生泌水和離析現象，有時還會出現堵管的現象。充填制漿的環節中，需要使用到F類的1級粉煤灰，配比在10%到30%之間，用來代替等量的水泥或者是超量代替水泥，進一步優化料漿的和易性，可以有效控制因為水泥的原因而造成的離析現象。

（2）砂料的控制。由于砂料原因而引起的離析可以采用以下幾種方法來進行控制。把預防作為控制的要點，嚴格落實骨料的進場質量檢查的制度，確保骨料的級配質量為最高標準，含泥量不得超過7%，以配合比為標準，適宜的增大給砂量，進一步提高料漿的濃度，有效地改善離析的問題。如果離析的原因是砂料中的片狀石屑的體積過大，單單調整砂率無法徹底解決離析問題，還需要增大混凝土的膠結材料的用量，尤其是摻和料的使用量。與此同時，還應當適宜的調整外加劑的使用量的大小。如果離析的原因是含水率的因素，可以適當延長攪拌的時間，提高攪拌桶的也為高度，將原本的1.2m調整到1.8m，將攪拌的時間延長20%左右，或者還可以在骨料中摻加冶煉爐渣或者是其他韓適量較低的輔助骨料，降低粗骨料料漿的整體含水量。

（3）料漿的濃度控制。充填系統中所規定的充填料的濃度質量的具體配比如下：每立方充填料漿中，灰砂的重量比為1:4，砂料使用量為1238kg，水泥的使用量為310kg，水的使用量為436kg，填充料漿的質量濃度為78%。水泥的比重為每立方米3.1t，水的比重為每立方米1t，砂料的比重為每立方米2.67t。

4 結語

綜上所述，粗骨料充填料漿離析的原因主要與凝膠材料、砂料的質量以及料漿的濃度有關，可以充分考慮上述控制方法，有效地控制離析現象的發生，保證充填生產的高效性。