邊坡露天采場治理中極細干尾砂膠結料強度研究

丁東彥，魏忠振

（1.蘭州有色冶金設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省應急管理廳，甘肅 蘭州 730000）

礦產資源是世界重要自然資源的一種，也是社會和國民經濟發展的重要物質基礎之一。我國是個人口基數大國，而且當前我國正處在經濟快速發展過程中，隨著國民經濟的發展和人民生活水平的提高，對礦產資源的需求量也在日益增加。然而礦產資源的開采給自然生態系統和環境生態結構帶來了嚴重的破壞，導致引發一系列的生態環境問題。尤其是邊坡露天開采項目，不但會造成土地景觀和土地資源的破壞誘發地質災害，而且對水文水資源會造成干擾加劇水土流失現象，同時生物多樣性會發生損失現象。目前，為了解決露天采坑造成的生態環境問題，部分企業轉為地下開采[1]，隨著露天轉地下的開采，尾礦排放量增大，出現尾礦無法排放的情況和建設尾礦庫時征地困難等一系列問題，嚴重影響制約了礦山的發展。采用尾砂膠結料治理露天采坑，可以較好的解決尾礦庫的建設與征地問題，為企業和社會帶來較好的經濟效益和社會效益。同時，可以及時復墾恢復生態結構，改善礦產資源開采造成的生態環境問題。由于部分選礦工藝產生的尾礦粒度極細且含有污染物[2]，在邊坡露天采場治理中直接堆存尾砂不但穩定性無法保證，而且存在環保問題，為了提高尾砂的堆存穩定性，防止尾砂中的污染物浸出污染環境，改善極細尾砂的物理力學特性十分有必要，因此研究極細干尾砂膠結料的物理力學特性對邊坡露天采場的治理有很大的意義。

1 極細干尾砂膠結料配比分析

1.1 尾砂物理化學特性

以某金礦公司選礦產生的全尾砂為例，尾砂粒度-200目的顆粒累計含量高達96.3%，-400目的顆粒累計含量高達89.7%，尾砂最大的特點是顆粒粒度極細[3]。根據尾砂判別標準表和粒徑分布曲線可知，該尾砂類型屬于尾粉土，粒徑分布曲線如圖1所示。

圖1 尾砂粒徑分布曲線

尾砂主要物理參數包括比重、密實容重、松散容重、最大孔隙率、最小孔隙率及自然安息角。尾砂物理參數如表1。

表1 尾砂主要物理參數

經過試驗測定，尾砂中含有較多的SiO2、CaO、MgO、Al2O3等成分，尾砂主要化學成分如表2。

表2 尾砂化學成分

從試驗結果可以看出，尾砂中含有少量的S，經過氧化后生成（SO4）2-，會使尾砂膠結料發生脹裂而被侵蝕，對尾砂膠結料的后期強度有不利的影響。但是尾砂含有大量的SiO2，SiO2的存在對尾砂膠結料強度的增長非常有利，同時尾砂中較多的CaO、MgO、Al2O3可以改善尾砂膠結料的膠結力和凝聚力[4]。

1.2 配比試驗方案設計

本次強度配比試驗骨料采用經過壓濾后的干全尾砂，膠凝料選用當地的普通硅酸鹽425水泥，制作低配比試驗試塊，選用不同的含水率、不同的灰砂比、不同的養護齡期進行強度測試，最終根據實際含水率結合塌落度結果選取合適的配比方案[5]。尾砂膠結料配比試驗方案設計如下：

①灰砂比分別為1:20、1:30、1:40、1:50；②含水率分別為13.0%、16.0%、24.0%三組；③養護期為7d、14d、28d。

1.3 尾砂膠結料強度試驗

按照配比試驗方案分別制作不同灰砂比以及不同含水率的試塊，經過7d、14d、28d三個不同的養護期，對各試塊進行強度測定。試驗過程見圖2，強度結果值見表3。

圖2 試驗過程

表3 強度結果值

1.4 試驗結果分析

當尾砂含水率一定時，配比越大，即水泥添加量越多，試塊凝結速度越快，各齡期試塊的強度也越大；對于同一含水率和齡期、不同灰砂比的試塊，隨著灰砂比的提高，強度也隨之增加；同一灰砂比，含水率越高，強度反而降低，但含水率與強度不滿足反相關關系。

2 結論

（1）本文首次嘗試采用極細干尾砂配置膠結料，并測定不同配比下的試塊強度。

（2）通過試驗可知，在實際尾砂含水率一定時，膠結料的強度與灰砂比成正相關關系，在28天養護期內膠結料的強度與養護齡期成正相關關系。

（3）通過試驗得出不同配比和不同含水率極細干尾砂膠結料的強度，在尾砂膠結料治理邊坡露天采場中，結合選廠生產的實際尾砂特性以及所需尾砂膠結料強度要求等，選取合適的配比拌制尾砂膠結料，試驗結果為邊坡露天采場治理中尾砂膠結料的配比選取提供參考依據。