賴 偉，劉婉瑩

（1.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司，長(zhǎng)沙 410012；2.金屬礦山安全技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410012）

隨著充填技術(shù)不斷提高，尾砂充填技術(shù)從分級(jí)尾砂充填發(fā)展到全尾砂充填。全尾砂充填技術(shù)一般通過(guò)管道進(jìn)行輸送，工藝簡(jiǎn)單，輸送能力大，已在許多礦山應(yīng)用，具有廣闊的前景。充填是礦山廢料處理、廢料再利用、綠色礦山建設(shè)的一個(gè)良好途徑［1－5］。

坍落度是衡量料漿輸送性的一個(gè)重要指標(biāo)。通過(guò)測(cè)試全尾砂坍落度，了解全尾砂料漿的輸送性能，觀察料漿坍落后的攤開度，可以進(jìn)一步了解料漿的流動(dòng)性能，通過(guò)觀察料漿的性狀了解料漿的黏聚性和保水性能等。坍落度是全尾砂輸送性能評(píng)判的一個(gè)簡(jiǎn)單方便切實(shí)可行的指標(biāo)［6］。

1 全尾砂特性

圖1 粒級(jí)分布曲線圖Fig.1 Grain size distribution curve

全尾砂一般為全粒級(jí)的尾礦，粒徑一般為連續(xù)分布，且粒級(jí)較細(xì)，如圖1。由于尾礦一般較細(xì)，所以，全尾砂的濃度一般較低，濃密機(jī)底流濃度一般為40%左右或更低，輸送于砂倉(cāng)一般還要經(jīng)過(guò)沉降脫水再用于充填。所以影響坍落度的兩個(gè)重要因素為全尾砂的質(zhì)量濃度和全尾砂的粒級(jí)分布。全尾砂性質(zhì)隨不同礦山的礦物產(chǎn)物而不同，甚至同一礦山全尾砂的區(qū)別也很大，所以研究不同全尾砂坍落度的規(guī)律，對(duì)全尾砂充填具有重要意義。

2 試驗(yàn)研究方法

從多個(gè)礦山采集不同種類不同粒級(jí)配比的全尾砂，分別對(duì)不同產(chǎn)地的全尾砂進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)按照GB／T 50080－2002規(guī)定進(jìn)行，每次試驗(yàn)取全尾砂10kg，采用實(shí)驗(yàn)室自來(lái)水進(jìn)行試驗(yàn)。每組試驗(yàn)測(cè)定三次，取平均值作為試驗(yàn)結(jié)果［7］。

3 全尾砂質(zhì)量濃度對(duì)坍落度的影響

全尾砂的質(zhì)量濃度為全尾砂干質(zhì)量與料漿之比，水是影響料漿性能的一個(gè)重要因素。全尾砂的流動(dòng)性主要依靠尾砂顆粒表面吸附的一層水膜，從而使得顆粒間比較潤(rùn)滑。而且其黏聚性也主要依靠水的表面張力作用，水量過(guò)少，則水膜薄，甚至呈現(xiàn)干硬性，潤(rùn)滑效果差；而水含量大，則毛細(xì)孔被水分填滿，表面張力小，全尾砂的黏聚性變差，易水砂分離。當(dāng)全尾砂確定后，全尾砂料漿的坍落度隨質(zhì)量濃度的增大急劇變化。

由圖2可以看出，坍落度隨濃度的降低呈加速下降的趨勢(shì)，全尾砂坍落度存在一個(gè)臨界濃度，當(dāng)濃度低于該值時(shí)，坍落度值急劇增大，然后變緩，最終完全攤開。坍落度與濃度之間存在一定規(guī)律性，采用多項(xiàng)式將曲線擬合。二次函數(shù)y＝ax2＋bx＋c擬合公式結(jié)果如表2所示，曲線的擬合性較好。而作為充填料漿，特別全尾砂結(jié)構(gòu)流充填料漿的流動(dòng)性能，一般要求坍落度值應(yīng)大于20cm以上的濃度范圍，其能夠保證有較好的黏聚性、和易性、流動(dòng)性和輸送性能。在一定濃度范圍內(nèi)由擬合公式可以計(jì)算各濃度對(duì)應(yīng)的坍落度，在固定礦山，全尾砂骨料確定后，尾砂的濃度可以采用濃度計(jì)測(cè)量，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)擬合公式可以快速計(jì)算坍落度，以便及時(shí)調(diào)整全尾砂料漿的輸送參數(shù)。

由表1可以看出，樣品1在66%～70%，樣品2在62%～66%，樣品3在66%～70%，樣品4在62%～70%，樣品5在58%～62%，樣品6在68%～72%時(shí)坍落度在25～27cm范圍內(nèi)，此時(shí)的流動(dòng)性、輸送性較好?？梢姴煌奈采?，坍落度的變化不同，但是均隨濃度的不斷降低坍落度迅速增大。

表1 全尾砂坍落度試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical table of whole tailings slump test ／cm

表2 擬合公式Table 2 Fitting formula

4 全尾砂粒級(jí)分布對(duì)坍落度的影響

圖2 質(zhì)量濃度—坍落度曲線圖Fig.2 Curve of mass concentration－slump

全尾砂粒級(jí)的分布對(duì)坍落度影響較大，全尾砂料漿與混凝土的骨料配比有根本的不同，混凝土主要配比包括粗骨料、細(xì)骨料、水泥膠結(jié)劑等，其粒級(jí)配比具有跳躍性。而全尾砂則不同，其粒級(jí)分布為連續(xù)分布，一般符合一定的分布規(guī)律，如圖1所示為一典型的全尾砂分布曲線圖。坍落度與尾砂的粒級(jí)配比、粒級(jí)分布、不均勻程度等有關(guān)系。尾砂粒級(jí)配比合理時(shí)，尾砂的和易性、黏聚性和流動(dòng)性好；尾砂粒級(jí)配比不均勻時(shí)，特別是粗顆粒多時(shí)，較容易產(chǎn)生水砂分離和跑漿現(xiàn)象。

如表3所示，由于各樣品的特征不同，波動(dòng)性很大。各樣品達(dá)到能輸送要求的濃度不同，一般尾砂越細(xì)，能輸送濃度較低；尾砂越粗輸送的濃度越大。在同濃度時(shí)（以70%論），坍落度與尾砂粒級(jí)粗細(xì)和不均勻系數(shù)有關(guān)系，如樣品6，尾砂粒級(jí)較粗，平均粒徑60.22μm，但是尾砂的均勻性好，坍落度為27 cm，能夠滿足輸送的要求。而樣品2、3，由于全尾砂粒徑配比極不均勻，細(xì)粒徑尾砂少，坍落度為22.5 cm、24cm，用于長(zhǎng)距離輸送比較困難。對(duì)一些粒級(jí)分布不均勻的全尾砂，根據(jù)礦山的條件，可以試驗(yàn)加入一些合適粒級(jí)的骨料改善粒級(jí)組成，如粉煤灰、碎石等，以獲得更好的性能，所以通過(guò)研究全尾砂坍落度采取一定措施可以改善全尾砂的輸送性能。

表3 全尾砂粒級(jí)分布特性表Table 3 Grain size distribution table of whole tailings

5 料漿配比及濃度對(duì)坍落度的影響

為了探索料漿配比對(duì)坍落度的影響，選取pc32.5水泥，分別進(jìn)行全尾砂試驗(yàn)，灰砂比1∶4，1∶6，1∶8，1∶10，全尾砂五組試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表4，從表中可以看出，不同料漿配比的坍落度在不同濃度時(shí)不同，料漿的塌落度隨濃度的降低不斷降低，隨料漿灰砂比的升高，呈現(xiàn)不斷減小的趨勢(shì)。實(shí)驗(yàn)證明，加入了水泥后，由于水泥為細(xì)顆粒物，本身的粒度較細(xì)，改變了尾砂料漿本身的粒級(jí)配比，水泥水化會(huì)消耗一部分水分，并且將尾砂顆粒和水泥結(jié)合成大顆粒物等，所以料漿的配比對(duì)坍落度的影響是顯著的，而采礦工藝往往要求用不同的充填料漿配比來(lái)達(dá)到不同的充填體強(qiáng)度，所以在試驗(yàn)時(shí)應(yīng)覆蓋充填料漿的不同配比需求。

表4 不同料漿配比及濃度的塌落度試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Test results of slump with different mixture ratio and concentration／cm

6 結(jié)論

通過(guò)試驗(yàn)對(duì)全尾砂坍落度的影響因素進(jìn)行了分析，在全尾砂樣品確定的情況下，坍落度隨濃度的變化趨勢(shì)在一定范圍內(nèi)與二次函數(shù)的擬合性較好。存在一個(gè)臨界濃度，當(dāng)濃度小于該值時(shí)，坍落度迅速增大，逐步呈完全攤開趨勢(shì)。

粒級(jí)組成是影響坍落度的最根本因素，粒級(jí)配比的均勻性較好時(shí)，料漿的和易性、保水性和流動(dòng)性較好。料漿的濃度和料漿的配比對(duì)料漿的坍落度影響都是顯著的。

全尾砂充填采用全粒級(jí)尾砂充填，解決了礦山尾礦堆存和充填料來(lái)源不足等難題，具有廣闊的空間。研究全尾砂坍落度性能對(duì)全尾砂結(jié)構(gòu)流充填具有重要意義。

［1］ 周愛(ài)民 .礦山廢料膠結(jié)充填［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2007：167－180.

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