李 強(qiáng) 鄧代強(qiáng) 李向東

(1.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司；2.國(guó)家金屬采礦工程技術(shù)研究中心)

深井充填材料力學(xué)特性影響因素分析

李 強(qiáng)1,2鄧代強(qiáng)1,2李向東1,2

(1.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司；2.國(guó)家金屬采礦工程技術(shù)研究中心)

人工合成的巖土充填材料，其組成成分的添加量決定其力學(xué)性能。當(dāng)充填空區(qū)條件比較理想時(shí)，可以通過(guò)礦山充填站的給料設(shè)備對(duì)充填材料的添加量加以調(diào)節(jié)控制，以得到所需要的力學(xué)參數(shù)，達(dá)到較好的充填效果。充填材料中各種物料的量與成本緊密相聯(lián)，對(duì)此進(jìn)行了相關(guān)分析，以使礦山充填經(jīng)濟(jì)合理。

充填材料 添加量 力學(xué)性能 影響因素

為了滿足日益增長(zhǎng)的礦產(chǎn)品需求，采礦正向地殼深部進(jìn)行。日趨發(fā)展成熟的充填采礦法，為充分回收礦產(chǎn)資源、保護(hù)礦區(qū)及周邊生態(tài)環(huán)境，礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了技術(shù)保障[1-3]。作為一種充填于井下的人工巖土介質(zhì)，其力學(xué)性能可以通過(guò)人工調(diào)節(jié)加以控制，使其達(dá)到生產(chǎn)所要求的技術(shù)指標(biāo)。要使充填體既能夠滿足生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)合理，需要對(duì)其力學(xué)指標(biāo)的各影響因素進(jìn)行分析，以確定其灰砂比、濃度、添加劑用量的最優(yōu)組合[4]。

1 試件制作及檢測(cè)分析

1.1 試件制作

將從礦山選廠取回的尾砂晾干， 制作試塊 24 h 后拆模，模仿井下條件保濕養(yǎng)護(hù)，齡期依次為3，7，28，60 d，試塊規(guī)格為7.07 cm×7.07 cm×7.07 cm，灰砂比為1∶4,1∶6,1∶8,1∶12，膠凝材料為PC42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。

1.2 試件檢測(cè)及分析

試塊達(dá)到養(yǎng)護(hù)齡期后，測(cè)試其無(wú)側(cè)限單軸抗壓強(qiáng)度，不同水泥添加量下的各組質(zhì)量濃度Cw的試塊在各養(yǎng)護(hù)時(shí)間下的力學(xué)強(qiáng)度σc,如表1所示。

根據(jù)表1中數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，分析不同條件下試件強(qiáng)度變化曲線。

1.2.1 水泥量對(duì)強(qiáng)度的影響

水泥作為膠凝材料的混合物料，當(dāng)水泥添加量逐漸增加時(shí)其強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，如圖1所示。

從圖1可以看出，充填體試件的強(qiáng)度均隨水泥添加量的增加而不斷增強(qiáng)，對(duì)于早期強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，當(dāng)水泥添加量較低時(shí)，不同濃度的試塊強(qiáng)度基本無(wú)較大差距，然而當(dāng)水泥添加量大幅增加時(shí)，長(zhǎng)期強(qiáng)度大大增加。

表1 充填試塊單軸抗壓強(qiáng)度

1.2.2 濃度對(duì)強(qiáng)度的影響

對(duì)于貧混凝土類材料，如圖2所示，水泥添加量一樣時(shí)的不同養(yǎng)護(hù)的試件，抗壓強(qiáng)度均隨著濃度的提高而增長(zhǎng)。

從圖2可以看到，當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間較短時(shí)，濃度對(duì)強(qiáng)度的作用并不太大，而養(yǎng)護(hù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，強(qiáng)度增加很快。

1.2.3 齡期對(duì)強(qiáng)度的影響

在一定養(yǎng)護(hù)時(shí)間內(nèi)，混凝土類材料都遵循著隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間延長(zhǎng)強(qiáng)度不斷增加的規(guī)律，當(dāng)達(dá)到一定的養(yǎng)護(hù)時(shí)間后，其強(qiáng)度基本不再變化，如圖3所示。

圖1 濃度相同時(shí)充填體各齡期試塊

圖2 配比相同時(shí)充填體各齡期試塊強(qiáng)度隨濃度變化曲線

由圖3可知，充填試塊養(yǎng)護(hù)時(shí)間達(dá)到28 d時(shí)，充填試塊強(qiáng)度較早期有較大的增幅，當(dāng)達(dá)到60 d時(shí)強(qiáng)度基本無(wú)變化。通過(guò)觀察可明顯看出，3，7，28 d齡期內(nèi)試件強(qiáng)度基本線性增長(zhǎng)，過(guò)了28 d養(yǎng)護(hù)期后，線性規(guī)律已基本上不再適用。

2 結(jié) 語(yǔ)

選礦廠排出的尾砂中往往含有一定量的重金屬元素，如鉛、鎘、鎳、鈷、銅、鐵、鋅等，若處理不好，會(huì)對(duì)自然環(huán)境和人身健康造成危害。將尾砂作為充填材料深埋于井下，可以有效避免尾砂對(duì)環(huán)境的污染，其前提是要盡量將尾砂中的有用成分回收，以節(jié)約有限的寶貴資源。為增加充填材料的強(qiáng)度，在尾砂中加入一定量的水泥，通過(guò)分析，水泥添加量從低到高的增加過(guò)程中，充填試塊強(qiáng)度不斷增大，如灰砂比由1∶2到1∶4，試塊強(qiáng)度表現(xiàn)出明顯的遞增規(guī)律性；比較相同質(zhì)量濃度料漿制作的充填試塊，養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)充填試塊力學(xué)強(qiáng)度的作用尤為強(qiáng)烈，當(dāng)達(dá)到長(zhǎng)期強(qiáng)度時(shí)，這種作用效果趨于平緩，直至變化不大。

圖3 配比相同時(shí)各濃度試塊強(qiáng)度隨齡期變化曲線

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

[2] 劉長(zhǎng)友,楊培舉,侯朝炯,等.充填開采時(shí)上覆巖層的活動(dòng)規(guī)律和穩(wěn)定性分析[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2004,33(2):166-169.

[3] 程艷琴,邱秀梅,王連國(guó),等.充填對(duì)圍巖控制作用效果的數(shù)值模擬研究[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2006,37(4):637-641.

[4] 鄧代強(qiáng),姚中亮,唐紹輝,等.充填體單軸壓縮韌性性能試驗(yàn)研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2005,25(5):26-30.

安徽首個(gè)規(guī)范性礦業(yè)權(quán)出讓管理辦法問(wèn)世

安徽省人民政府辦公廳近日印發(fā)了《安徽省礦業(yè)權(quán)出讓管理辦法》，要求國(guó)土資源管理部門加強(qiáng)對(duì)公共資源交易中心的指導(dǎo)監(jiān)督，加強(qiáng)對(duì)重大礦業(yè)權(quán)出讓活動(dòng)的事前政策指導(dǎo)和全程實(shí)時(shí)監(jiān)控。這是安徽首個(gè)規(guī)范性礦業(yè)權(quán)出讓管理辦法。

2015-02-28)

李 強(qiáng)(1981—)，工程師，410012 湖南省長(zhǎng)沙市麓山南路343號(hào)。