楊 志 強(qiáng)，　高 　 謙，　王 永 前，　馬 　 龍，　王 永 定

( 1.北京科技大學(xué) 土木與環(huán)境工程學(xué)院， 北京　100083；2.金川集團(tuán)股份有限公司 鎳鈷資源綜合利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 甘肅 金昌　737100 )

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不同骨料固結(jié)粉膠結(jié)充填體強(qiáng)度試驗(yàn)與對(duì)比分析

楊 志 強(qiáng)1,2，高 謙*1，王 永 前2，馬 龍1,2，王 永 定2

( 1.北京科技大學(xué) 土木與環(huán)境工程學(xué)院， 北京100083；2.金川集團(tuán)股份有限公司 鎳鈷資源綜合利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 甘肅 金昌737100 )

為了將固結(jié)粉新型膠凝材料在金川礦山推廣應(yīng)用，針對(duì)目前礦山采用的4種充填骨料，開展固結(jié)粉膠結(jié)充填體強(qiáng)度試驗(yàn)研究．首先，針對(duì)龍首礦充填系統(tǒng)以及工業(yè)技術(shù)參數(shù)，進(jìn)行4種充填骨料、3種膠凝材料和5種充填料漿濃度的試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)．然后，針對(duì)4種充填骨料開展不同料漿濃度的充填體強(qiáng)度試驗(yàn)，獲得了不同配比條件下膠結(jié)充填體強(qiáng)度．最后，針對(duì)固結(jié)粉膠凝材料進(jìn)行4種骨料膠結(jié)充填體強(qiáng)度分析和對(duì)比研究．結(jié)果顯示，除了戈壁粗砂骨料的膠結(jié)充填體3 d和28 d強(qiáng)度低于礦山設(shè)計(jì)強(qiáng)度外，其他3種骨料膠結(jié)充填體強(qiáng)度均滿足金川礦山充填體設(shè)計(jì)強(qiáng)度．由此可見，固結(jié)粉新型膠凝材料可以替代水泥在金川礦山推廣應(yīng)用．

金川礦山；固結(jié)粉膠凝材料；廢棄物；綜合利用；試驗(yàn)研究

0　引　言

金川硫化銅鎳礦床以埋藏深、地應(yīng)力高、礦體厚大和圍巖破碎等不利采礦技術(shù)條件著稱于國(guó)內(nèi)外．研究人員通過大量采礦技術(shù)研究與工程實(shí)踐，探索出了下向分層進(jìn)路式充填采礦法．以水泥為膠凝材料和棒磨砂為充填骨料進(jìn)行高濃度和高強(qiáng)度膠結(jié)充填法采礦，其充填材料成本高達(dá)165元/m3，成本之高在國(guó)內(nèi)外不多見．近年來金屬鎳國(guó)際市場(chǎng)持續(xù)低迷，給金川公司帶來巨大的經(jīng)濟(jì)壓力．同時(shí)，金川公司采、選、冶工程每年排放的大量廢石、廢渣、粉煤灰、脫硫灰渣、電石渣等工業(yè)廢棄物[1]，在地表堆放不僅占用土地，而且污染人類生存環(huán)境，給礦山帶來嚴(yán)重的環(huán)保問題．工業(yè)廢棄物在金川礦山充填采礦中的資源化利用，不僅能夠降低充填采礦成本和實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，而且還是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路[2-3]．為了降低充填采礦成本和提高采礦經(jīng)濟(jì)效益，金川礦山建成我國(guó)第一座膏體泵送充填系統(tǒng)，實(shí)施了全尾砂與棒磨砂混合集料膏體充填采礦技術(shù)，為全尾砂廢棄物資源化應(yīng)用探索出一條途徑[4-5]．2006年以來，金川礦山相繼開展的粉煤灰、廢石等廢棄物的資源化利用研究取得了成效，廢石與棒磨砂混合粗骨料的工業(yè)試驗(yàn)也取得了初步成果[6-9]．鑒于充填膠凝材料是充填采礦成本最重要的組成部分，近年來替代水泥的低成本新型膠凝材料技術(shù)攻關(guān)研究逐步展開．倪文、楊志強(qiáng)等以國(guó)家科技部技術(shù)支撐項(xiàng)目作為依托，利用金川銅鎳水淬渣開展了新型膠凝材料研究．研究結(jié)果表明，利用低活性的二次銅鎳礦渣，通過提高渣粉細(xì)度和復(fù)合激發(fā)技術(shù)，能夠充分激發(fā)二次銅鎳渣的潛在活性，但膠凝材料的早期強(qiáng)度較低，難以滿足金川礦山下向分層充填法采礦對(duì)充填體早期強(qiáng)度的要求[10-12]．楊志強(qiáng)等利用礦區(qū)及其周圍可以利用的廢棄物，開展了新型膠凝材料開發(fā)研究[13]．采用酒鋼礦渣作為主要材料，并利用電廠脫硫石膏、水泥熟料作為激發(fā)劑，以阿右旗工業(yè)芒硝作為早強(qiáng)劑，已經(jīng)開發(fā)出滿足金川礦山膠凝材料要求的固結(jié)粉新型膠凝材料[14-18]，并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)[19]．為了將固結(jié)粉新型膠凝材料在金川礦山推廣應(yīng)用，針對(duì)金川礦山目前廣泛應(yīng)用的廢石、棒磨砂、戈壁粗砂骨料以及混合的粗骨料，開展不同充填骨料的固結(jié)粉膠結(jié)充填體強(qiáng)度試驗(yàn)，由此揭示充填骨料固結(jié)粉膠結(jié)充填體強(qiáng)度變化規(guī)律與影響因素，為固結(jié)粉替代水泥在金川礦山中的工業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)．

1　不同骨料膠結(jié)充填體強(qiáng)度試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)固結(jié)粉新型膠凝材料的最優(yōu)配方，金昌熙金節(jié)能建材有限公司在球磨機(jī)礦渣微粉生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，進(jìn)行技術(shù)改造以進(jìn)行固結(jié)粉膠凝材料生產(chǎn)．采用工業(yè)固結(jié)粉膠凝材料和龍首礦工業(yè)充填工藝，開展了4種充填骨料、3種膠凝材料和5種料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的膠結(jié)充填體強(qiáng)度試驗(yàn)，進(jìn)行60組180個(gè)試塊的抗壓強(qiáng)度測(cè)試，獲得了不同充填骨料及3 d、7 d和28 d 3種齡期的膠結(jié)充填體強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果．具體試驗(yàn)方案如下：

(1)4種充填骨料．①粒徑小于5 mm棒磨砂；②粒徑小于20 mm戈壁粗砂；③粒徑小于12 mm廢石與粒徑小于5 mm棒磨砂質(zhì)量比4∶6混合料；④粒徑小于12 mm廢石、粒徑小于5 mm棒磨砂、粒徑小于20 mm戈壁粗砂和粒徑小于5 mm河砂4種混合骨料．

(2)3種膠凝材料．① 工業(yè)固結(jié)粉和礦用水泥質(zhì)量比7∶3混合膠凝材料；② 工業(yè)固結(jié)粉；③ 礦用水泥．

(3)5種料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)．金川礦山工業(yè)充填生產(chǎn)技術(shù)參數(shù)為對(duì)于棒磨砂骨料，采用的膠砂比為1∶4、料漿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為78%．對(duì)于戈壁粗砂以及廢石混合粗骨料，采用的膠砂比為1∶5，充填料漿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為81%．考慮工業(yè)充填過程中料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的波動(dòng)，針對(duì)棒磨砂骨料分別進(jìn)行77%、78%、79%、80%、81%，戈壁粗砂和廢石混合粗骨料分別進(jìn)行79%、80%、81%、82%、83%共5種料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)膠結(jié)充填體強(qiáng)度試驗(yàn)．試驗(yàn)采用10 cm×10 cm×10 cm三聯(lián)模具，人工攪拌和制模，一次性倒模，24 h拆模制作3 d、7 d、28 d共3種齡期試塊．根據(jù)充填采場(chǎng)的養(yǎng)護(hù)環(huán)境，在室內(nèi)自然條件下養(yǎng)護(hù)，采用壓力機(jī)進(jìn)行充填體試塊強(qiáng)度測(cè)試．

2　棒磨砂和廢石-棒磨砂混合骨料試驗(yàn)

2.1棒磨砂骨料

圖1給出了棒磨砂骨料3種膠凝材料的膠結(jié)充填體強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，分別顯示膠結(jié)充填體3 d、7 d 和28 d強(qiáng)度與料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系曲線．圖2給出棒磨砂骨料5種質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下的充填體強(qiáng)度平均值與養(yǎng)護(hù)齡期之間的關(guān)系曲線，由此得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

(1)3種膠凝材料的膠結(jié)充填體強(qiáng)度，均隨著棒磨砂充填料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高而增加．

(2)對(duì)于78%料漿，3種膠凝材料膠結(jié)充填體3 d、7 d、28 d強(qiáng)度分別大于1.5 MPa、2.5 MPa、5.0 MPa，均滿足金川礦山充填法采礦對(duì)膠結(jié)充填體的強(qiáng)度要求．

(3)比較3種膠凝材料膠結(jié)充填體3 d強(qiáng)度可見，礦用水泥膠凝材料最高，工業(yè)固結(jié)粉膠凝材料次之，工業(yè)固結(jié)粉與礦用水泥混合膠凝材料最低．工業(yè)固結(jié)粉膠凝材料膠結(jié)充填體的3 d強(qiáng)度略低于礦用水泥的3 d強(qiáng)度，但隨料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，工業(yè)固結(jié)粉膠凝材料膠結(jié)充填體強(qiáng)度逐漸接近礦用水泥的強(qiáng)度，即77%時(shí)的工業(yè)固結(jié)粉膠凝材料膠結(jié)充填體強(qiáng)度比礦用水泥的強(qiáng)度低0.61 MPa，但當(dāng)料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到81%時(shí)減小到0.25 MPa．由此可見，提高工業(yè)固結(jié)粉棒磨砂骨料充填料漿濃度，可以縮小工業(yè)固結(jié)粉與礦用水泥膠結(jié)充填體3 d強(qiáng)度之差．

　　 (a) 3 d

(b) 7 d

(c) 28 d

圖1棒磨砂骨料膠結(jié)充填體強(qiáng)度與料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間關(guān)系曲線

Fig.1Relationcurvebetweenstrengthofcementingfillingbodyandmassfractionofslurryforrodmillsandaggregate

圖2棒磨砂骨料膠結(jié)充填體平均強(qiáng)度與齡期之間關(guān)系曲線

Fig.2Relationcurvebetweenaveragestrengthofcementingfillingbodyandageforrodmillsandaggregate

(4)當(dāng)料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于78%時(shí)，工業(yè)固結(jié)粉與礦用水泥兩種膠凝材料的7 d強(qiáng)度基本相同．但當(dāng)料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于78%，工業(yè)固結(jié)粉膠凝材料膠結(jié)充填體7 d強(qiáng)度大于礦用水泥的7 d強(qiáng)度．

(5)當(dāng)料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于78%時(shí)，工業(yè)固結(jié)粉和礦用水泥膠結(jié)充填體28 d強(qiáng)度大致相當(dāng)．但當(dāng)料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于78%時(shí)，工業(yè)固結(jié)粉膠結(jié)充填體28 d強(qiáng)度略小于礦用水泥的．

(6)m(工業(yè)固結(jié)粉)∶m(礦用水泥)=7∶3混合膠凝材料的膠結(jié)充填體3 d、7 d和28 d強(qiáng)度均低于工業(yè)固結(jié)粉和礦用水泥的．由此可見，工業(yè)固結(jié)粉膠凝材料不宜與礦用水泥膠凝材料進(jìn)行混合應(yīng)用．

(7)料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)在77%～81%波動(dòng)，工業(yè)固結(jié)粉膠結(jié)充填體3 d、7 d和28 d平均強(qiáng)度分別達(dá)到2.53 MPa、5.04 MPa和8.04 MPa，大于金川礦山設(shè)計(jì)強(qiáng)度．與礦用水泥相比，3 d和28 d強(qiáng)度略低，7 d強(qiáng)度相當(dāng)．

2.2廢石-棒磨砂混合骨料試驗(yàn)

圖3給出了廢石-棒磨砂混合骨料3種膠凝材料的膠結(jié)充填體強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，分別顯示了膠結(jié)充填體3 d、7 d和28 d強(qiáng)度與料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系曲線．圖4給出了膠結(jié)充填體平均強(qiáng)度與養(yǎng)護(hù)齡期之間的關(guān)系曲線．綜合試驗(yàn)結(jié)果，得到以下結(jié)論：

　　 (a) 3 d

(b) 7 d

(c) 28 d

圖3廢石-棒磨砂混合骨料膠結(jié)充填體強(qiáng)度與料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間關(guān)系曲線

Fig.3Relationcurvebetweencementingfillingbodystrengthandmassfractionofslurryformixedaggregatesofwastestoneandrodmillsand

圖4廢石-棒磨砂混合骨料膠結(jié)充填體平均強(qiáng)度與齡期之間關(guān)系曲線

Fig.4Relationcurvebetweenaveragestrengthofcementingfillingbodyandageformixedaggregatesofwastestoneandrodmillsand

(1)3種膠凝材料膠結(jié)充填體3 d、7 d和28 d強(qiáng)度均分別大于1.5 MPa、2.5 MPa和5.0 MPa．

(2)礦用水泥膠結(jié)充填體的3 d強(qiáng)度高于工業(yè)固結(jié)粉和工業(yè)固結(jié)粉與礦用水泥混合膠凝材料的膠結(jié)充填體強(qiáng)度．

(3)當(dāng)料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于80.5%，工業(yè)固結(jié)粉膠結(jié)充填體的7 d強(qiáng)度小于礦用水泥的；但當(dāng)料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于80.5%，工業(yè)固結(jié)粉膠結(jié)充填體的7 d強(qiáng)度大于礦用水泥的．

(4)工業(yè)固結(jié)粉膠結(jié)充填體的28 d強(qiáng)度略小于礦用水泥的，但兩種膠凝材料的膠結(jié)充填體強(qiáng)度之差，隨充填料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而減?。?/p>

(5)對(duì)比3種膠凝材料，工業(yè)固結(jié)粉與礦用水泥混合膠凝材料膠結(jié)充填體的3 d、7 d和28 d強(qiáng)度最低．

(6)料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)在79%～83%波動(dòng)，工業(yè)固結(jié)粉膠結(jié)充填體3 d、7 d和28 d強(qiáng)度的平均值分別達(dá)到了1.77 MPa、5.13 MPa和7.28 MPa，均滿足金川礦山對(duì)膠結(jié)充填體強(qiáng)度要求．相比較，工業(yè)固結(jié)粉膠結(jié)充填體3 d和28 d強(qiáng)度的平均值略低于礦用水泥的，而7 d強(qiáng)度略高于礦用水泥的．

3　戈壁粗砂骨料和4種混合骨料試驗(yàn)

3.1戈壁粗砂骨料試驗(yàn)

圖5給出了金川地區(qū)戈壁粗砂骨料的3種膠凝材料膠結(jié)充填體強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果，分別顯示了戈壁粗砂膠結(jié)充填體3 d、7 d和28 d強(qiáng)度與料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線．圖6給出戈壁粗砂骨料的膠結(jié)充填體強(qiáng)度的平均值與養(yǎng)護(hù)齡期之間的關(guān)系曲線．由此得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

(1)戈壁粗砂的3種膠凝材料的膠結(jié)充填體3 d、7 d和28 d強(qiáng)度隨料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高而增加．相比較，工業(yè)固結(jié)粉膠結(jié)充填體強(qiáng)度增長(zhǎng)速率大于礦用水泥膠結(jié)充填體強(qiáng)度的增長(zhǎng)速率．

(2)戈壁粗砂料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為81%和1∶5的膠砂比，3種膠凝材料的膠結(jié)充填體3 d強(qiáng)度均小于1.5 MPa．但工業(yè)固結(jié)粉和礦用水泥兩種膠凝材料的膠結(jié)充填體7 d和28 d強(qiáng)度均分別大于2.5 MPa和5.0 MPa．

(3)當(dāng)料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于81%時(shí)，工業(yè)固結(jié)粉膠結(jié)充填體的7 d和28 d強(qiáng)度略小于礦用水泥膠結(jié)充填體強(qiáng)度；當(dāng)料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于81%時(shí)，工業(yè)固結(jié)粉膠結(jié)充填體強(qiáng)度大于礦用水泥膠結(jié)充填體強(qiáng)度．

　　 (a) 3 d

(b) 7 d

(c) 28 d

圖5戈壁粗砂骨料膠結(jié)充填體強(qiáng)度與料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間關(guān)系曲線

Fig.5RelationcurvebetweencementingfillingbodystrengthandmassfractionofslurryforGobicoarsesandaggregate

圖6戈壁粗砂骨料膠結(jié)充填體平均強(qiáng)度與齡期之間關(guān)系曲線

Fig.6RelationcurvebetweenaveragestrengthofcementingfillingbodyandageforGobicoarsesandaggregate

(4)充填料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)在79%～83%波動(dòng)，工業(yè)固結(jié)粉膠結(jié)充填體的3 d、7 d和28 d強(qiáng)度的平均值分別達(dá)到了1.14 MPa、2.65 MPa和4.81 MPa．由此可見，工業(yè)固結(jié)粉膠結(jié)充填體的3 d和28 d強(qiáng)度的平均值低于金川礦山膠結(jié)充填體強(qiáng)度要求，但7 d強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度．

3.2棒磨砂-戈壁粗砂-廢石-河砂混合骨料試驗(yàn)

圖7給出棒磨砂-戈壁粗砂-廢石-河砂混合骨料的3種膠凝材料膠結(jié)充填體強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果，分別顯示了混合骨料的膠結(jié)充填體3 d、7 d和28 d強(qiáng)度與料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系曲線．圖8給出了混合骨料充填體強(qiáng)度平均值與養(yǎng)護(hù)齡期之間的關(guān)系．由此得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

(1)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為81%時(shí)，3種膠凝材料的膠結(jié)充填體3 d、7 d和28 d強(qiáng)度均大于金川礦山膠結(jié)充填體的設(shè)計(jì)強(qiáng)度．

　　 (a) 3 d

(b) 7 d

(c) 28 d

圖7棒磨砂-戈壁粗砂-廢石-河砂混合骨料膠結(jié)充填體強(qiáng)度與料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間關(guān)系曲線

Fig.7Relationcurvebetweencementingfillingbodystrengthandmassfractionofslurryformixedaggregatesofrodmillsand-Gobicoarsesand-wastestone-riversand

圖8棒磨砂-戈壁粗砂-廢石-河砂混合骨料膠結(jié)充填體平均強(qiáng)度與齡期的關(guān)系曲線

Fig.8Relationcurvebetweentheaveragestrengthofcementingfillingbodyandageformixedaggregatesofrodmillsand-Gobicoarsesand-wastestone-riversand

(2)礦用水泥的膠結(jié)充填體3 d強(qiáng)度大于工業(yè)固結(jié)粉的膠結(jié)充填體強(qiáng)度．

(3)礦用水泥和工業(yè)固結(jié)粉兩種膠凝材料的膠結(jié)充填體的7 d強(qiáng)度基本相當(dāng)．

(4)質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于81.5%時(shí)，工業(yè)固結(jié)粉膠結(jié)充填體28 d強(qiáng)度與礦用水泥相當(dāng)；但質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于81.5%時(shí)，工業(yè)固結(jié)粉膠結(jié)充填體的28 d強(qiáng)度大于礦用水泥的，并隨著料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高而增大．

(5)料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)在79%～83%波動(dòng)，工業(yè)固結(jié)粉膠結(jié)充填體3 d、7 d和28 d強(qiáng)度的平均值分別達(dá)到2.26 MPa、4.76 MPa和7.31 MPa，大于金川礦山膠結(jié)充填體設(shè)計(jì)強(qiáng)度．相比較，工業(yè)固結(jié)粉膠結(jié)充填體3 d強(qiáng)度的平均值略低于礦用水泥的，但7 d和28 d強(qiáng)度的平均值與礦用水泥的大致相當(dāng)．

4　4種骨料固結(jié)粉膠結(jié)充填體強(qiáng)度綜合分析

總結(jié)4種骨料和5種料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的固結(jié)粉膠結(jié)充填體強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，獲得在料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)波動(dòng)范圍內(nèi)的固結(jié)粉膠結(jié)充填體的平均強(qiáng)度見表1．圖9和10分別給出4種充填骨料固結(jié)粉膠結(jié)充填體平均強(qiáng)度的柱狀圖和平均強(qiáng)度與礦山設(shè)計(jì)強(qiáng)度之比對(duì)比柱狀圖，由此得到以下結(jié)論：

(1)對(duì)于金川礦山充填生產(chǎn)用的棒磨砂、廢石-棒磨砂混合料和棒磨砂-戈壁粗砂-廢石-河砂混合料3種充填骨料，充填料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別在77%～81%和79%～83%波動(dòng)，固結(jié)粉膠結(jié)充填體3 d、7 d 和28 d平均強(qiáng)度均大于礦山充填體設(shè)計(jì)強(qiáng)度，完全滿足金川礦山對(duì)安全充填采礦的強(qiáng)度要求．

表1　料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)波動(dòng)范圍內(nèi)固結(jié)粉膠結(jié)充填體平均強(qiáng)度

圖9　固結(jié)粉膠結(jié)充填體平均強(qiáng)度柱狀圖

Fig.9Barchartsoftheaveragestrengthofcementingfillingbodyforconsolidationpowder

圖10固結(jié)粉膠結(jié)充填體平均強(qiáng)度與設(shè)計(jì)強(qiáng)度之比對(duì)比柱狀圖

Fig.10Barchartscomparisonbetweentheaveragestrengthanddesignstrengthratiosforconsolidationpowdercementingfillingbody

(2)對(duì)于戈壁粗砂充填骨料，充填料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)在79%～83%波動(dòng)，固結(jié)粉膠結(jié)充填體3 d、7 d和28 d平均強(qiáng)度分別達(dá)到1.14 MPa、2.65 MPa和4.81 MPa．由此可見，固結(jié)粉膠結(jié)充填體3 d和28 d的平均強(qiáng)度小于金川礦山設(shè)計(jì)強(qiáng)度，但7 d強(qiáng)度大于礦山設(shè)計(jì)強(qiáng)度．

(3)在相同配比的條件下，棒磨砂-戈壁粗砂-廢石-河砂4種混合骨料的固結(jié)粉膠結(jié)充填體強(qiáng)度最高，廢石-棒磨砂混合骨料次之，戈壁粗砂充填骨料的膠結(jié)充填體強(qiáng)度最低．其原因是多種集料混合骨料的粒徑級(jí)配良好，充填骨料的堆積密實(shí)度達(dá)到最大，從而有利于提高膠結(jié)充填體強(qiáng)度．

5　結(jié)　論

(1)廢石以及與棒磨砂、戈壁粗砂、河砂等混合骨料的固結(jié)粉膠結(jié)充填體強(qiáng)度，大于金川礦山充填體設(shè)計(jì)強(qiáng)度，滿足金川礦山安全充填法采礦要求，可以替代水泥用于礦山采礦．

(2)棒磨砂與廢石或戈壁粗砂等骨料混合作為充填骨料，能夠優(yōu)化充填骨料的粒徑級(jí)配，從而提高固結(jié)粉膠結(jié)充填體強(qiáng)度．根據(jù)本次的試驗(yàn)研究結(jié)果，建議在金川礦山推廣應(yīng)用廢石和棒磨砂以及廢石與戈壁粗砂混合料的固結(jié)粉膠結(jié)充填采礦技術(shù)．

(3)固結(jié)粉與水泥的水化反應(yīng)存在相互制約作用，導(dǎo)致兩種材料混合的膠凝材料膠結(jié)充填體強(qiáng)度降低，不能滿足金川礦山充填采礦要求，因此水泥和固結(jié)粉膠凝材料需要單獨(dú)充填，不宜混合使用．

(4)與水泥膠凝材料相比，固結(jié)粉是利用酒鋼礦渣和脫硫石膏等廢棄物開發(fā)的膠凝材料，因此成本比水泥降低15%以上．利用固結(jié)粉膠凝材料，在金川礦山推廣廢石混合粗骨料的膠結(jié)充填法采礦，能夠進(jìn)一步降低金川礦山的充填采礦成本，提高采礦經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)，還能夠充分實(shí)現(xiàn)金川礦山廢棄物的資源化利用，從而保護(hù)礦山環(huán)境，實(shí)現(xiàn)金川礦山資源開發(fā)利用的可持續(xù)發(fā)展．

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Strength test on consolidation powder cementing filling body and comparison analysis for different aggregates

YANGZhi-qiang1,2,GAOQian*1,WANGYong-qian2,MALong1,2,WANGYong-ding2

( 1.School of Civil and Environmental Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China；2.National Key Laboratory of Nickel and Cobalt Resources Comprehensive Utilization, Jinchuan Group Co. Ltd.,Jinchang 737100, China )

In order to generalize a new consolidation powder (CP) cementing material in Jinchuan mine, aiming at four kinds of filling aggregates, the strength tests of cementing filling body for consolidation powder are carried out. Firstly, considering the filling system and industrial technical parameters in Longshou mine, the test schemes including four kinds of filling aggregates, three kinds of cementing materials and five kinds of filling slurry concentrations are designed. Then, the strength tests of filling body including four kinds of aggregates under different slurry concentrations are carried out and the cementing filling body strengths under different ratios are obtained. Finally, the comparative research on the strength of filling body for the consolidation powder cementing material of four kinds of filling aggregates is given. Experimental results show that the strength of filling body of consolidation powder for the other three kinds of filling aggregates meets the the needs of design strength in Jinchuan mine, except the 3 d and 28 d strength of Gobi coarse sand aggregate. Thus, the new consolidation powder cementing material can be used into mining by replacing cement in Jinchuan mine.

Jinchuan mine; consolidation powder cementing material; waste; comprehensive utilization; test research

1000-8608(2016)05-0466-08

2015-12-11；

2016-05-10．

“八六三”國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目(SS2012AA062405)；鎳鈷資源綜合利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資助項(xiàng)目(金科礦2015-01).

楊志強(qiáng)(1957-)，男，教授級(jí)高工，博士生導(dǎo)師，E-mail:YangZQ@jnmc.com；高 謙*(1956-)，男，教授，博士生導(dǎo)師，E-mail:gaoqian@ces.ustb.edu.cn.

TD863

A

10.7511/dllgxb201605005