聶亞林，陳智宏，王曉軍，黃惟盛

（1.江西理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 贛州 341000；2.江西省礦業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 贛州 341000；3.江西銅業(yè)集團(tuán)公司 武山銅礦，江西 瑞昌 332204）

1 引言

充填采礦技術(shù)可以有效控制采場(chǎng)地壓、防止地表沉降、預(yù)防深井巖爆、提高礦石回收率和促進(jìn)礦山綠色化，加之國(guó)家對(duì)礦山企業(yè)安全、環(huán)保方面的要求，充填采礦法將成為以后礦山開(kāi)采方法的新常態(tài)。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在充填體穩(wěn)定性和強(qiáng)度方面進(jìn)行了大量研究，其中，Kesimal A［1］研究了脫泥銅鉛鋅尾砂與膏體強(qiáng)度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)尾砂顆粒大小分布對(duì)膠結(jié)充填體強(qiáng)度有較大的影響；Fall［2］等人研究了養(yǎng)護(hù)溫度對(duì)尾砂膠結(jié)充填體的強(qiáng)度的影響；Wolfgang-Helm［3］研究了水泥種類和摻量、骨料的成分和級(jí)配、拌合用水的水質(zhì)和用水量、添加劑、攪拌時(shí)間、養(yǎng)護(hù)齡期、環(huán)境溫度等含細(xì)骨料的膠結(jié)充填體的影響；李興尚［4］等人通過(guò)多元回歸分析的研究方法，得出影響膠結(jié)充填體強(qiáng)度的主要因素為尾砂的顆粒組成及其粒徑大小等;曹帥［5］等人利用單軸壓縮試驗(yàn)研究分層尾砂膠結(jié)充填體力學(xué)特性變化規(guī)律及破壞模式，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度與相關(guān)因素的關(guān)系；付建新［6］等人采用單因素五水平設(shè)計(jì)試驗(yàn)研究了全尾砂膠結(jié)充填體強(qiáng)度與灰砂比、料漿中固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)、齡期之間的關(guān)系，并且分析了其敏感性；徐文彬［7］等人通過(guò)內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)演化及其強(qiáng)度模型試驗(yàn)，研究充填體內(nèi)部水化反應(yīng)產(chǎn)物的類型及形態(tài)對(duì)其強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律的影響。

上述學(xué)者在充填體受壓變形破壞過(guò)程中的強(qiáng)度方面，取得了不少有益的成果，但不同灰砂比和料漿質(zhì)量濃度對(duì)全尾砂膠結(jié)充填體單軸抗壓強(qiáng)度影響方面的研究涉及較少。筆者進(jìn)行了全尾砂膠結(jié)充填體單軸壓縮試驗(yàn)研究，綜合分析充填體單軸抗壓強(qiáng)度與灰砂比和料漿質(zhì)量濃度之間的關(guān)系，研究結(jié)果對(duì)金屬礦山地下開(kāi)采作業(yè)安全具有一定的指導(dǎo)作用。

2 試驗(yàn)內(nèi)容

2.1 試樣制備

試驗(yàn)所用的全尾砂取自武山銅礦選礦廠，將全尾砂放置在陽(yáng)光充足的環(huán)境下晾曬一段時(shí)間，待水分完全揮發(fā)之后，用作全尾砂膠結(jié)充填體的骨料；膠結(jié)充填體的膠凝材料選用標(biāo)號(hào)325的水泥。將水泥、全尾砂、水按一定灰砂比和濃度混合并充分?jǐn)嚢杈鶆?，隨后倒入規(guī)格為7.07×7.07×7.07cm3的標(biāo)準(zhǔn)模具內(nèi)，為了便于脫模，預(yù)先在模具內(nèi)涂抹一層潤(rùn)滑油，在達(dá)到一定時(shí)間后進(jìn)行脫模，脫模后放置在濕度為95%、溫度為（21±1）℃的養(yǎng)護(hù)箱中恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備及原理

本試驗(yàn)采用RMT-150C型液壓伺服控制系統(tǒng)作為加載系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)；單軸壓縮試驗(yàn)加載控制模式為行程控制，且加載速率為0.01mm/s。受壓試樣的抗壓強(qiáng)度采用軸心受壓形式，如圖1所示，利用RMT-150C型液壓伺服控制系統(tǒng)測(cè)定其單軸抗壓強(qiáng)度。計(jì)算公式為：

式中：P—破壞載荷，N；S—承壓面積，m2。

缺鉬矯正技術(shù)：葉面噴施0.01%-0.1%濃度的鉬酸銨或鉬酸鈉溶液，一般在抽梢后的新葉期或幼果期進(jìn)行噴施為宜。對(duì)酸性土壤，增施石灰，調(diào)節(jié)pH值，保持土壤pH5.5-6.5。

圖1 單軸抗壓強(qiáng)度測(cè)試

3 強(qiáng)度特性分析

試驗(yàn)設(shè)計(jì)的背景是依托礦山科研項(xiàng)目，根據(jù)項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容的需要，選取灰砂比1∶4、1∶6、1∶8和1∶10；料漿質(zhì)量濃度70%、72%、74%和76%，一共16組48個(gè)試樣進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)，選取充填體試樣的養(yǎng)護(hù)齡期均為28d（根據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50081-2002，養(yǎng)護(hù)齡期28d已達(dá)到混凝土強(qiáng)度的95%，之后隨著齡期的增加，強(qiáng)度增加緩慢；因?yàn)槌涮铙w類似于混凝土材料可參照選取養(yǎng)護(hù)齡期）。測(cè)得試驗(yàn)結(jié)果并取其平均值作為每組試樣的單軸抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 充填體試樣28d單軸抗壓強(qiáng)度

由于此次試驗(yàn)主要是為了研究不同灰砂比和料漿濃度下充填體強(qiáng)度變化規(guī)律，因此每組試驗(yàn)除了灰砂比和料漿質(zhì)量濃度不同外，其余條件（尾砂粒度、溫度、養(yǎng)護(hù)環(huán)境等）均保持一致。試驗(yàn)結(jié)果表明不同的灰砂比或料漿質(zhì)量濃度對(duì)充填體強(qiáng)度具有很大的影響。由表1可得料漿質(zhì)量濃度與充填體試樣28d單軸抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系，如圖2所示，以及灰砂比與充填體試樣28d單軸抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系，如圖3所示?；疑氨群土蠞{質(zhì)量濃度同時(shí)影響充填體的強(qiáng)度，研究單一因素對(duì)強(qiáng)度的影響，需保持另一因素不變。

3.1 料漿質(zhì)量濃度對(duì)長(zhǎng)期強(qiáng)度的影響

充填體灰砂比一定條件下，充填體的料漿質(zhì)量濃度是影響充填體強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。由圖2可以看出，在其它影響因素不變的情況下，隨著料漿質(zhì)量濃度的增大，充填體的強(qiáng)度逐漸提高，尤其是當(dāng)濃度大于74%時(shí)，充填體的強(qiáng)度顯著提高。當(dāng)灰砂比為1∶6時(shí)，質(zhì)量濃度為70%的充填體試塊抗壓強(qiáng)度為1.717MPa，質(zhì)量濃度為76%的充填試塊強(qiáng)度為3.906MPa，充填體試塊強(qiáng)度提高了1.27倍。充填體的強(qiáng)度增加量與質(zhì)量濃度也有密切的聯(lián)系，質(zhì)量濃度從72%增大到74%時(shí)強(qiáng)度的增加量，相比較于質(zhì)量濃度從70%增大到72%時(shí)強(qiáng)度的增加量有所增大，隨著質(zhì)量濃度的提高，充填體強(qiáng)度增加量也隨之增大。但是當(dāng)灰砂比為1∶10時(shí)，質(zhì)量濃度從74%增大到76%充填體強(qiáng)度的增加量反而減小，呈現(xiàn)出降低的趨勢(shì)，說(shuō)明灰砂比降低到一定程度之后，料漿質(zhì)量濃度對(duì)充填體強(qiáng)度的影響不顯著，灰砂比對(duì)充填體強(qiáng)度的影響比料漿質(zhì)量濃度對(duì)強(qiáng)度的影響大。

圖2 強(qiáng)度及強(qiáng)度增加量與質(zhì)量濃度的關(guān)系

3.2 灰砂比對(duì)單軸抗壓強(qiáng)度的影響

料漿質(zhì)量濃度一定條件下，充填體灰砂比是影響充填體強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。由圖3可以看出，在其它影響因素不變的情況下，隨著灰砂比的減小，充填體的強(qiáng)度明顯降低，尤其是灰砂比從1∶4減小到1∶6時(shí)，相對(duì)于其他灰砂比充填體強(qiáng)度大幅降低。料漿濃度為74%時(shí)，灰砂比為1∶8的充填體的強(qiáng)度為1.875MPa，同齡期灰砂比為1∶4的充填試塊強(qiáng)度為4.462MPa，充填體強(qiáng)度提高了1.38倍。充填體的強(qiáng)度降低量與灰砂比有密切的聯(lián)系，隨著灰砂比的減小，充填體強(qiáng)度降低量也隨之減小?；疑氨刃∮?∶10之后，充填體的強(qiáng)度很低并且充填體強(qiáng)度的降低量很小，若繼續(xù)減小灰砂比，對(duì)充填體強(qiáng)度的影響越來(lái)越小。

圖3 強(qiáng)度及強(qiáng)度降低量與灰砂比的關(guān)系

4 結(jié)論

（1）在其余試驗(yàn)條件相同的前提下，全尾砂膠結(jié)充填體單軸抗壓強(qiáng)度與灰砂比、料漿質(zhì)量濃度正相關(guān)；強(qiáng)度的增量隨著灰砂比、料漿質(zhì)量濃度的增大增幅也隨之加大；

（2）綜合分析單軸抗壓強(qiáng)度增量與灰砂比、料漿質(zhì)量濃度關(guān)系曲線可知，灰砂比較料漿濃度對(duì)全尾砂膠結(jié)充填體影響更加顯著。