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        中關(guān)鐵礦全尾砂結(jié)構(gòu)流充填材料關(guān)鍵特性研究

        2019-11-13 01:57:04胡亞軍常龍新劉東升韓瑞亮胡文劍
        采礦技術(shù) 2019年5期
        關(guān)鍵詞:全尾砂沉降速度砂粒

        胡亞軍,常龍新,劉東升,韓瑞亮,胡文劍

        (1.河北鋼鐵集團礦業(yè)有限公司, 河北 唐山市 063700;2.正元國際礦業(yè)有限公司, 北京 順義市 101300)

        0 概 述

        充填采礦技術(shù)的使用在國內(nèi)外采礦業(yè)由來已久。近年隨著國家環(huán)境保護政策要求和礦業(yè)企業(yè)對綠色礦山建設(shè)的迫切需求,充填采礦技術(shù)由于其環(huán)境適應(yīng)強、安全、環(huán)保、礦石回采率高等優(yōu)點,獲得越來越廣泛應(yīng)用,尤其全尾砂結(jié)構(gòu)流充填采礦法[1-4]在鐵礦開采過程中獲得企業(yè)重視。

        中關(guān)鐵礦[5-7]位于河北省沙河市白塔鎮(zhèn)中關(guān)村附近,該礦水文地質(zhì)條件十分復(fù)雜、礦坑涌水量大,礦體全部埋藏于礦區(qū)地下水位之下,奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r含水層為礦體的直接頂板,建設(shè)初期南、北兩區(qū)全部采用封閉式注漿帷幕。為保證礦山生產(chǎn)過程中實現(xiàn)綠色礦山建設(shè),中關(guān)鐵礦采用全尾砂結(jié)構(gòu)流充填采礦法。本文主要研究全尾砂粒度組成、自然絮凝沉降特性、充填試塊配比強度及充填料漿流動性能等方面的關(guān)鍵特性參數(shù),為下一步礦山進行充填系統(tǒng)設(shè)計和采場充填工業(yè)性試驗提供可靠依據(jù)。

        1 全尾砂粒度特性測試

        采用ZBSX-92A型震動式標準振動篩測定全尾砂粒徑分布,套篩尺寸為80目、100目、150目、200目、270目、325目和500目等7種,所測試的尾砂粒度產(chǎn)率、累計含量見表1。

        通過表1分析,中關(guān)鐵礦全尾砂-500目超細粒級顆粒含量高達40.6%,已滿足結(jié)構(gòu)流充填料漿中極細顆粒含量不得低于 15%的要求,全尾砂中-150~+500之間的中粒級顆粒含量占53%,而粗尾砂(+100目)含量僅占 6.4%,與國內(nèi)其他充填礦山尾砂粒徑相比,中關(guān)鐵礦尾砂屬于超細全尾砂。

        表1 全尾砂粒度組成

        2 全尾砂沉降特性測定

        2.1 自然沉降測定

        按質(zhì)量濃度分別為 10%、15%、20%、25%和30%五組,分別放入1000 mL量筒內(nèi)進行自然沉降試驗。其中10%、15%全尾砂分級沉降,粗顆粒尾砂沉降速度為2.5 cm/min,但上清液透光度較差,需靜置3 h以上沉降澄清。20%、25%和30%尾砂沉降速度見表 2,其中尾砂料漿出現(xiàn)混界面等速沉降,沉降界面上清液透光性好但沉降速度緩慢。隨著濃度增加,尾砂自然沉降速度更加緩慢。

        表2 全尾砂自然沉降速度/(cm·min-1)

        2.2 絮凝沉降測定

        絮凝劑[8-9]量按每噸干尾砂添加50 g加入,不同濃度尾砂礦漿各取1000 mL置于量筒中,加入絮凝劑后將量筒內(nèi)的液體搖勻,使絮凝劑和礦漿顆粒充分接觸,之后靜置開始記錄各量筒礦漿快速沉降時間及上清液。試驗結(jié)果見表3和表4。

        表3 15%、20%、25%和30%全尾砂絮凝劑沉降速度試驗結(jié)果/(cm·min-1)

        表4 50%、55%和60%全尾砂絮凝沉降速度試驗結(jié)果/(cm·min-1)

        由表3和表4可知,尾砂質(zhì)量濃度小于25%時加入絮凝劑后沉降較快,沉降速度大于7.5 cm/min且上清液清澈;尾砂濃度30%時加入絮凝劑后沉降速度緩慢,沉降速度僅為1.5 cm/min且上清液出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象;當尾砂濃度≥50%時加入絮凝劑后基本無沉降現(xiàn)象。試驗結(jié)果表明,在使用絮凝劑條件下,全尾砂絮凝沉降最佳質(zhì)量濃度為25%以下。

        3 充填料漿流變特性測定

        坍落度[10-13]是評價充填料漿稠度大小、表征充填料漿流動性或抵抗流動變形性能的重要參數(shù),為下一步尾砂配比試驗提供合理的濃度范圍,實驗結(jié)果見表5。當充填料漿濃度為72%以上時,坍落度小于9.5 cm,充填料漿呈干硬性,無法進行管道輸送;當充填料漿濃度為 64%~68%時,坍落度在19~25 cm之間,保水性相當好,無自流性,只有采用活塞泵加壓方可進行管道輸送。當全尾砂充填料漿濃度為 58%~62%時,充填料漿自流性好,攤開面較大,料漿保水性能良好,沒有產(chǎn)生粗細顆粒分離及脫水或大量泌水等不良現(xiàn)象。當全尾砂充填料漿濃度小于58%時,充填料漿全面攤開,由于尾砂粒徑細,充填料漿略顯保水性,但底部有沉砂現(xiàn)象,將導(dǎo)致充填體整體強度降低。

        表5 坍落度試驗結(jié)果

        4 充填試塊強度特性測試

        試驗選用中關(guān)鐵礦選礦生產(chǎn)的全尾砂和邯邢地區(qū)礦渣膠結(jié)粉,設(shè)計灰砂比為1:4,1:8和1:10;料漿濃度為56%、58%、60%、62%,養(yǎng)護齡期為7,28,90 d。采用70.7 cm×70.7 cm×70.7 cm三聯(lián)金屬砂漿模具澆筑,脫模試塊在恒溫箱內(nèi) 20℃溫度、95%標準養(yǎng)護。配比強度試驗結(jié)果見表 6,從表 6可知,在同一灰砂比、齡期條件下,試塊強度隨充填料漿質(zhì)量濃度提高而增大;在同一灰砂比、質(zhì)量濃度條件下,試塊強度隨齡期增大而增大;在同一齡期、質(zhì)量濃度條件下,試塊強度隨灰砂比變大而增大。試塊90 d抗壓強度為0.5~3.01 MPa,可滿足嗣后充填采礦方法對充填體強度的要求,但早期28 d試塊強度較低,最高值僅為2.31 MPa。

        表6 充填試塊配比強度值

        5 結(jié) 論

        (1)中關(guān)鐵礦屬于典型超細全尾砂,全尾砂-500目含量高達40.6%,滿足結(jié)構(gòu)流充填料漿中極細顆粒含量要求。

        (2)通過全尾砂沉降試驗,尾砂自然沉降速度緩慢,需要添加絮凝劑。在添加絮凝劑條件下,全尾砂沉降最佳質(zhì)量濃度為≤25%。

        (3)全尾砂充填料漿濃度為58%~62%時為結(jié)構(gòu)流,保水性好,無水砂分離現(xiàn)象。

        (4)充填試塊90 d抗壓強度為0.5~3.01 MPa,可滿足嗣后充填采礦方法對充填體配比強度的要求。但28 d抗壓強度值較低,需要進一步研發(fā)新型早強膠結(jié)材料。

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