王 旭，康瑞海，彭 亮

(1.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長沙 410012；2.國家金屬采礦工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410012；3.金屬礦山安全技術(shù)國家重點實驗室， 湖南 長沙 410012)

新田嶺鎢礦是中鎢高新材料股份有限公司的主要鎢精礦、鉬精礦生產(chǎn)基地，多年來均采用空場法開采。根據(jù)新田嶺鎢礦的開采現(xiàn)狀及內(nèi)外部條件，礦方經(jīng)研究確定全面實行充填采礦法[1-5]。本文采用新田嶺鎢礦全尾砂做骨料，并選取4種膠結(jié)劑作為膠凝材料進(jìn)行強(qiáng)度配比試驗，篩選出符合礦山采礦方法要求且性價比最優(yōu)的膠結(jié)劑[6-11]，為充填工藝設(shè)計和運(yùn)營成本控制提供依據(jù)。

1 粒度測試

全尾砂烘干、均勻取樣后，利用激光粒度分析儀測試其粒級分布，測試結(jié)果見表1。

表1 全尾砂粒級組成

國內(nèi)外研究資料表明，全尾砂漿中極細(xì)顆粒含量不低于15%時有利于形成穩(wěn)定柱塞流或結(jié)構(gòu)流。由表1可知，新田嶺尾砂中-20 μm細(xì)顆粒含量占23.73%，滿足此項要求。-75 μm 的顆粒累計含量為49.41%，與國內(nèi)鎢礦全尾砂相比，新田嶺尾砂粒級較粗，對充填濃度和強(qiáng)度有利。

2 塌落度測定

通過塌落度試驗直觀了解和掌握不同濃度全尾砂料漿的流動狀態(tài)和特性。試驗結(jié)果見表 2，塌落度趨勢見圖1。

表2 全尾砂坍落度試驗測試結(jié)果

圖1 全尾砂塌落度趨勢圖

塌落度試驗結(jié)果表明，料漿濃度≥80%時，塌落度小于22 cm時，料漿粘度大，難以實現(xiàn)自流輸送；濃度在 74%～78%之間時，流動性能良好，無離析現(xiàn)場，坍落度范圍在26.5～28 cm時，能實現(xiàn)不同倍線（＜8）條件下的自流輸送。

3 全尾砂強(qiáng)度配比試驗

利用新田嶺礦選廠全尾砂分別與 4種膠結(jié)劑（P.C32.5R水泥、P.O42.5水泥、1#膠固粉、2#膠固粉）進(jìn)行強(qiáng)度配比試驗，設(shè)計5組灰砂比，分別為1:4，1:6，1:8，1:12，1:20，料漿濃度選為 74%，共計20組不同配比實驗，每組配比測試28 d齡期強(qiáng)度，每組齡期澆注3個試塊，共計60個試塊，標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù)，強(qiáng)度結(jié)果見表3，強(qiáng)度曲線見圖2。

表3 全尾砂+水泥配比試驗結(jié)果匯總

圖2 全尾砂塌落度趨勢圖

依表3和圖2可知：

（1）采用不同膠結(jié)劑的試塊均能正常凝結(jié)硬化，試塊強(qiáng)度均能正常增長；

（2）試塊強(qiáng)度與灰砂比正相關(guān)，即強(qiáng)度隨著灰砂比的增大而呈上升趨勢，灰砂比越大，強(qiáng)度上升幅度越大；

（3）整體膠結(jié)效果上，1#膠固粉和2#膠固粉均遠(yuǎn)優(yōu)于P.O 42.5水泥及P.C 32.5R水泥；1#膠固粉和2#膠固粉膠結(jié)效果接近。

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

新田嶺井下擴(kuò)能改造工程主要采用分段空場嗣后充填采礦法、中深孔房柱嗣后充填采礦法、切頂房柱嗣后充填采礦法和上向高分層充填采礦法等，充填不同部位時充填強(qiáng)度要求分別為：充填體28 d強(qiáng)度3～5 MPa占比7%、2 MPa占比10%、1 MPa占比22%、0.5 MPa占比61%。結(jié)合表3可知，在已有的強(qiáng)度配比數(shù)據(jù)條件下，P.C32.5R水泥無法滿足充填采礦法對強(qiáng)度的要求，由其它3種膠結(jié)劑28 d強(qiáng)度對應(yīng)的灰砂比及各物料單耗推算出各物料綜合單耗，計算充填成本見表4。

表4 充填膠結(jié)劑成本

由表4可知：

（1）1#膠固粉和2#膠固粉充填單耗接近，且均遠(yuǎn)低于P.O42.5水泥；

（2）1#膠固粉單價最高，2#膠固粉次之，P.O42.5水泥單價最低，但由于P.O42.5水泥單耗高，其單位體積充填膠結(jié)劑成本反而最高，1#膠固粉次之，2#膠固粉最低。

5 結(jié) 論

新田嶺鎢礦是湖南地區(qū)重要的鎢精礦原料生產(chǎn)基地，該礦目前已經(jīng)著手進(jìn)行充填系統(tǒng)設(shè)計和建設(shè)，提前進(jìn)行相關(guān)充填材料試驗和充填膠結(jié)劑優(yōu)選試驗對礦山具有重要意義，通過以上試驗及膠結(jié)劑技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選可以得出以下重要結(jié)論。

（1）全尾砂中超細(xì)顆粒含量充足，-75 μm的顆粒累計含量為49.41%，與國內(nèi)鎢礦全尾砂相比，新田嶺尾砂粒級較粗，對充填濃度和強(qiáng)度有利。

（2）料漿濃度在74%～78%時，表現(xiàn)出良好的流動性能，且無離析現(xiàn)象，此時塌落度為 26.5～28 cm，能實現(xiàn)不同倍線（＜8）的自流輸送。

（3）多種膠結(jié)劑及配比的強(qiáng)度試驗結(jié)果表明，采用不同膠結(jié)劑的試塊均能正常凝結(jié)硬化，試塊強(qiáng)度均能正常增長，整體膠結(jié)效果上，1#膠固粉、2#膠固粉均遠(yuǎn)優(yōu)于P.O 42.5水泥及P.C 32.5R水泥。

（4）結(jié)合采礦方法對充填體強(qiáng)度要求進(jìn)行了充填成本核算，結(jié)果表明，2#膠結(jié)劑成本最低為52.25元/m3，1#膠結(jié)劑次之（56.55元/m3），P.O42.5最高（69.55元/m3），P.C32.5R水泥無法滿足充填強(qiáng)度要求，不適合作為新田嶺鎢礦膠結(jié)劑。

（5）膠結(jié)劑價格和單耗是決定充填成本的關(guān)鍵因素，礦山可以通過開展以下工作實現(xiàn)降低充填膠結(jié)劑成本的目的。一是在膠結(jié)劑滿足質(zhì)量要求的前提下，通過競爭性談判引入多家膠結(jié)劑供應(yīng)商，可有效降低膠結(jié)劑供應(yīng)價格；二是通過優(yōu)化采礦方法，降低充填體強(qiáng)度要求，從而實現(xiàn)降低膠結(jié)劑單耗。