荊曉東，桑來(lái)發(fā)，楊紀(jì)光

（山東黃金礦業(yè)科技有限公司充填工程實(shí)驗(yàn)室分公司，山東 煙臺(tái) 261441）

近些年中我國(guó)礦產(chǎn)資源的可開采量有不斷減少的趨勢(shì)，礦產(chǎn)開采階段容易發(fā)生地表塌陷與生態(tài)環(huán)境破壞等問(wèn)題，據(jù)記載當(dāng)下國(guó)內(nèi)采礦沉陷區(qū)面積已達(dá)到20000km2。礦山內(nèi)填充開采時(shí)應(yīng)用充填材料去置換礦產(chǎn)資源，能有效控制覆巖沉降問(wèn)題、減少地表位移量，以上是應(yīng)對(duì)當(dāng)下礦山開采環(huán)境問(wèn)題、處理“三下”壓礦現(xiàn)象、提升資源利用效率、減少開采費(fèi)用的有效方法之一[1，2]。在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，應(yīng)科學(xué)調(diào)整填充材料內(nèi)各指標(biāo)之間的關(guān)系，設(shè)定科學(xué)的配比并兼顧經(jīng)濟(jì)性，促進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)推廣過(guò)程。

1 設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案

本課題開展了均勻試驗(yàn)，選擇普通32.5均勻試驗(yàn)、某礦山電廠粉塵和二級(jí)破碎矸石作為原材料。

1.1 確定試驗(yàn)指標(biāo)、因素和水平

對(duì)膏體性能形成影響的因素較多，包括矸石、粉塵灰與水泥的含量以及膏體自身的質(zhì)量濃度。本試驗(yàn)選擇了三個(gè)因素[A(粉塵：水泥)：B(矸石：水泥)與C（質(zhì)量濃度）]。結(jié)合既往總結(jié)的配比試驗(yàn)，以上三項(xiàng)試驗(yàn)因素的取值范圍分別是2～8、4～10、71%～78%[3]。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)用了混合水平方式，因素A、B、C分別取7、7、4個(gè)水平。

1.2 編制試驗(yàn)方案

使用統(tǒng)一設(shè)計(jì)軟件中的混合層次設(shè)計(jì)形式，制定了合適的測(cè)試計(jì)劃。見(jiàn)表1所示。選擇的均勻設(shè)計(jì)表是U28（7×7×4），設(shè)計(jì)偏差（D）為0.2454。具體設(shè)計(jì)方案如下[4]：準(zhǔn)確稱出所需量的水泥、粉塵和廢石，放入攪拌機(jī)中繼續(xù)干燥3分鐘，加入所需量的水?dāng)嚢?分鐘，由攪拌機(jī)導(dǎo)出料漿后，快速檢測(cè)其塌落度與分層度，而后把料漿導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)三聯(lián)試模（7.06cm×7.06cm×7.07cm），安放在養(yǎng)護(hù)箱中進(jìn)行管養(yǎng)，抵達(dá)設(shè)計(jì)溫度后檢測(cè)膏體的初終凝時(shí)間，管養(yǎng)到規(guī)定齡期后提拿出來(lái)，使用壓縮試驗(yàn)機(jī)測(cè)定不同年齡的單軸抗壓強(qiáng)度值。部分試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2[5]。

表1 膏體配比設(shè)計(jì)方案表

表2 部分試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

2 分析不同因素對(duì)膏體塌落度形成的影響

2.1 礦山下粉塵含量

參考試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)，構(gòu)建了具有含塵和灰分含量的漿體不同質(zhì)量濃度的沉降數(shù)值分析。對(duì)上表進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，在質(zhì)量濃度等同時(shí)，膏體的塌落度大小和粉塵含量之間呈正相關(guān)性，主要原因是加入粉塵后，脈石顆粒之間的摩擦力減弱，漿液流動(dòng)性增加。當(dāng)質(zhì)量濃度不同時(shí)，粉塵和灰分含量對(duì)漿體坍落度的影響較大，質(zhì)量濃度越高，粉塵和灰分含量越高，漿體坍落度會(huì)顯著增加。粉塵和灰燼對(duì)高濃縮污泥的形成影響很大。

2.2 質(zhì)量濃度

伴隨料漿質(zhì)量濃度的提升過(guò)程，膏體的塌落度不增反減，相比之下，懸浮液的高質(zhì)量稠度對(duì)沉積物的形成有更大的影響。膏體輸送介質(zhì)的坍落度應(yīng)>20cm，根據(jù)統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果，質(zhì)量濃度為71%，75%滿足試驗(yàn)要求。

2.3 粉塵灰含量、質(zhì)量濃度

伴隨粉塵灰含量的增多，膏體的分層度優(yōu)逐步減少的趨勢(shì)，對(duì)其成因進(jìn)行分析，主要是由于粉塵和灰分的比表面積增加，其屈服點(diǎn)和塑性粘度都比較高[6]。

伴隨質(zhì)量濃度的增加，膏體料漿的分層度有逐步降低的趨勢(shì)，和高質(zhì)量濃度粉塵灰相比，低質(zhì)量濃度形成的影響較大。

這就意味著通過(guò)提升粉塵灰含量，這可以顯著提高漿料的流動(dòng)性，從而降低分層程度。結(jié)合膏狀填充介質(zhì)對(duì)分層程度的要求，一般要求分層程度小于2cm，綜合測(cè)試結(jié)果，質(zhì)量濃度為75%時(shí)，達(dá)到最佳效果。

2.4 凝結(jié)時(shí)間變化規(guī)律

膏體凝結(jié)時(shí)間對(duì)礦山充填作業(yè)效果形成的影響是十分顯著的，但是針對(duì)膏體的凝結(jié)時(shí)間，迄今為止當(dāng)下國(guó)內(nèi)外尚未制定統(tǒng)一的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)踐中，可以參照檢測(cè)純水泥凝結(jié)時(shí)間的方法去測(cè)定，維卡儀的檢測(cè)結(jié)果能較好的滿足礦山生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)要求[7]。

綜合分析后，不難發(fā)現(xiàn)，水泥含量和漿體的固有質(zhì)量濃度對(duì)凝結(jié)時(shí)間的形成有明顯的影響。當(dāng)質(zhì)量濃度一定時(shí)，伴隨膠結(jié)材料含量的增加，膏體的凝結(jié)時(shí)間有短縮趨勢(shì)，這主要是因?yàn)楫?dāng)粘合劑含量較高時(shí)，在初始階段會(huì)形成更多的水化產(chǎn)物，進(jìn)而短縮了凝結(jié)時(shí)間。

2.5 單軸抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律

決定漿體單軸抗壓強(qiáng)度的因素并不是唯一的：比較常見(jiàn)的是水泥含量、粉塵含量、質(zhì)量濃度、骨料級(jí)配和特殊養(yǎng)護(hù)條件。整體分析試驗(yàn)結(jié)果后，發(fā)現(xiàn)和粉塵含量相比較，粘結(jié)劑含量對(duì)膏體強(qiáng)度的影響較大，當(dāng)多種因素綜合作用時(shí)，很難概括出粉塵含量對(duì)膏體強(qiáng)度的影響。在相同質(zhì)量濃度下，隨著保溫時(shí)間的增加，所有試塊的抗壓強(qiáng)度都會(huì)隨著水泥含量的增加而增加。

2.6 泌水率改變規(guī)律

泌水被定義為當(dāng)膏體體積已固化，然而，水在凝結(jié)前的向上運(yùn)動(dòng)通常是由于新混合的糊狀骨料顆粒不能完全吸收混合水造成的。質(zhì)量濃度、顆粒級(jí)配、細(xì)粒級(jí)含量是影響泌水高低的主要因素[8]。伴隨膏體內(nèi)細(xì)粒級(jí)含量的增長(zhǎng)過(guò)程，出血率有自然下降的趨勢(shì)。分析膏體質(zhì)量濃度對(duì)泌水率形成的影響，伴隨膏體的質(zhì)量濃度的上升，泌水率有規(guī)律性的降低。

3 結(jié)語(yǔ)

綜合本文的研究數(shù)據(jù)，不難發(fā)現(xiàn)，礦下含塵量是影響漿體沉降和分層的主要因素之一，膠凝材料的含量主要影響凝結(jié)時(shí)間和抗壓強(qiáng)度?？梢赃x擇因子10作為此實(shí)驗(yàn)的最佳因子。膠結(jié)料、粉塵、矸石三者的配比是1：4：6，質(zhì)量濃度選定為75%。

基于本試驗(yàn)研究形成的最佳配比，被成功用于某金礦膏體充填現(xiàn)場(chǎng)、鑒于膏體充填材料構(gòu)成成分復(fù)雜多樣的現(xiàn)狀，不同類型矸石的膠結(jié)含量存在差異，新灰和老灰兩者持有的活性有差異，外加環(huán)境溫度、空氣相對(duì)濕度形成的影響，推測(cè)配比試驗(yàn)僅能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過(guò)程形成一定指導(dǎo)作用，各次充填前要遵照現(xiàn)配制、再填充的規(guī)則，進(jìn)而將充填物料的實(shí)用價(jià)值充分發(fā)揮出來(lái)。