魏江偉

（安徽馬鋼礦業(yè)資源集團姑山礦業(yè)有限公司）

隨著資源開采與利用，選礦的深磨細磨成為提高資源利用率的必然要求，因而產(chǎn)生大量的細粒級尾礦［1-3］。細粒級尾礦堆存不僅占用了大量的土地資源，一些未處理或處理不當(dāng)?shù)奈驳V中還含有害物質(zhì)，因此，細粒級尾礦的利用成為新時代重要課題［4-5］。充填采礦法利用尾礦對采空區(qū)進行填充，達到防治地表塌陷的目的，同時處理了大量的尾礦等固體廢棄物，因此成為了礦山實現(xiàn)安全綠色開采的重要技術(shù)途徑之一［6-8］。

白象山鐵礦近幾年充填系統(tǒng)運行可靠，整體充填質(zhì)量相對穩(wěn)定，但隨著尾礦磨礦粒度越來越細，礦山當(dāng)前充填過程中存在尾礦粒徑組成不理想，粒度偏細等問題。從白象山鐵礦目前井下實際充填效果來看，存在充填體質(zhì)量較差、礦柱回收困難、二步采礦房回收時一步采充填體垮落嚴(yán)重、礦石貧化大的問題。

充填成本是制約膠結(jié)充填技術(shù)應(yīng)用的一個重要因素。一般情況下，礦山充填成本占采礦費用的25%～40%，充填材料成本又占充填總成本的70%～80%［9-10］。因此，為解決細粒尾砂及膠結(jié)充填成本高的問題，需選擇合適的膠結(jié)劑［11-13］。本文通過室內(nèi)試驗研究及現(xiàn)場工業(yè)試驗，綜合平衡充填質(zhì)量與成本控制指標(biāo)，進一步優(yōu)化膠結(jié)劑組成，以期能提高充填質(zhì)量（充填接頂率、充填體強度），降低充填成本，提高礦山經(jīng)濟效益和可持續(xù)發(fā)展水平。

1 試驗材料及方法

1.1 試驗材料

1.1.1 尾 砂

本次試驗選用的尾砂為白象山鐵礦現(xiàn)場取樣所獲得的尾砂，通過實驗室分析得到該尾砂的粒級分布及主要的化學(xué)組成，尾砂粒級分布與主要化學(xué)組成分別見表1、表2。

經(jīng)檢測，實驗所用尾砂粒度是-400 目約占69.12%，-200 目占82.08%，而由于白象山尾礦的性質(zhì)，含泥量大，因此充填使用的尾砂屬于超細尾泥。尾砂主要是由石英和一定量的氧化物（例如MgO，F(xiàn)e2O3，CaO 和Al2O3）組成，說明尾砂具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，屬于惰性材料。

1.1.2 膠結(jié)劑

試驗中所使用的膠結(jié)劑為現(xiàn)用膠結(jié)劑和某公司研發(fā)的新型膠結(jié)劑，新型膠結(jié)劑分別用A1#、A2#、B1#、B2#、C1#表示。

1.2 試驗過程

（1）在尾砂接料口用取樣器鏟取部分全尾砂，裝入塑料桶，用烘干法測試此時全尾砂濃度。

（2）按膠砂比1∶6、1∶8、1∶10 和1∶12 分別加入待選膠結(jié)劑，用攪拌器攪拌漿料1 min。將攪拌均勻的料漿倒入70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm 三聯(lián)試模中，振動搗實成型后，用1 層塑料薄膜覆蓋在其表面，對其進行編號，并放入恒溫恒濕養(yǎng)護箱中養(yǎng)護3、7、28 d。

（3）當(dāng)養(yǎng)護達到試驗齡期后，取不同膠砂比下不同品種膠結(jié)劑的3個試塊進行抗壓強度試驗，計算三者的平均值作為抗壓強度，精確到0.01 MPa。

2 試驗結(jié)果及分析

表3 為采用A1#、A2#膠結(jié)劑與白象山鐵礦現(xiàn)用膠結(jié)劑制備的充填體3、7 d的強度測試結(jié)果。從表3可以看出，采用A1#膠結(jié)劑所制備的充填試塊，其3、7 d的抗壓強度均為零，顯然A1#膠結(jié)劑在尾砂膠結(jié)充填體中沒有起到膠結(jié)作用，不能滿足井下填充對充填體的強度要求；A2#膠結(jié)劑充填體3、7 d強度均大幅低于白象山鐵礦現(xiàn)用膠結(jié)劑充填體強度，且在膠砂比為1∶12 時，A2#膠結(jié)劑充填體3、7 d 強度均為零。因此，A1#、A2#膠結(jié)劑亦不能應(yīng)用到白象山鐵礦充填工作中。

表4 為采用B1#、B2#膠結(jié)劑與白象山鐵礦現(xiàn)用膠結(jié)劑制備的充填體3、7 和28 d 的強度測試結(jié)果。由表4 可以看出，在膠砂比相同的情況下，B1#與B2#膠結(jié)劑充填體3、7 和28 d 強度均要遠遠高于同齡期白象山鐵礦現(xiàn)用膠結(jié)劑充填體強度。在膠砂比為1∶6時，B1#膠結(jié)劑各齡期充填體的抗壓強度要高于B2#膠結(jié)劑，而當(dāng)膠砂比高于1∶6 時，B2#膠結(jié)劑各齡期充填體的抗壓強度均稍高于B1#膠結(jié)劑，但總體來說，2 種膠結(jié)劑表現(xiàn)比較接近。

表5為采用C1#膠結(jié)劑與白象山鐵礦現(xiàn)用膠結(jié)劑制備的充填體3、7 和28 d 的強度測試結(jié)果。從表5中可以看到，在相同膠砂比情況下，采用C1#膠結(jié)劑充填體不同齡期的抗壓強度均高于白象山鐵礦現(xiàn)用的膠結(jié)劑充填體抗壓強度，特別在齡期為3、7 d 時，強度優(yōu)勢更為明顯。在膠砂比為1∶8時，采用現(xiàn)用膠結(jié)劑的充填體3、7 和28 d 的強度僅為0.35、0.56、0.89 MPa，相同情況下，采用C1#膠結(jié)劑充填體強度則為現(xiàn)用膠結(jié)劑充填體對應(yīng)齡期的1.8、1.7和1.3倍，強度提升效果非常明顯，且在其他膠砂比下表現(xiàn)類似，能夠滿足白象山鐵礦的充填要求。

根據(jù)上述試驗結(jié)果分析可得，A1#、A2#膠結(jié)劑制備的充填體無法滿足礦山對充填體的強度要求；B1#與B2#膠結(jié)劑制備的充填體強度大，但其成本高，不具備批量工業(yè)化生產(chǎn)條件；C1#膠結(jié)劑的使用效果明顯好于礦山現(xiàn)用膠結(jié)劑，強度指標(biāo)能夠滿足礦山充填要求，且綜合成本較低，因此，選用C1#膠結(jié)劑替代在用膠結(jié)劑較為合適。

3 工業(yè)試驗結(jié)果及分析

3.1 充填體強度分析

使用C1#膠結(jié)劑替代現(xiàn)用膠結(jié)劑制備充填體進行了工業(yè)試驗，試驗在不同時間多次取樣，表6 為試驗取樣的濃度和抗壓強度試驗結(jié)果。

根據(jù)表6中的數(shù)據(jù)對測試結(jié)果進行統(tǒng)計分析，得到充填體3、7、28 d的強度平均值，統(tǒng)計結(jié)果如表7所示。從強度平均值來看，不同膠砂比下，充填體3、7與28 d 的強度平均值均超過工業(yè)充填控制指標(biāo)，滿足工業(yè)充填要求，且從現(xiàn)場充填情況來看，充填體表面較為平整，未出現(xiàn)明顯的剝落現(xiàn)象，充填效果良好。

3.2 充填料濃度分析

為了監(jiān)測C1#膠結(jié)劑充填料漿的濃度情況，間隔30 min 取一次充填料漿樣，共取10 次。采用濃度壺法和烘干法對充填料的濃度進行測試，測試結(jié)果見表4，充填體濃度變化范圍分別為47%～53%（烘干法測定）和63%～70%（濃度壺測定），濃度壺法和烘干法測得的結(jié)果有較好的相關(guān)性，說明使用C1#膠結(jié)劑充填料漿趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結(jié)論

（1）采用A1#膠結(jié)劑所制備的充填試塊，其3、7 d的抗壓強度均為零，A2#膠結(jié)劑充填料3、7 d強度均大幅低于白象山鐵礦現(xiàn)用的膠結(jié)劑充填料強度，因此A1#、A2#膠結(jié)劑在尾砂膠結(jié)充填體中沒有起到較好的膠結(jié)作用，不能滿足井下填充對充填體的強度要求。

（2）在膠砂比相同的情況下，B1#與B2#膠結(jié)劑充填料3、7、28 d 強度均要遠遠高于同齡期白象山鐵礦在用膠結(jié)劑充填料強度，但其成本較高，并且不具備批量工業(yè)化生產(chǎn)條件。

（3）C1#膠結(jié)劑的使用效果明顯好于在用膠結(jié)劑，強度指標(biāo)能夠滿足礦山充填要求，且該膠結(jié)劑綜合成本較低，因此，選用C1#膠結(jié)劑替代在用膠結(jié)劑較為合適。

（4）現(xiàn)場工業(yè)試驗表明，C1#膠結(jié)劑制備充填體具有良好的強度性能，并且充填體表面較為平整，未出現(xiàn)明顯的剝落現(xiàn)象，充填體較為完整，充填效果良好。通過濃度壺法和烘干法監(jiān)測C1#膠結(jié)劑充填料漿濃度，得出C1#膠結(jié)劑充填料漿趨于穩(wěn)定狀態(tài)。