全尾砂新型充填胶凝材料在月山铜矿的应用研究

根据月山铜矿的充填胶凝材料选择和充填料配比参数设计,开展了全尾砂新型胶凝材料胶结充填体和水泥胶结充填体的强度对比试验。通过研究全尾砂的基本物理力学特性,并在此基础上采用全面试验法测试了不同灰砂比、不同料浆浓度全尾砂充填体试块单轴抗压强度。结果表明:该铜矿全尾砂的中值粒径为d50=0.0426mm,大于0.074mm的尾砂占36.8%,全尾砂颗粒细;灰砂比1∶6、浓度70%、28d养护龄期的水泥胶结试块抗压强度为1.32MPa,而相同条件下新型胶凝材料胶结试块抗压强度是水泥胶结试块的3.53倍即4.66 MPa。因此,提出了适合矿山的胶结充填参数:推荐充填料浆浓度68%~70%,新型胶凝材料与全尾砂之比为1∶6~1∶8进行工业充填试验。工业试验结果表明,1#和2#钻孔充填体试样强度均能够满足月山铜矿对充填技术和充填质量的要求,且强度仍有富余,建议矿山进一步优化充填料配比,减少胶凝材料用量,从而节约充填成本。     

张庄铁矿全尾砂充填料浆胶结试验

马钢张庄铁矿全尾砂属超细尾砂,-0.038 mm占51.66%,胶结充填时充填体强度难以提升。为顺利实现井下充填采矿,以水淬渣基新型胶凝材料JA、JB、JC为胶凝剂,以该铁矿全尾砂和水为原料进行胶结试验。结果表明,以JC为胶凝剂,在灰砂比1∶8、充填料浆浓度66.0%~72.0%时,充填试块28 d单轴抗压强度满足矿山充填体强度要求,充填料浆流动性满足自流输送要求,坍落度23.0~28.0 cm,充填料浆初凝时间8 h,终凝时间24 h,并可根据井下充填要求调整,且JC胶凝剂成本低,其应用对改善矿山井下采场的安全生产环境具有重要作用,可推广应用。     

金厂河多金属矿尾砂胶结充填试验研究

为保障金厂河多金属矿充填系统的正常运行,亟需确定适合矿山条件的最佳充填参数。通过矿山取样和实验室试验研究,结合矿山采矿方法所需的胶结充填体强度,确定了一步骤采场充填料浆浓度为72%,底部采用分级尾砂胶结充填,灰砂比为1∶4;中上部采用全尾砂胶结充填,灰砂比为1∶6。研究成果可为确定同类矿山尾砂胶结充填参数提供参考。     

废石尾砂胶结充填材料流动与强度性能的研究

为了解决极细全尾砂作为充填骨料制备充填料浆脱水困难、充填体强度偏低的问题,通过开展废石尾砂胶结充填试验,改善充填骨料粒级组成,研究废石掺量对充填料浆流动性能及充填体强度的影响规律。结果表明:相比较全尾砂胶结充填,掺入废石可以显著改善充填料浆的流动性能,提高充填料浆的输送浓度;在相同灰砂比和浓度情况下,废石尾砂胶结充填体强度高于全尾砂胶结充填体。因此,废石尾砂胶结充填体可以降低灰砂比,减少水泥用量,消纳地表废石。在云南金厂河矿山开展工业试验,确定了充填参数为浓度80%、灰砂比1∶8、废石掺量60%,原位取芯平均抗压强度为3.36MPa,满足采场充填体强度设计要求。     

罗河铁矿全尾砂胶结充填配比优化试验研究

针对罗河铁矿充填料浆浓度波动大,充填料浆灰砂比等关键指标难以控制,并最终影响充填体质量等问题,开展了罗河铁矿全尾砂胶结充填配比优化试验,对充填材料的物理化学性质进行了测定。同时采用全面法试验,对不同质量浓度和不同灰砂比的全尾砂流动性、流变及其强度进行了对比分析,试验结果表明：罗河铁矿全尾砂-74 μm占比达59.87%,属于细粒级尾砂;由于胶固粉中添加了表面活性物质,能够提高料浆的流动性,导致灰砂比越大,料浆的流动性越好;质量浓度为66%~68%时,料浆屈服应力均在100 Pa以内;在满足自流输送和强度要求的前提下,推荐罗河铁矿一步骤充填料浆质量浓度为68%,灰砂比为1∶10,二步骤充填料浆质量浓度为68%,灰砂比为1∶16。     

尾砂粒度对充填体早期强度影响的试验研究

为提高铁矿全尾砂的回填利用率,实现全尾砂胶结充填在矿山的有效应用,选择冀东地区全尾砂为试验材料,在分析物化性质的基础上,设计了灰砂比为1∶6、1∶12、1∶20和质量浓度为65%、70%、75% 的强度试验,结合XRD能谱和SEM扫描电镜分析,研究了尾砂粒度对充填体早期强度的影响规律,以及对水化产物和孔隙结构的影响。研究表明：尾砂粒径对早期强度影响显著,当尾砂颗粒达到一定细度时,与水泥水 化胶结的契合度能够有效提高,随着粒径的降低,充填体的早期强度越大,并且对灰砂比和料浆浓度的变化越敏感,基于尾砂的特征指标,建立了关于尾砂粒度、灰砂比和料浆浓度的早期强度预测模型,相关系数R＞ 0.95,误差＜2%,相关性好,预测结果可靠, 确定冀东地区采用全尾砂胶结充填的灰砂比在1∶6~1∶8范围内,质量浓度根据充填系统工况取值越高越好。在配比相同的条件下,尾砂粒度减少,充填体养护早期水化 生成的C—S—H凝胶增加,以及充填体内孔隙尺寸和数量减少,宏观表现为强度增强。在冀东地区某矿山进行了强度试验,进一步验证强度预测模型的可靠性,平均误差为3.49%,表明所构建的模型可以准确预测充填 体早期强度,为矿山充填设计提供依据。     

基于不同养护龄期的充填体强度多元线性回归分析

为探究灰砂比、料浆浓度对充填体强度的影响规律,利用某金矿全尾砂作为原料,制备料浆浓度为65%、67%和69%,灰砂比为1∶4,1∶10和1∶20的胶结充填体试件,开展单轴压缩试验。试验结果表明:全尾砂胶结充填体强度与灰砂比、料浆浓度之间呈多元线性函数关系。养护龄期对充填体强度影响最大,灰砂比次之,料浆浓度最小。充填体强度随养护龄期的增长遵循线性增长规律,且灰砂比和料浆浓度越大,强度随龄期增长速率越大。     

新型胶凝材料在某铁矿配比方案优化中的应用

为解决国内某铁矿充填成本高,充填体早期强度低,充填料浆堵管等问题,基于正交试验展开了充填配比方案优化设计。试验以胶凝材料类型(A)、质量浓度(B)、灰砂比(C)为影响因素,以尾砂料浆塌落度、尾砂胶结体3d、7d、28d单轴抗压强度为评价指标,运用极差和方差分析法对比研究了各因素对试验指标的敏感性。极差分析表明:对胶结体3d、7d强度影响顺序为ACB,对胶结体28d强度的影响顺序CAB,对全尾砂料浆塌落度的影响顺序为BAC。方差分析表明:胶凝材料类型对胶结体3d强度影响显著;灰砂比及胶凝材料类型对胶结体7d强度影响显著;各因素对胶结体28d强度均无显著影响;料浆浓度对全尾砂料浆塌落度影响显著。最终,根据充填工程实际需求,推荐的最优方案胶凝材料类型为TC-Ⅱ,料浆质量浓度为76%,灰砂比为1∶6。     

基于不同养护龄期的充填体强度回归分析

为探究灰砂比、料浆浓度对充填体强度的影响规律,利用某金矿全尾砂制备料浆浓度为65%、68%、70%、72%和75%,灰砂比为1∶4,1∶5,1∶6,1∶8和1∶10的胶结充填体试件,开展单轴压缩试验。试验结果表明:全尾砂胶结充填体强度与灰砂比、料浆浓度之间呈多元线性函数关系。充填体强度随养护龄期的增长遵循线性增长规律,且灰砂比和料浆浓度越大,强度随龄期增长速率越大。     

某金矿全尾砂充填体早期强度性能分析

针对某金矿以水泥为主要胶凝材料造成的充填成本高、早期强度低的问题,以该金矿全尾砂为骨料,选用生石灰、石膏、水淬矿渣、水泥为辅料,在分析全尾砂物化性质的基础上,采用全面法试验设计,制备料浆质量浓度为70%、72%、74%、76%和灰砂比1∶4,1∶6,1∶10和1∶20的充填料浆,测定养护龄期为1,3,7,14d时抗压强度。结合Design-Expert软件筛选并评估影响全尾砂充填体早期强度的显著性因素。试验结果表明:料浆质量浓度和养护龄期一定时,充填体早期强度与灰砂比表现为正比关系;控制养护龄期和灰砂比不变,随着料浆质量浓度的增大,充填体强度增长越明显;在灰砂比和料浆质量浓度相同的条件,充填体强度与养护龄期呈正相关,对充填体早期强度影响敏感性顺序为灰砂比养护龄期料浆质量浓度。通过试验可知,在灰砂比1∶4,料浆质量浓度76%时,充填体1d强度可达0.76MPa,3d强度可达1.19 MPa,7d强度可达2.09 MPa,14d强度可达2.21 MPa。将试验结果应用于工程实践,可为矿山充填提供理论依据和数据参考。     

新型胶凝材料对充填体强度的影响

为使充填体达到所需强度,采用胶固粉代替水泥作为胶凝材料,以克服传统水泥在充填过程中表现出的早期强度低、成本高等缺点。利用吉林某铁矿的全尾砂进行了一系列的充填配合比试验。试验分别采用水泥及胶固粉单独作为充填胶凝材料,改变其掺量,并测量充填体的28 d单轴抗压强度。试验结果表明:采用胶固粉代替水泥作为充填胶凝材料可使充填体的28 d单轴抗压强度提高3~5倍,且胶固粉掺量每增加3%可使充填体的28 d单轴抗压强度提高4~9 MPa。充填体强度与胶固粉掺量和料浆浓度成正比,可通过适度减少胶固粉掺量而提高浓度的方法优化充填体力学性能,并有效降低生产成本,提高经济效益。     

国内某铁矿充填工艺技术优化研究

为解决国内某矿山充填工艺系统堵管事故频发和充填体质量差等问题,提出优化充填骨料级配和管线敷设的技术思路,并开展试验研究和现场应用验证。结果表明：分级粗尾砂和细尾砂的最佳混合比例为5:5~6:4,质量浓度74%~78%的充填料浆可实现自流输送,分级细尾砂浓缩最佳进料浓度为8%~10%,絮凝剂添加量为10~15 g/t,底流高度可达到56% ~ 60%。通过优化充填管线敷设,充填管线减少485 m,平均充填倍线由6.4降至4.5,矿山应用验证优化后的充填骨料和充填管线,保障了充填工艺参数的稳定性,提高了充填体质量,实现了矿山高效稳定充填。     

铀尾砂膏体充填材料的流动性能研究

对不同灰砂比、膏体浓度、减水剂含量的铀尾砂膏体充填材料进行了坍落度试验和粘度试验, 并结合CFD方法对铀尾砂膏体充填材料流动性能进行了数值模拟研究。试验结果表明, 铀尾砂膏体充填材料满足管道输送的最优配比为:质量浓度75%、灰砂配比1∶5、减水剂含量0.6%~4.4%; 最优配比下屈服应力53.96~131.38 Pa, 塑性粘度0.866~1.325 Pa·s。数值模拟结果表明, 铀尾砂膏体充填材料的管道阻力损失随质量浓度增加呈非线性增大, 随流速增加呈线性增大, 随管径增加呈非线性减小, 随管道弯曲半径增加呈非线性减小。     

高效减水剂对全尾砂充填料性能的影响

利用全尾砂作为集料制成全尾砂充填料对采空区进行充填,具有性能优、尾砂利用率高、能耗少、成本低等优点。根据某矿山现有充填工艺,采用全尾砂替代分级尾砂作为充填集料的技术,优化原有的胶结材料,并将尾砂充填料浆的固体浓度由68%提高到72%,结合使用减水剂来实现全尾砂充填料的自流输送。研究4种减水剂（萘系高效减水剂NSF、聚羧酸高效减水剂PC、氨基高效减水剂ASF以及脂肪族高效减水剂SAF）的不同掺量对全尾砂充填料浆的泌水率、流变性能和强度的影响。结果表明,减水剂的加入有效地提高了全尾砂充填料浆的流动性能,延缓了凝结时间,但却对充填体强度有不利的影响。综合4种减水剂的作用来看,在脂肪族减水剂掺量为1.6%时,既可以使料浆流动性增加幅度较大,又对充填体强度的不利影响较小。因此,选用脂肪族减水剂可以配制性能较优的自流型全尾砂充填材料。     

石灰石粉对胶结膏体充填材料性能的影响

为满足矿山对质优价廉、不同粒度分级尾砂胶结充填材料的需求,以粗、细两种分级尾砂胶结充填材料为对象,研究了外掺粗、细、超细石灰石粉对胶结充填材料性能的影响。结果表明：固体质量浓度为65%的细粒尾砂胶结充填料和固体质量浓度为75%的粗粒尾砂胶结充填料外掺15%的超细石灰石粉,均可制成胶结膏体充填材料,其充填料的坍落度均超过200 mm、脱水率均低于2%、28 d硬化体的抗压强度在0.3～1.2 MPa、28 d硬化体沉缩率均低于2%;继续增加超细石灰石粉的掺量,充填料的坍落度和脱水率下降,28 d硬化体的抗压强度略有提升、沉缩率进一步下降。如何提高28 d硬化体的抗压强度是今后研究的重点。     

全尾砂-人工砂结构流体胶结充填配比优化

针对贵州某金矿矿体及围岩在断层和裂隙带中产出、易垮塌且遇水泥化等问题,分别设计了单轴压力机试验与环管试验,对全尾砂-人工砂结构流体胶结充填的充填体强度和充填料浆流动性能进行检验与分析。单轴压力机试验结果表明：在打底充填中,料浆质量浓度为75%~76%、水泥掺量为20%、人工砂与尾砂质量比为2.9时为最优配比;在非打底充填中,质量浓度为75%~76%、水泥掺量为12%、人工砂与尾砂质量比为2.9时为最优配比。该金矿在370 m水平充填倍线最大,为5.7。经过环管试验测定并分析,在2种最优配比情况下,充填料浆均可以实现自流输送。     

基于正交试验的水泥-全尾砂料浆沉降特性试验

尾矿固结排放工艺已成为我国尾矿处理的新的技术途径。以安徽某铁矿水泥-全尾砂料浆为试验材料,采用正交试验方案和极差分析方法,对比研究了不同质量浓度、灰砂比和胶凝材料对料浆沉降特性的影响。结果表明：在质量浓度、灰砂比和胶凝材料3个影响因素中,影响顺序为质量浓度>胶凝材料>灰砂比,即质量浓度对料浆沉降特性的影响比较显著;浓度为78%、灰砂比为8%、胶凝材料为TC-Ⅱ时,水泥-全尾砂料浆的沉降量最小、沉降速度最慢;最终推荐料浆配比为浓度75%~78%,灰砂比8%,胶凝材料为TC-Ⅱ。     

安庆铜矿不同颗粒级配尾砂优化组合膏体充填技术

尾砂级配是影响充填质量的关键因素,安庆铜矿因尾砂级配不合理导致充填料浆离析,严重影响充填质量。对此,通过开展充填料配比试验确定了理想的尾砂级配,即将矿山旋流分级后的底流粗砂与溢流细砂按17∶3的比例混合。根据矿山充填系统工艺,利用现有立式砂仓对底流粗砂与溢流细砂分别进行了浓缩,浓缩后的72%浓度的分级尾砂与58%浓度的溢流细砂混合搅拌后制备出具有较优级配的膏体充填料。实践证明：该方案可制备出兼顾充填体强度与充填料浆输送性的合格膏体充填料,充填体均匀性好,同时,该方案可满足膏体胶结充填与水砂非胶结充填需求,实现了较好的经济效益。     

全尾砂絮凝沉降试验及其工程应用

充填料浆制备是膏体充填采矿方法的重要组成部分,而尾砂高效浓缩是膏体充填的核心。由于全尾砂粒径很细,尾砂沉降浓缩也变得十分困难,因此,在尾砂料浆中加入絮凝剂是提高沉降浓缩速率的有效手段。由于室内试验环境和条件与地下采场存在很大不同,为了揭示新城金矿全尾砂絮凝沉降特性,不仅开展了全尾砂静态絮凝沉降室内试验,以沉降速度、底流浓度为评价指标,得到了最优的絮凝剂选型、单耗和砂浆浓度参数,确定了上述参数对于尾砂料浆沉降效率的影响规律,还在地下采场进行了现场工业试验对比分析,以验证加入该组合参数絮凝剂后的实际应用效果。室内试验结果表明:料浆底流浓度随着料浆稀释浓度的增加先增加后减小,而在絮凝剂单耗低于22.5 g/t时变化不大,因此选定絮凝剂型号为ZYJ、絮凝剂添加量为20 g/t、矿浆稀释浓度为9.75%时,室内尾砂料浆的絮凝沉降效果最佳。现场对比试验表明:采用该最佳试验参数组合后,充填溢流水中悬浮物质量浓度由5.32%~8.26%降低到1.15%~2.13%,充填体强度增加了13%,且整体分布更加均质,充填效果和充填质量均有明显改善。