铜绿山矿新型胶结充填材料工业化试验

梅世洲

(大冶有色设计研究院有限公司)

铜绿山矿新型胶结充填材料工业化试验

梅世洲

(大冶有色设计研究院有限公司)

随着铜绿山矿地下产能的扩大，选矿技术的提高，公司精益化管理加强，矿山尾砂越来越细，充填压力日渐加大。为了解决铜绿山矿目前充填生产所存在问题，进行了铜绿山矿新型胶结充填材料工业化试验，以进一步探讨铜绿山矿新型胶结充填材料的工业化作用。

尾砂 胶结充填材料 工业化试验

铜绿山铜铁矿自20世纪90年代以来，一直采用水泥尾砂胶结材料充填采空区，效果较好。近年来，由于改用全尾砂水泥胶结充填，生产状况不理想，主要表现为充填体的强度达不到生产标准，影响矿山正常生产作业[1-4]。为了保证生产的正常进行，常常在胶结铺面生产中抛石填筑作业工作面，增加胶结面的稳定性和强度，以保证设备作业安全。为了保证采矿安全，经常预留保安壁，矿石损失加大，此外，充填胶面凝结硬化时间延长，充填循环作业时间加长。由于充填成本压力，水泥实际单耗低于设计单耗，充填生产跑浆严重。为此，有必要探索新型的胶结充填材料，以降低矿山生产成本。

1 新型充填胶凝材料试验

试验中使用的充填材料为：①华重充填工程材料有限公司的充填胶凝材料；②湖北中固科技股份有限公司HAS土壤胶固剂。试验中将上述材料与生产使用的大冶成美水泥进行对比分析研究，试验灰砂比为1∶10。利用现有的充填系统，在生产采场分别进行试验。

1.1 新型充填胶凝材料

(1)华重充填胶凝材料。该材料外观呈灰白细粉末状，密度为2.8 g/cm3，表观密度为1 160 kg/m3，主要化学成分有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、SO3，该材料无毒、无害，环境友好。

(2)中固HAS土壤胶固剂。HAS土壤固化剂是以工业废渣为主要原材料生成的一种新型水硬性硅铝基胶凝材料，该材料外观上呈灰色细粉末状，有刺鼻的氨味，主要化学成分有SiO2、Al2O3、CaO、MgO、P2O5。

1.2 充填试验结果

1.2.1 华重充填胶凝材料

华重充填胶凝材料试验结果见表1。

表1 华重充填胶凝材料试验数据

由表1可知，实际充填浓度波动大，充填体强度值较高，差异比较大。全胶结充填无论井口取样还是井下取样，3，7，28 d抗压强度均大于1 MPa。早期强度高，3 d强度就达1 MPa，28 d抗压强度达2 MPa,其最高强度几乎接近4 MPa。

1.2.2 中国HAS土壤胶固剂

中固HAS尾砂胶固料充填试验结果见表2。

表2 中固HAS土壤胶固剂充填试验数据

由表2可知，实际充填浓度达到设计浓度，浓度上下波动不大，充填体强度值相对较高。井下充填体3 d的抗压强度接近1 MPa，7，28 d充填体抗压强度与3 d充填体抗压强度差别不大。

1.2.3 水 泥

水泥充填试验结果见表3。由表3可知，井下充填体3 d的抗压强度平均为0.28 MPa，7，28 d充填体抗压强度与3 d充填体抗压强度差别不大，均很低，不能满足采矿出矿要求，这与实际生产情况吻合。

表3 水泥充填试验数据

2 充填试验结果分析及评价

试验中共计测试了2种新型尾砂胶固料，由表1～表3可知，2种尾砂胶固料胶凝效果均优于水泥充填。

通过对充填采场现场进行了实地踏勘，华重充填胶凝材料在排完采场积水后，采场充填体表面有1层厚2～3 cm泥浆，以下为坚实的充填体，用脚蹬踏充填体后，出现少量碎块。经过1 d后，人可以在充填体上行走，第2 d后采用铁锹刻槽较困难，第3 d采用洋镐开挖取样、掘进极其困难。表明该材料的充填体已凝固，能满足采矿出矿的生产要求。

中固新型尾砂胶结材料在排完采场积水后，采场充填体表面有1层极薄的不到1 cm泥浆，以下是坚实的充填体，用脚蹬踏充填体，基本没有什么反应。第1 d后人可以在其上自由行走，第2 d用铁锹刻槽困难，第3 d采用用洋镐开挖取样、掘进同样极其困难。其情形与华重新型胶结充填材料充填体类似，亦能满足采矿出矿的生产要求。

3 充填材料环保性分析

充填材料环保性关系着整个充填生产过程是否环保，只有采用环保型的充填材料，充填生产过程中才能尽可能不产生有毒有害物质，充填生产过程中产生的废水和废气才能达标排放，充填生产过程才能安全。

由厂家提供的信息可知，上述2种充填材料均为环保型材料。由充填材料生产工艺资料可知：①华重充填胶凝剂主要采用冶金工业冶炼炉渣，掺加石膏、复合激发剂等制作而成；②中固尾砂胶固剂则采用钢渣、煤灰渣、硫铁渣、磷渣等，掺加激发剂制作而成。在华重充填胶凝材料和中固新型充填材料中，其矿渣含量占总质量的比例几乎高达90%，该类成分基本是常见无机物，对环境和人基本无害。在试验过程中，华重充填胶凝材料无任何气味，充填采场后，也无任何气味，而中固HAS尾砂胶固料散发出强烈的刺鼻性气味，充填采场后，在采场也留有该强烈的气味。初步分析可知，充填生产使用胶凝剂、铜绿山矿选厂尾砂中主要是CaO、MgO、Fe2O3、Al2O3、SiO2等无机物，该类物质是常规物质，对环境影响不大。而选厂废水中含有选矿药剂，铜绿山矿常使用的化学药剂主要有黄药、松油，这2种药剂均为碳氢长链化合物，非苯类，且用量非常小，废水中残留量很少，气味不重，对环境基本无影响。因此，下一步应继续对中固HAS材料充填后产生刺鼻性气体进行分析，从环保和职业健康角度论证其影响是否在可允许的范围内，确保该材料对环境和作业人员身体健康没有危害。此外，中固HAS充填材料生产原料有磷废渣，其中有可能伴生放射性元素，会对环境产生放射性危害。此外，上述2种材料在生产过程中均使用了煤，劣质煤中砷含量较高，有可能造成这方面的污染。因此，建议在使用上述2种充填胶凝材料时，应进行充填体浸出性试验，论证是否存在重金属污染。

4 结 论

(1)华重充填胶凝材料和中固HAS新型尾砂胶固料在相同成本的条件下，强度性能均优于水泥充填。该2种新型胶结充填材料充填矿柱，其充填体28 d抗压强度均大于1 MPa，其充填体强度提高至少40%。2种新型胶结充填材料充填矿房，铺面、拉底层，其充填体28 d抗压强度均大于2 MPa，其充填体强度至少提高80%。

(2)应用华重充填胶凝材料进行全胶结充填，当充填料浆浓度为66%～70%时，充填灰砂比预计可降至1∶12～1∶15；应用华重充填胶凝材料进行铺面胶结充填，当充填料浆浓度为68%～70%时，充填灰砂比预计可降至1∶8～1∶10。

(3)应用华重充填胶凝料和中固HAS新型尾砂胶固料，充填体的凝固时间由7 d降至3 d。由于在试验过程中，中固HAS尾砂胶固料存在强烈的刺鼻性气味，该类气味是否具有有害性，有待于进一步分析。因此，建议优先选择使用华重充填胶凝材料。

[1] 梁志强.利用尾矿制备井下胶结充填材料的研究[J].现代矿业，2014(3)：69-72.

[2] 胡家国，古德生.铜山铜矿尾砂胶结充填试验研究[J].有色金属：矿山部分，2003(4)：127-130.

[3] 刘明生，龚浩源.铜山铜矿尾砂胶结充填技术试验研究[J].采矿技术，2004(3)：1-3.

[4] 沈 刚，龚浩源.铜山铜矿充填材料试验研究[J].采矿技术，2005(2)：23-24.

2015-01-04)

梅世洲(1964—)，男，工程师，435005 湖北省黄石市新下陆冶炼路65号。