新型固化剂在某铜矿井下充填中的应用试验

鲁超峰 王 耀 戴宏辉 周科礼

(湖北大冶有色金属集团控股有限公司)

某地下铜矿山自开采以来，一直采用充填采矿工艺，充填方式先后经历了干式充填、水砂充填、膏体充填等3个阶段，后因膏体充填效果不理想又改为水砂充填，以矿山水泥与尾砂作为充填材料沿用至今，目前井下年充填量达到32万m3。

随着社会的发展，矿山水泥价格逐步走高，矿山采用降低灰砂比方式来降低成本，但却带来了一些突出问题:①井下充填体的强度达不到标准要求，铲运机在充填体上下陷;②充填体早期强度不够高，且水泥水化热较大，充填完后等强时间花费较多;③由于水泥密度小于尾砂粗粒，浆体进入采场后，水泥与细粒尾砂从裂隙中流出［1］，导致井下巷道到处跑浆，水泥浪费也较大;④由于一步骤矿房全胶结充填强度不够，二步骤矿柱回采过程中，为了防止一步骤回采后全胶结充填尾砂的冒落，必须预留2～3 m厚的护壁，这就造成了矿石的极大损失;⑤充填完成后，铲运机不断在采场碾压，造成表层充填体不断磨蚀，铲运机铲矿过程中将矿石与表层磨蚀充填体一起铲入矿石溜井，造成矿石大量贫化。

为改变矿山生产现状，决定对2个厂家的固化剂材料进行充填效果对比试验。

1 充填试验原则与方案

该矿充填系统由地表的2个水泥仓、2个砂仓、控制系统以及各种监测设备、管道组成。

试验原则:在保证生产正常进行的情况下，按照相同充填成本，分别对2种新型尾砂充填胶凝材料进行现场充填试验，测试2种材料充填体的性能，并与同条件下水泥充填体进行比较。

具体试验方案:在充填料浆浓度不低于68%的条件下，胶固材料下料量按矿山日常生产水泥下料量推算:全胶结充填水泥下料10 t/h，水泥现行到厂价270元/t，新型胶结充填材料到厂价450元/t，确定新型胶结充填材料用于全胶结充填下料量为6 t/h，灰砂比约为1∶10(水泥灰砂比为1∶8);铺面胶结充填水泥下料20 t/h，水泥现行到厂价270元/t，新型胶结充填材料到厂价450元/t，确定新型胶结充填材料用于铺面胶结下料量12 t/h，灰砂比约为1∶6(水泥灰砂比为1∶4)。在以上相同成本条件下，分别进行3种材料充填试验，测试3、7、28 d的强度，要求全胶结充填28 d的强度达到1 MPa以上，胶结铺面28 d的强度达到2 MPa。

2 新型充填材料对比试验

2.1 充填取样与试验样品制备

地表取样在搅拌桶出口，采用40 mm×40 mm×160 mm试模，在试验室标准养护，温度为20±2℃，湿度大于90%，对不同龄期的试件进行压力测试。充填结束后，采场取样随机均匀布点，现场布置6 个取样坑，每个坑尺寸:3.0 m × 1.0 m ×0.5 m。试样经解体在井下养护，到期样品运至实验室加工至尺寸接近 70.7 mm ×70.7 mm ×70.7 mm 的小样品［2］。压力试验时按全尾砂胶结和铺面胶结2种充填配比分别进行。

2.2 试验样品压力试验

试验样品制备完后，按照全胶结与胶结铺面2种类型分开，同时对各个试验样品进行编号，按照编号后的样品做力学强度试验，将样品与强度对应统计在样品编号—强度散点图上。

水泥、A厂家新型固化剂、B厂家新型固化剂试验分别选在M1、M2、M3采场，按照上述试验方案进行力学强度试验，分别得出3、7、28 d样品编号-强度散点图。通过散点图可以统计出试验样品的早期强度、后期强度的波动范围与平均值。

2.3 3种材料试验力学参数对比分析

水泥及A、B厂家的新型固化剂力学参数分别见表 1、表2、表3。

表1 水泥的力学参数

表2 A厂家固化剂的力学参数

表3 B厂家固化剂的力学参数

从表1可以看出，充填过程中，充填下料不均衡，料浆的浓度和充填体强度值均差异大，无论井口和井下取样，其3、7、28 d的抗压强度波动区间很宽，但井口与井下充填体强度平均值相差不多。

从表2可以看出，充填浓度未达设计浓度，且波动大。充填体强度值较高，差异也大。全胶结充填无论井口还是井下取样，其3、7、28 d的抗压强度都在＞1 MPa，28 d的抗压强度更是达 2 MPa，最高约为4 MPa。铺面胶结充填无论井口还是井下取样，其3、7、28 d的抗压强度几乎都超过2 MPa，28 d井下充填体抗压强度＞4 MPa，最高强度达5.5 MPa。

从表3可以看出，充填浓度达到设计浓度，且波动不大;充填体强度值相对较高。全胶结充填体井口和井下样品抗压强度平均值差别较大:井下充填体3 d的抗压强度接近1 MPa，7、28 d的充填体抗压强度与3 d的差别不大。铺面胶结充填体井口和井下样品强度平均值差别不大。铺面胶结充填除了井口3 d的强度低，其他强度都＞1 MPa，其28 d的抗压强度都超过2 MPa。

3 结论

(1)A、B公司新型固化剂在相同成本条件下的强度性能都比现用的水泥好得多。这2种新型胶结充填材料充填矿柱，其充填体28 d的抗压强度均大于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的抗压强度均大于2 MPa，其充填体强度提高至少80%。特别是早强性能优于现用水泥。

(2)应用A公司胶结充填材料全胶结充填的推荐配比:充填料浆浓度为66% ～70%，则充填灰砂比预计可降至1∶12～1∶15;应用A公司的新型胶结充填材料铺面胶结充填的推荐配比:充填料浆浓度为68% ～70%，则充填灰砂比预计可降至1∶8～1∶10。应用B公司全胶结充填的推荐配比:充填料浆浓度为68%，则充填灰砂比为1∶12;应用B公司的固结剂铺面胶结充填的推荐配比:充填料浆浓度为70%，则充填灰砂比为1∶6。

(3)应用2种新型胶结充填材料，充填体的凝固时间缩短，由7 d降至3 d。

(4)A公司固化剂材料强度优于B公司，且A、B公司固化剂材料强度都优于水泥。

［1］解世俊.采矿手册［J］.北京:冶金工业出版社，2005.