阿舍勒铜矿集料配比对料浆和易性的影响研究∗

江 科,康瑞海,仵锋锋

(1．长沙矿山研究院有限责任公司, 湖南 长沙 410012;2．金属矿山安全技术国家重点实验室, 湖南 长沙 410012)

1 课题的提出

充填采矿法在高品位高价值矿山应用较早,如金川公司先后尝试过水力充填、块石胶结充填、粗骨料胶结充填、分级尾砂胶结充填、棒磨砂胶结充填及全尾砂胶结充填等工艺,随着技术的进步以及新型装备的出现,如今充填工艺更加成熟完善,特定矿山可因地制宜地根据自身条件进行充填工艺方案的选择[1-5]。当前可用于充填的集料种类众多,有井下不出窟的废石、经破碎后的碎石、筛选后的粗骨料、矿山传统固废-尾砂、粉煤灰及冶炼炉渣等,不同集料粒径差异度大,集料种类及来源不同直接决定了充填站的配置和选型[6-10]。不同的集料所能实现的充填浓度差异较大,在应用过程中也存在不同的优势和弊端,如粗骨料充填体达到一定强度要求时消耗的胶凝材料量远少于尾砂等细颗粒集料,但粗骨料料浆在管输过程中易离析沉降等缺陷导致堵管事故频发也是矿山企业生产中时常遇到的难题[11-13]。阿舍勒铜矿地处新疆,周边有丰富的戈壁集料可供使用,具有来源广、处置成本低、形成的充填体强度高等优势,但戈壁集料料浆的堵管风险也是困扰企业的难题之一,如图1为井下管道发生堵管事故后的处理过程,为改善料浆的流动性,考虑添加全尾砂改善充填集料的级配,从而在保证充填质量的同时降低系统的运行风险。本文即针对矿山实际条件,对戈壁集料与全尾砂按不同配比比例混合后形成的料浆进行塌落度试验,分析配比对料浆和易性的影响,推荐流动性最佳的充填集料配比值。

图1 堵管事故处理

2 集料粒径测试与分析

取选厂全尾砂浆烘干均匀制样,利用Mastersizer 3000型激光衍射粒度分析仪进行粒径测试,同时在粗骨料仓中多点取样,用标准筛网按照土工试验规程测定戈壁集料粗颗粒粒度,500μm以下细颗粒采用粒度分析仪测试,全尾砂粒径测试结果见表1,戈壁集料测试结果见表2,两者粒度分析曲线对比如图2所示。

由粒径测试试验结果可知,阿舍勒铜矿全尾砂颗粒较同类矿山偏细,平均粒径为34．4μm;戈壁集料粒度分布范围较广,-200目细颗粒占比19．69%,粗颗粒最大可至2．5 cm,其级配很差,导致戈壁集料料浆中粗颗粒物料没有足够的细颗粒对其进行包裹,一旦料浆浓度有所波动,粗颗粒极易沉淀到管道下部,当某处粗颗粒积攒到一定程度即会引发堵管事故的发生。若将全尾砂按适当的比例添加至戈壁集料中,可以改善充填集料的级配,使其和易性发生改善,但过量添加细物料会增大料浆的黏稠性和输送阻力,尾砂量需求的增大会使工艺的复杂程度加大,降低粗骨料充填的成本优势,所以需找到一个最佳的集料配比比例值,使得料浆的流动性能得到有效改善。

表1 全尾砂粒度测试结果

表2 戈壁集料粒度测试结果

图2 充填集料粒度分布曲线

3 不同配比集料塌落度试验研究

塌落度试验是判断料浆和易性及流动性的常规试验,塌落度值直观地反映了料浆的可输送性,是确定特定矿山最佳充填料浆浓度范围的核心指标之一,同时通过观察试验中料浆的坍落过程所表现出来的粘聚性和保水性也是分析料浆性能的重要途径。本试验设计全尾砂与戈壁集料的配比为15∶85,20∶80,25∶75和30∶70四种,设计灰砂比为全矿平均灰砂比1∶8,塌落度试验从高向低进行,浓度值间隔为2个百分点,探究不同集料配比及浓度条件下料浆的塌落度值,同时辅以直观地观察描述,最终两者一起作为判断衡量的基础,试验结果见表3,对比曲线如图3所示。

表3 不同集料配比下充填料浆塌落度试验结果

图3 不同集料配比下充填料浆塌落度对比曲线

分析试验结果可知,添加尾砂后的充填集料的塌落度值降低,这是由于细颗粒物料的加入使得料浆内部粘聚力即屈服剪切应力增大,料浆的保水性能有所提高,直观观察也表明,添加尾砂后料浆更不易离析,而没有添加尾砂的戈壁集料浆液在塌落度桶装料的过程中即有水分不断析出。由对比曲线可知,最佳的充填浓度值为81%,随着全尾砂添加比例的上升,料浆的和易性表现为先改善后变差,当全尾砂:戈壁集料＝25∶75时最好,其塌落度值为27．8 cm,塌落度试验过程如图4所示。实验过程中添加尾砂的料浆和未添加尾砂的料浆表观区别较大,如粗颗粒沉降离析程度等,但由于添加尾砂的对照组之间差异性较小,除用塌落度值外还需辅助以最终沉降泌水量作为判断依据,充填料浆在采场脱水会带走一部分水泥颗粒,污染巷道及水仓,对采矿生产造成影响,在密闭容器内装满不同集料配比的81%充填料浆,静置一段时间,待其初凝后测试泌水率,试验结果如图5所示,图5中从右至左分别为集料配比30∶70,25∶75,20∶80和15∶85,其泌水率分别为6．7%,4．1%,2．9%和4．5%,由此可证明前述判断正确,最佳的集料配比为25∶75,此时充填料浆拥有良好的和易性和保水性。

图4 集料配比＝25∶75、浓度81%料浆塌落度试验过程

图5 不同集料配比泌水试验

4 结 论

(1)充填集料种类繁多,矿山企业应根据自身条件合理选择,阿舍勒铜矿采用戈壁集料具有来源广、处置成本低及充填体强度高等优点,但粗颗粒含量大、易离析沉降等弊端导致堵管事故时常发生,应添加一定量的全尾砂改变充填集料的级配,改善料浆和易性及保水性。

(2)对全尾砂和戈壁集料进行粒度分析,结果表明全尾砂偏细,戈壁集料粒度分布范围广,但细颗粒含量相对较少,导致粗骨料无足够的细颗粒包裹,致使其在输送过程中易离析沉降。

(3)全尾砂与戈壁集料的配比按15∶85,20∶80,25∶75和30∶70进行塌落度试验,最佳的充填浓度为81%,随着全尾砂添加比例的上升,料浆的和易性先改善后变差,当配比为25∶75时最好,其塌落度值为27．8 cm,为探究其保水性能进行泌水试验,结果依然说明配比为25∶75时料浆具有良好的和易性及保水性。