新田岭钨矿充填胶结剂优选试验研究

王 旭，康瑞海，彭 亮

(1.长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 410012；2.国家金属采矿工程技术研究中心，湖南 长沙 410012；3.金属矿山安全技术国家重点实验室， 湖南 长沙 410012)

新田岭钨矿是中钨高新材料股份有限公司的主要钨精矿、钼精矿生产基地，多年来均采用空场法开采。根据新田岭钨矿的开采现状及内外部条件，矿方经研究确定全面实行充填采矿法[1-5]。本文采用新田岭钨矿全尾砂做骨料，并选取4种胶结剂作为胶凝材料进行强度配比试验，筛选出符合矿山采矿方法要求且性价比最优的胶结剂[6-11]，为充填工艺设计和运营成本控制提供依据。

1 粒度测试

全尾砂烘干、均匀取样后，利用激光粒度分析仪测试其粒级分布，测试结果见表1。

表1 全尾砂粒级组成

国内外研究资料表明，全尾砂浆中极细颗粒含量不低于15%时有利于形成稳定柱塞流或结构流。由表1可知，新田岭尾砂中-20 μm细颗粒含量占23.73%，满足此项要求。-75 μm 的颗粒累计含量为49.41%，与国内钨矿全尾砂相比，新田岭尾砂粒级较粗，对充填浓度和强度有利。

2 塌落度测定

通过塌落度试验直观了解和掌握不同浓度全尾砂料浆的流动状态和特性。试验结果见表 2，塌落度趋势见图1。

表2 全尾砂坍落度试验测试结果

图1 全尾砂塌落度趋势图

塌落度试验结果表明，料浆浓度≥80%时，塌落度小于22 cm时，料浆粘度大，难以实现自流输送；浓度在 74%～78%之间时，流动性能良好，无离析现场，坍落度范围在26.5～28 cm时，能实现不同倍线（＜8）条件下的自流输送。

3 全尾砂强度配比试验

利用新田岭矿选厂全尾砂分别与 4种胶结剂（P.C32.5R水泥、P.O42.5水泥、1#胶固粉、2#胶固粉）进行强度配比试验，设计5组灰砂比，分别为1:4，1:6，1:8，1:12，1:20，料浆浓度选为 74%，共计20组不同配比实验，每组配比测试28 d龄期强度，每组龄期浇注3个试块，共计60个试块，标准条件养护，强度结果见表3，强度曲线见图2。

表3 全尾砂+水泥配比试验结果汇总

图2 全尾砂塌落度趋势图

依表3和图2可知：

（1）采用不同胶结剂的试块均能正常凝结硬化，试块强度均能正常增长；

（2）试块强度与灰砂比正相关，即强度随着灰砂比的增大而呈上升趋势，灰砂比越大，强度上升幅度越大；

（3）整体胶结效果上，1#胶固粉和2#胶固粉均远优于P.O 42.5水泥及P.C 32.5R水泥；1#胶固粉和2#胶固粉胶结效果接近。

4 技术经济分析

新田岭井下扩能改造工程主要采用分段空场嗣后充填采矿法、中深孔房柱嗣后充填采矿法、切顶房柱嗣后充填采矿法和上向高分层充填采矿法等，充填不同部位时充填强度要求分别为：充填体28 d强度3～5 MPa占比7%、2 MPa占比10%、1 MPa占比22%、0.5 MPa占比61%。结合表3可知，在已有的强度配比数据条件下，P.C32.5R水泥无法满足充填采矿法对强度的要求，由其它3种胶结剂28 d强度对应的灰砂比及各物料单耗推算出各物料综合单耗，计算充填成本见表4。

表4 充填胶结剂成本

由表4可知：

（1）1#胶固粉和2#胶固粉充填单耗接近，且均远低于P.O42.5水泥；

（2）1#胶固粉单价最高，2#胶固粉次之，P.O42.5水泥单价最低，但由于P.O42.5水泥单耗高，其单位体积充填胶结剂成本反而最高，1#胶固粉次之，2#胶固粉最低。

5 结 论

新田岭钨矿是湖南地区重要的钨精矿原料生产基地，该矿目前已经着手进行充填系统设计和建设，提前进行相关充填材料试验和充填胶结剂优选试验对矿山具有重要意义，通过以上试验及胶结剂技术经济比选可以得出以下重要结论。

（1）全尾砂中超细颗粒含量充足，-75 μm的颗粒累计含量为49.41%，与国内钨矿全尾砂相比，新田岭尾砂粒级较粗，对充填浓度和强度有利。

（2）料浆浓度在74%～78%时，表现出良好的流动性能，且无离析现象，此时塌落度为 26.5～28 cm，能实现不同倍线（＜8）的自流输送。

（3）多种胶结剂及配比的强度试验结果表明，采用不同胶结剂的试块均能正常凝结硬化，试块强度均能正常增长，整体胶结效果上，1#胶固粉、2#胶固粉均远优于P.O 42.5水泥及P.C 32.5R水泥。

（4）结合采矿方法对充填体强度要求进行了充填成本核算，结果表明，2#胶结剂成本最低为52.25元/m3，1#胶结剂次之（56.55元/m3），P.O42.5最高（69.55元/m3），P.C32.5R水泥无法满足充填强度要求，不适合作为新田岭钨矿胶结剂。

（5）胶结剂价格和单耗是决定充填成本的关键因素，矿山可以通过开展以下工作实现降低充填胶结剂成本的目的。一是在胶结剂满足质量要求的前提下，通过竞争性谈判引入多家胶结剂供应商，可有效降低胶结剂供应价格；二是通过优化采矿方法，降低充填体强度要求，从而实现降低胶结剂单耗。