边坡露天采场治理中极细干尾砂胶结料强度研究

丁东彦，魏忠振

（1.兰州有色冶金设计研究院有限公司，甘肃 兰州 730000；2.甘肃省应急管理厅，甘肃 兰州 730000）

矿产资源是世界重要自然资源的一种，也是社会和国民经济发展的重要物质基础之一。我国是个人口基数大国，而且当前我国正处在经济快速发展过程中，随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，对矿产资源的需求量也在日益增加。然而矿产资源的开采给自然生态系统和环境生态结构带来了严重的破坏，导致引发一系列的生态环境问题。尤其是边坡露天开采项目，不但会造成土地景观和土地资源的破坏诱发地质灾害，而且对水文水资源会造成干扰加剧水土流失现象，同时生物多样性会发生损失现象。目前，为了解决露天采坑造成的生态环境问题，部分企业转为地下开采[1]，随着露天转地下的开采，尾矿排放量增大，出现尾矿无法排放的情况和建设尾矿库时征地困难等一系列问题，严重影响制约了矿山的发展。采用尾砂胶结料治理露天采坑，可以较好的解决尾矿库的建设与征地问题，为企业和社会带来较好的经济效益和社会效益。同时，可以及时复垦恢复生态结构，改善矿产资源开采造成的生态环境问题。由于部分选矿工艺产生的尾矿粒度极细且含有污染物[2]，在边坡露天采场治理中直接堆存尾砂不但稳定性无法保证，而且存在环保问题，为了提高尾砂的堆存稳定性，防止尾砂中的污染物浸出污染环境，改善极细尾砂的物理力学特性十分有必要，因此研究极细干尾砂胶结料的物理力学特性对边坡露天采场的治理有很大的意义。

1 极细干尾砂胶结料配比分析

1.1 尾砂物理化学特性

以某金矿公司选矿产生的全尾砂为例，尾砂粒度-200目的颗粒累计含量高达96.3%，-400目的颗粒累计含量高达89.7%，尾砂最大的特点是颗粒粒度极细[3]。根据尾砂判别标准表和粒径分布曲线可知，该尾砂类型属于尾粉土，粒径分布曲线如图1所示。

图1 尾砂粒径分布曲线

尾砂主要物理参数包括比重、密实容重、松散容重、最大孔隙率、最小孔隙率及自然安息角。尾砂物理参数如表1。

表1 尾砂主要物理参数

经过试验测定，尾砂中含有较多的SiO2、CaO、MgO、Al2O3等成分，尾砂主要化学成分如表2。

表2 尾砂化学成分

从试验结果可以看出，尾砂中含有少量的S，经过氧化后生成（SO4）2-，会使尾砂胶结料发生胀裂而被侵蚀，对尾砂胶结料的后期强度有不利的影响。但是尾砂含有大量的SiO2，SiO2的存在对尾砂胶结料强度的增长非常有利，同时尾砂中较多的CaO、MgO、Al2O3可以改善尾砂胶结料的胶结力和凝聚力[4]。

1.2 配比试验方案设计

本次强度配比试验骨料采用经过压滤后的干全尾砂，胶凝料选用当地的普通硅酸盐425水泥，制作低配比试验试块，选用不同的含水率、不同的灰砂比、不同的养护龄期进行强度测试，最终根据实际含水率结合塌落度结果选取合适的配比方案[5]。尾砂胶结料配比试验方案设计如下：

①灰砂比分别为1:20、1:30、1:40、1:50；②含水率分别为13.0%、16.0%、24.0%三组；③养护期为7d、14d、28d。

1.3 尾砂胶结料强度试验

按照配比试验方案分别制作不同灰砂比以及不同含水率的试块，经过7d、14d、28d三个不同的养护期，对各试块进行强度测定。试验过程见图2，强度结果值见表3。

图2 试验过程

表3 强度结果值

1.4 试验结果分析

当尾砂含水率一定时，配比越大，即水泥添加量越多，试块凝结速度越快，各龄期试块的强度也越大；对于同一含水率和龄期、不同灰砂比的试块，随着灰砂比的提高，强度也随之增加；同一灰砂比，含水率越高，强度反而降低，但含水率与强度不满足反相关关系。

2 结论

（1）本文首次尝试采用极细干尾砂配置胶结料，并测定不同配比下的试块强度。

（2）通过试验可知，在实际尾砂含水率一定时，胶结料的强度与灰砂比成正相关关系，在28天养护期内胶结料的强度与养护龄期成正相关关系。

（3）通过试验得出不同配比和不同含水率极细干尾砂胶结料的强度，在尾砂胶结料治理边坡露天采场中，结合选厂生产的实际尾砂特性以及所需尾砂胶结料强度要求等，选取合适的配比拌制尾砂胶结料，试验结果为边坡露天采场治理中尾砂胶结料的配比选取提供参考依据。