四方金矿全尾砂充填料浆流变特性研究

曲 岩

（陕西凤县四方金矿有限责任公司）

在地下采矿中，充填法在生态保护、地压控制、尾渣处理方面相比崩落法有着明显的优势，所以充填采矿法得到广泛应用［1］。充填体强度是影响充填采空区稳固程度的重要因素，充填料浆输送的难易程度则取决于充填料浆的输送能力。所以充填料浆的流变性能是决定充填料浆输送能力的重要因素［2］。

陕西省凤县四方金矿采用崩落法采矿。为了有效控制地表塌陷以及保护矿山周边的生态环境，矿山开始由崩落法向充填法转变。充填工艺采用全尾砂胶结充填，设计充填能力为70万t/a。

为了更好地解决充填堵管及管道磨损等问题，科学改变充填料浆的流变特性将有助于减少输送系统的故障率、延长使用寿命［3-4］。

试验将在质量浓度、灰砂比变化的条件下研究充填料浆的流变性能［5-6］。

1 全尾砂

试验料浆由全尾砂、矿渣微粉按一定比例配制而成。全尾砂密度2.72 t/m3，松散容重13.82 kN/m3，孔隙率46.16%；粒度组成见表1，其中-5 μm7.75%、-10 μm25.47%、-20 μm49.22%。根据经验，全尾砂-20 μm含量小于15%会影响最终充填体强度，但-20 μm含量过高会增大管道阻力、增加充填体脱水难度，而该全尾砂-20 μm含量基本符合要求。全尾砂化学成分分析结果见表2。

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表2 表明，全尾砂金属矿物含量较低，有害元素含量低，满足充填骨料要求。

量筒沉降试验表明，全尾砂料浆中的细粒形成的悬浮液浓度很高，等速下降面出现时间较晚，全尾砂沉降终了浓度为58.2%。

2 试验方法

试验使用L管，将按配合比和浓度充分搅拌的料浆倒入L型管道上部的漏斗中，料浆利用重力向漏斗下方的L型管道流动，从L型管道的下出口流出。测定每次试验充填料浆的容重、质量、流速、静止料柱高度。通过试验得出充填料浆在不同灰砂比下的流速、屈服剪切应力及黏性。

3 试验结果与分析

3.1 不同灰砂比和料浆质量浓度试验

不同灰砂比和料浆质量浓度试验结果见表3。

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3.2 试验结果分析

（1）灰砂比相同时充填料浆屈服剪切应力受质量浓度的影响见图1。

由图1可知，各灰砂比下的屈服剪切应力趋势线相近，在试验范围内，充填料浆的质量浓度增大会造成屈服剪切应力增大，且增幅越来越明显。表明充填料浆的屈服剪切应力受质量浓度的影响很大，即质量浓度是影响充填料浆屈服剪切应力的主要因素。

（2）质量浓度相同时充填料浆屈服剪切应力受灰砂比的影响见图2。

由图2可知，各质量浓度下灰砂比减小，屈服剪切应力缓慢增大；质量浓度越大屈服剪切应力越大。因此，灰砂比对充填料浆的屈服剪切应力影响不明显。

（3）灰砂比相同时充填料浆黏度受质量浓度的影响见图3。

由图3可知，各灰砂比下的黏度趋势线相近，在试验灰砂比范围内，灰砂比越大黏度值越小；在试验范围内，充填料浆的质量浓度增大会造成黏度增大。表明充填料浆的黏度受质量浓度的影响明显，即质量浓度是影响充填料浆黏度的主要因素。

（4）质量浓度相同时充填料浆黏度受灰砂比的影响见图4。

由图4可知，随着灰砂比的减小充填料浆的黏度上升，表明充填料浆的黏度受灰砂比的影响明显。

4 结论

（1）陕西凤县四方金矿尾砂的密度、松散容重、孔隙率、粒度和成分等性质均符合全尾砂胶结充填的要求。

（2）质量浓度是影响充填料浆流变性能的主要因素。降低充填料浆的质量浓度能够显著改善充填料浆流变性能。当灰砂比1∶4时，质量浓度66%的充填料浆屈服剪切应力24.632 Pa、黏度0.335 Pa·s，质量浓度68%的充填料浆屈服剪切应力33.062 Pa、黏度0.539 Pa·s，质量浓度70%的充填料浆屈服剪切应力65.156 Pa、黏度0.613 Pa·s。灰砂比对屈服剪切应力的影响较小，当质量浓度68%时，灰砂比1∶4充填料浆屈服剪切应力33.062 Pa、黏度0.539 Pa·s，灰砂比1∶6充填料浆屈服剪切应力34.086 Pa、黏度0.577 Pa·s，灰砂比1∶8充填料浆屈服剪切应力35.125 Pa、黏度0.612 Pa·s。说明质量浓度提高后，充填料浆的流变性能急剧下降，而灰砂比的变化对充填料浆流变性能影响较小。