凤凰山铜矿高水固化充填试验.docx

凤 凰 山 铜 矿 高 水 固 化 充 填 试 验张良云毛荐新(凤凰山铜矿)汪勇摘 要 为简化地下开采的充填工艺 ,提高充填效率 ,凤凰山铜矿开展了高水固化充填材料充填试验 ,研制了高水速凝复合材料全尾砂单管输送充填 ,试验结果表明效果良好 ,经济效益显著 ,具有推广价 值 。关键词 尾砂胶结充填法 高水固化充填 充填体强度 单管输送test on high2water sol idif ying fill ing in fenghuangshan copper minezhang liangyunmao j ianxinwang yo ng( fen gh u an gs han cop per m i ne)abstract to simplif y t he filling technology in underground mining and imp rove t he filling efficiency ,fenghuangshan copper mine has carried out t he filling test s wit h high2water solidifying materials and devel2 oped a filling met hod wit h high2water rapid solidif ying co mpound materials and whole tailings single pipe t rans2 portatio n. the test s have shown t hat it has a good filling effect and remar kable eco no mical result s and is wort h being pop ularized.key words filling met hod of tailings cementatio n , high2water solidifying filling ,st rengt h of filling body ,single pipe t ransportatio n高水固化充填材料 ,是我国 90 年代初开发的一种新型充填材料 。该材料由甲 、乙两种粉 状材料组成 。充填时 ,甲 、乙料必须分别制浆 , 利用两套制浆系统 、两套管路分别输送 ,至井下充填工作面前数十米进行混合后流进采场 ,即 会迅速水化 、凝结 、硬化 。这种充填工艺具有全 尾砂 ,输送距离远 ,凝固速度快 ,早期强度高 ,采 场不需脱水 ,作业环境好等优点 。但该工艺应 用时输送工艺复杂 , 需两套系统进行制浆 、输送 。为简化充填工艺 ,改进充填材料 ,凤凰山铜 矿与西北矿冶研究院合作开展了高水材料单浆 胶结充填工艺研究 。1 高水固化材料水化反应机理高水固化胶凝材料的水化反应机理是将甲 、乙两种组分不同的材料混合产生水化反应 ,并在很短时间内形成含有高结晶水的钙矾石 , 而浆液中的其它大量游离态的水份全部以吸附 水的状态存在于钙矾石之中 。111甲 、乙料组分 甲料的主要成分为矾土水泥和添加剂 ,矾土水泥是以矾土和石灰石经高温锻烧至熔融状态 ,生成铝酸钙 ( cao al2 o3 ) 为主要成分的熟 料 ,磨成细粉而成 。添加剂主要起促凝作用 。乙料的主要成分为无水石膏和生石灰及膨 张良 云 , 铜 陵 有 色 金 属 公 司 凤 凰 山 铜 矿 科 研 科 , 工 程 师 ,244041 安徽省铜陵市凤凰山 。毛荐新 ,铜陵有色金属公司金牛公司 ,工程师 ,244041 安徽省 铜陵市凤凰山 。17 总第 254 期金属矿山1997 年第 8 期润土 。膨润土主要起悬浮作用 。112制浆水化反应 甲料中的铝酸钙遇水后发生水化反应 ,生成含有 7 个结晶水的铝酸二钙 :2 ( cao al2 o3 ) + 10 h2 o 2cao al2 o3 7 h2 o + al2 (o h) 6 1乙料中的无水石膏遇水后水化生成二水石 膏 ( caso4 2 h2 o) ,生石灰遇水后发生消解反应 生成氢氧化钙 ( ca (o h) 2 ) 。甲料中水化反应生成含有 7 个结晶水的铝 酸二钙与乙料中生石灰经消解反应生成的氢氧化钙发生反应 ,生成含有 6 个结晶水的铝酸三钙 ,含有 6 个结晶水的铝酸三钙与二水石膏反 应 ,生成含有 32 个结晶水的三硫型水化硫铝酸钙 钙矾石 。有关化学方程式如下 :2caoal2 o3 7 h2 o + ca ( o h) 2 3cao al2 o3 6 h2 o + 2 h2 o ,3cao al2 o3 6 h2 o + 3caso4 2 h2 o +20 h2 o 3caoal2 o3 3caso4 32 h2 o1高水固化胶凝材料的甲 、乙料 ,按其重量比 为 11 ,制浆的用水量为其用量的 2 3 倍 。当 高水材料制浆后 ,便很快发生反应 ,生成柱状 , 长针状的三硫型水化硫铝酸钙的晶体 。这些柱 状 、长针状晶体互相交错 ,形成一个坚固的网状 结构 ,其它大量的游离水为它们所吸附包裹在 骨架之中 。但它的吸附水随环境而变化 。在干 燥的条件下 ,吸附水会逐渐地蒸发掉 ,但强度不 减 。2 凤凰山铜矿高水固化充填试验凤凰山铜矿高水固化充填试验在进行全尾 砂 、分级尾砂等充填骨料的物理化学性能分析测试的基础上 ,确定了尾砂高水固化充填配比 参数 ,在分级尾砂双管输送充填试验的基础上 , 进行了单管输送全尾砂充填工艺的设计与试 验 。先后进行了 0 # 、4 # ,36 线采场充填铺面和接顶试验 。211分级尾砂双管输送充填试验 该工艺流程如图 1 。将尾矿砂浆经分流进入两个搅拌桶 ,分别与甲 、乙料混合形成甲料砂18 浆和乙料砂浆 ,经两个钻孔和两套 100 mm 管道靠自重输送至采场附近 ,通过混合器混合甲 、 乙料砂浆形成充填料浆 ,进入采场 。图 1 双管输送充填工艺流程1994 年 12 月 7 10 日 , 分别对 - 240 m#水平 0 采场及 - 120 m 水平 4 采场 , 进行了充填铺面和接顶试验 , 充填空区 394 m3 , 耗用 甲 、乙料 68131 t , 结果见表 1 。在充填过程中 可观察到采场边充边凝固 ,30 min 内即可全部 初凝 ,40 60 min 后 ,人员即可在上部行走作 业 。充填接顶试验中可观察到充填料浆流体所占据的空间 ,均全部凝固成充填实体 ,不收缩 。 由于水灰比偏大 ,充填体强度偏低 。从充填体 截面观察 , 充填料分布均匀 , 没有产生离析现 象 ,采场充 填 1 d 后 , t4 g 即 可 在 充 填 体 上 工 作 。表 1分级尾砂双管输送高水固化充填高水材 充填水灰 甲乙料料掺量 体强比比例 / kg 度 r 3充填浓度/ %灰浆比日期地点备注m - 3/ m pa9411217941- 240 m19 . 0951210 # 采场 54 . 411 168171 2154 铺面- 120 m18157816915619111 191195 1123 接顶12110 4 # 采场212 全尾矿单管输送充填试验该项试验是将全尾砂由选矿车间直接泵送 至砂仓 ,高水材料拆袋装入散装水泥罐车 ,压风送至 40 t 水泥仓 。在搅拌桶内全尾砂浆与高水材料混合搅拌形成充填料浆 ,经一个钻孔和 一套管路输送至采场 。同双管输送相比 ,等于 减少了一套流程系统 。张良云等 :凤凰山铜矿高水固化充填试验1997 年第 8 期均只有 140 kg/ m3 左右 ( 设计 200 kg/ m3 ) , 矿浆浓度波动较大 ,数值偏低 ,给试验结果带来一 定影响 ,强度指标较设计偏低 ,但高于室内试验 同样配比时的强度数值 。全尾砂单管输送充填试验结果表明 ,全尾 砂高水速凝充填料浆能够在目前管路系统内自流输送至采场 ,浆体有较好的流动性 ,可自流到 采场各部分 。充填料固水能力大 ,进入采场的 充填料浆在充填时及充填后均无水析出 ,充入 采场的充填料浆 ,15 20 min 即可开始初凝 ,40 min 后人员即可在上面行走 。从凝固的充填体断面观测 , 充填料分布均匀 , 没有离析现 象 。3 结 语(1) 凤凰山铜矿采用全 尾 砂 单 管 输 送 充 填 ,简化了充填工艺系统 ,基本解决了矿山充填尾砂量不足的难题 ,从而节省了尾砂分级 、尾砂 泵送 、尾砂坝维护和细泥污染引起的环保和各 项费用 。以凤矿高水固化充填每年按充填 215 万 m3 计算 ,年可创利 200 余万元 ,它的推广应 用可给矿山带来综合经济效益和社会效益 。(2) 利用高水材料特性 ,可实现使用全尾 砂充填料浆在 30 % 70 %的浓度范围内输送 , 料浆在井下采场不用脱水 ,很快固结 ,大幅度缩 短了充填作业周期 ,提高生产效率 ,大大改善了 井下作业环境 。(3) 充填体强度高 ,膨胀收缩率小 ,提高了 充填效率 ,解决了充填接顶难题 ,消除了由此造 成的地压管理上的隐患 ,为实现采场连续回采 快速充填提供了成熟的工艺技术 。(4) 凤矿采用外购高水材料充填试验 , 充 填成本中运费占 30 % ,计运费的充填成本比普通尾胶充填略高 。如果实现原料本地化生产 , 将能大幅度降低充填成本 ,高水固化充填技术 推广应用前景广阔 。(收稿日期 1996 - 11 - 10)高水材料充填的最显著特点是凝固时间快 ,以适应连续强化开采的要求 。采用单浆输 送时 ,严格控制浆液的初凝时间 ,是研制复合材 料充填中的首要问题 。因为充填制浆后 ,如初 凝时间太早 ,容易出现料浆在输送过程中凝固阻管 ,使该充填系统报废 ,影响矿山正常生产 , 造成严重损失 ;初凝时间太晚 ,充入采空区的浆 液 ,因时间长 ,大量水易渗透流失 ,影响水灰比 , 因此 ,确定合理的初凝时间是非常必要的 。影响高水材料充填料浆凝固时间的主要因素有 :材料自身性能 ,灰浆比 ,料浆浓度 ,环境温 度及混合时间 。经室内试验确定 ( 表 2) 灰浆比 为 18 ,料浆浓度控制在 60 % 70 % , 环境温 度根据沿江一带正常气温 20 左右 ,通过调整 材料中添加剂的组合含量 ,多次进行室内试验 ,将充填初凝时间控制在 10 30 min 。表 2 地表自制试模结果高水材料掺量/ kgm - 3充填体强度 r 3 / m pa初凝时间/ min灰浆比备注161811218( 模仿采场配比)218211263201202317 小时后拆模试模开裂13248110全尾砂单管输送充填于 1995 年 8 月 5 7日 ,在凤矿 - 240 m 水平 36 线采场及 - 120 m 水平 4 # 采场进行了铺面试验 。两次试验实际 用去高水材料 3815 t ,累计充填量