料浆配比对料浆质量的影响

料浆配比对料浆质量的影响

随着人类对矿产资源的大规模开发和利用，浅部矿产资源逐渐萎缩，矿产资源开发深入地层。某萤石矿井水寨矿区的开采始于2007年，现需用充填采矿法对采空区大量残矿进行开采。本文通过室内试验获得全尾砂的物理力学性质，并利用正交试验法优化充填配比，给矿山开采提供参考依据。1全尾砂物理力学性质试验1.1原材料试验选择全尾砂为充填骨料，全尾砂取自该矿选矿厂，水泥选用32.5级普通硅酸盐水泥。1.2全尾砂粒径、均匀系数和矿物组分根据《土工试验方法》测定全尾砂物理力学性质由表1可知，该萤石矿全尾砂渗透系数为8.897×10用激光粒度分析仪测定该萤石矿全尾砂粒径组成，如图1所示。根据图1可知：全尾砂粒径集中在10μm～100μm之间。尾砂颗粒的均匀系数C采用全自动X射线衍射仪（XRD）测定全尾砂的矿物组分，尾砂样品的X射线衍射谱如图2所示，采用ICP-MS分析主要元素成分，结果见表2。从图2可以看出：该全尾砂的矿物组成以SiO2最佳混合试验，填充料浆2.1正交试验设计充填料浆灰砂比、质量浓度和养护龄期对充填体强度影响很大，本试验采用3因素3水平正交试验研究3个因素对充填体强度的影响规律2.2试样制备试验试验采用直径50mm、高100mm与直径50mm、高50mm两种圆柱形试模，在试模内进行充填料浆浇筑，常温养护72h，再进行试件脱模、编号，并放入湿度为95%（模拟井下湿度）的恒温恒湿养护箱中定期洒水养护，试样浇注制备如图3所示。测试前，用砂纸将充填体打磨平整，保持试块受压均匀，并测量试块尺寸和质量，采用RMT-150C型岩石力学伺服压力机对试块进行力学性能试验。3试验结果与分析3.1充填料浆流动性分析坍落度可以衡量充填料浆的流动性从图4可以看出：(1）当料浆质量浓度在68%～75%时，全尾砂流动性随料浆质量浓度的增大而减小，当料浆质量浓度在75%～82%时，全尾砂坍落度减小的速度最快。(2）当料浆质量浓度在68%～75%时，料浆流动性虽好，但析水量大，对充填体的初凝强度和充填体的排水都有不利影响。当料浆质量浓度在75%～82%时，析水量较少，沉降、离析少，没有出现水泥与尾砂分离的现象，适合高浓度井下充填。从图5可以看出：当灰砂比在（1∶9)～(1∶6）内时，料浆坍落度随着灰砂比的增大而减小，质量浓度越大坍落度减小的速率越快；当灰砂比在（1∶6)～(1∶4）时，坍落度随灰砂比的增大而增大，质量浓度越大坍落度增大的速率越快。这是因为水泥的粒径极小，当料浆中掺入水泥后，充填料浆的粒径级配发生变化，尾砂颗粒表面逐渐黏附水泥，从而变成粒径较大的颗粒，进而使得坍落度增大3.2充填体力学性能对充填体进行力学参数测定，试验结果见表6。在全尾砂充填采矿中，为掌握料浆质量浓度、灰砂比和养护龄期3个因素对充填材料的敏感性程度，通过正交试验分析，即分别选取3种灰砂比（1∶4,1∶6和1∶8）、养护龄期（7d、14d和28d）和料浆质量浓度（68%、75%和82%），进行各因素对充填体各力学参数的敏感性研究。通过MATLAB2016a软件进一步对正交试验数据进行极差分析，得出3个因素对充填体力学性能影响的敏感性。试验结果极差分析见表7。分析表7可知：(1）胶结充填体单轴抗压强度影响因素的极差最大值A是极差最小值B的1.226倍；胶结充填体弹性模量影响因素极差值A是极差最小值C的1.306倍；胶结充填体泊松比影响因素极差最大值B是极差最小值C的2倍，极差最大值B与极差中值A相差0.004，相差较小；胶结充填体内聚力影响因素极差最大值A是极差最小值B的1.594倍；胶结充填体内摩擦角影响因素极差最大值A是极差最小值B的2.213倍；胶结充填体抗拉强度影响因素极差最大值A是极差最小值C的1.323倍；胶结充填体抗拉强度影响因素极差最大值B是极差最小值A的1.758倍。(2）胶结充填体的泊松比极差值A与B相差不大，说明灰砂比与料浆质量浓度均对全尾砂充填体的泊松比有影响。(3）对充填料浆流动性影响最大的因素是料浆质量浓度，因此矿山应根据自身实际充填需要选择合适的料浆质量浓度。4全尾砂料浆坍落度(1）该矿全尾砂粒径大，属于粗尾砂范畴，相对利用率高，与水泥胶结能力强，有利于提高充填体强度。(2）当灰砂比一定时，不同质量浓度的料浆坍落度变化较大。全尾砂料浆的坍落度随浓度的增大而减小。(3）全尾砂渗透系数良好，在充填过程中能较快排出尾砂中的重力水，基本满足井