铁矿下开采扩建工程中充填材料的试验研究

铁矿下开采扩建工程中充填材料的试验研究

受土壤代表地质边界的限制，大多数矿体在-330m以下的矿床采用填充法开采。实践表明,充填采矿法能最大限度地回采各种复杂工程地质条件下的难采矿体,可以有效抑制围岩移动,保护地表环境,处理大量固体废弃物1砂浆机材料的组成1.1新型胶凝材料研究采用选厂尾砂用于井下充填,可以减少尾矿的入库量,延长尾矿库的使用年限,实现固体废物资源化利用选用标号PC42.5普通硅酸盐水泥作为胶凝材料,同时开展新型胶凝材料的探索实验,服务后期生产。1.2fe元素含量化学元素分析采用半定量分析与监测,结果见表1。从检测结果来看,尾砂中Fe元素含量相对较高,约8%,依次为Mg、Al、Ca、Mn等元素,这些元素有利于胶结充填过程中水泥水化产物的产生,有助于提高胶结体强度;尾砂中有毒有害元素,如Pb、As等元素含量较低,满足矿山充填要求。23尾砂物理参数的测定尾砂物理参数测定主要有比重、松散容重、自然安息角、以及由比重和松散容重得出的孔隙率。某铁矿充填尾砂基本物理参数测定结果见表2。3尾砂粒径分析对充填尾砂采用激光粒度分析仪测定,通过测试结果,绘制尾砂粒级分布曲线。从图1粒径分布情况大致可以看出,200目以下(≤0.074mm)尾砂颗粒占比48.1%,400目以下(≤0.038mm)尾砂颗粒占比27.6%,类比同类矿山粒度情况,尾砂粒径偏粗。2不同配比砂灰比下各保水剂对水泥含量影响开展了尾砂7、28和60d养护龄期配比试验,测试了砂灰比25、8、6、4与料浆浓度在66%、68%、70%、72%和75%条件下,各组配比试块单轴抗压强度1)水泥是影响充填试块强度的主要因素,砂灰比为4时,28d养护龄期强度范围介于2.2～4.4MPa(对应浓度范围66%～75%),随浓度增加强度增加;砂灰比为6时,强度范围介于1.2～2.5MPa,随浓度增加强度增加;砂灰比为8时,强度范围介于0.6～1.7MPa,随浓度增加强度增加;砂灰比为25时,水泥含量试验组最低,此时强度范围介于0.2～0.4MPa,强度随浓度增加而增加。2)与28d养护龄期单轴抗压强度比较,7～28d龄期,强度增长较快,强度增长约1倍。28～60d养护龄期,强度普遍增长,水泥含量较多时,强度增长约0.3～0.5MPa,增长率15%～20%。水泥含量较低情况下,强度增长不明显。料浆浓度对充填强度有一定影响,实验室测试结果表明,随着料浆浓度增加,不论是7d强度、28d强度还是60d强度,数值都有所增加,主要原因在于,较高浓度下,料浆均质,分层和离析程度有所缓解,形成的充填体质量相对较好。试验开展过程中,75%料浆流动性较差,状态近似膏体,在无外加剂情况下极难自流,不推荐使用。据60d单轴抗压强度图分析(图4),砂灰比为4时,试验组强度最高为3.9MPa(72%),随砂灰比增加(水泥量减小)而递减,以70%浓度组为例,强度随砂灰比4～25变化,强度由3.3MPa至0.3MPa递减。3填充料和砂浆输送试验3.1平均扩散直径测定按照设计的物料配比,配置充填料浆,经搅拌均匀,料浆装满扩散桶,小心快速起拔扩散筒,料浆随之摊开,在刻度板上摊开一定面积,通过读取刻度板上标尺纵横两个方向的刻度,计算求得平均扩散直径。试验结果表明,全尾砂料浆在66%、68%时,扩散浆体表面水迹清晰,70%以后逐渐变稠,72%时料浆不能较好的摊开,扩散直径较小(图5)。3.2坍落度测试方法坍落度测试试验采用自然风干全尾砂,按设计参数配制为高浓度尾砂浆液。本试验设计对料浆流动性较好的66%、68%组开展坍落度测试试验。结果表明,尾砂浆坍落剩余高度较小,最大仅至2cm,这表明68%、66%全尾砂浆具有较好的流动性和保水性,坍落度28～29cm。3.3全尾砂料浆充填料浆流变学特性1)为实现充填料浆的顺利输送,需要对影响输送阻力的因素进行综合分析研究。开展了全尾砂充填料浆流变参数测试,分析了各组配合比下充填料浆的初始剪切屈服应力与黏度系数。图6、图7结果表明:料浆浓度是影响料浆剪切屈服应力的关键因素,对全尾砂料浆,随料浆浓度增加,初始剪切屈服应力呈增大趋势。料浆浓度对料浆黏度系数具有明显影响,随着料浆浓度的增加,黏度系数有增加趋势,在料浆浓度为68%、70%时,流动过程中料浆流动阻力变化幅度不大;料浆浓度70%～72%的变化过程中,黏度系数增幅较大。此外,随着水泥含量增加,料浆黏度系数减小。适当增加水泥含量,有利于减小料浆的流动阻力,有助于改善充填料浆的流动性。2)某铁矿每套系统的充填料浆制备能力为100～120m针对具体的料浆浓度和物料配合进行了临界流速、沿程阻力等计算。根据测试结果和分析结论,针对某铁矿输送能力100～120m4单轴抗压强度试验针对某铁矿煤渣和水淬渣两种物料,初步研究这两种材料作为水泥替代品或部分替代品的可行性,并推荐配比参数开展了替代胶凝材料的活性探索试验,以某铁矿矿山现用水泥为对照,进行了胶凝材料添加量替换的配比设计,并开展了相应的配合比强度测试,并开展了7、14和28d养护龄期的单轴抗压强度测试。替代胶凝材料的活性探索试验结果表明,某铁矿取样的水淬渣经初步分析具备胶凝活性,结合矿山生产需要,建议开展必要的研究工作,开发并充分利用水淬渣的活性特征,以替代或部分替代矿