井下矿碴混凝土路面研究与实践.pdf

， ，一 7 ／ 井下矿碴混凝土路面研究与实践 ， f ／ 『 ’ 』 一 t} ， } 西北矿冶研究院乔登攀 f／ ￡ 【 摘要】介 绍了 井 下 矿碴 棍 凝土 路 面研 究成 果 路面 骨 料为 就地爆 破矿 碴． 牯结 剂为普通 水泥、 石 膏， 配以 新 研 黼的 少 量外 加 帮 路 面 抗水 性能 好、 强 度高、 粘着 性 强、 铺设 辟车 堡， 推 广 广阔 词 ， 擞步 一 c ／ ． ／} ／ 1 1吐 ．I ／ r ＼ 1 | RES EARCH AND PRACTI CE 0N S LAG O0NCRE I E PAVEM【ENT UNDERGR0UND No r t h w e s t Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Mi n i n g＆ Me t a l l u r g y Qi a o D e n g p a n 【 A B s 1 A cr l I n t h i s p a p e r r e s e a r c h r e s u l t s o n u n d e r g r o u n d s l a g c o n c r e t e p a v e ． me n t we i n t r o d u c e d，t h a t i s ， s l ag a r e u s e d f o r t h e p a v e me n t a g g r e g a t e ，a n d p l a i n c e me r i t a n d g y p s u m a r e mi x e d wi t h 1 i t t l e a d d i t i v e t h a t i s n e wl y d e v e l o p e d． Th i s k i n d o f pa v e me n t h a s g o o d p r o p e r t y o f wa t e rr e s l s t a n o e ， h i g h i nt e ns i t y，hi g h s t i e ka b i l i t y ， l o w 0 0 s t so fpa v i n g．s ot he p ro s p e c t o ft h i s r e s u l ti s b r o a d． KEY WORDSS l a g P a v e me n t Gy p s u m Ad di t i v e 1 国内外铲运机运行路面发展概况 目 前 ，以铲运机为主体的无轨设备在井 下获得了广泛应用 。铲运机的运行效率在很 大程度上取决于路面状况，好的路面是铲运 机有效和安全生产的重要条件 。国内外矿山 无轨设备运行路面铺设材料大都以水泥、河 砂 碎 石 、钢材为主 ，有少数柏油路面。 其优点是路面强度高、平整 、粘着力大 ，是 比较理想的路面；其缺点是材料运输环节 多，路面铺设成本高且工艺复杂。这些路面 适应于服务年限长的井下主运输巷道 ，对于 采用分段进路式采矿方法 如分段崩落法 的矿山来说 ，铺设这种路面是难以承受的。 国家有色金属工业局重点科研课题 “ 深 部铜矿井下铲运机新型矿碴路面研究”取得 了成功，研制的井下路面骨料为就地矿碴 ， 粘结剂为普通水泥、石膏 ，配以新研制的少 量外加荆。路面抗水性能好、强度高、粘着 性强，铺设成本低 ，其 中高 强石膏抗水路 面 ，解决了石膏防水 、增强、缓凝等技术难 题 ，还解决了长期以来井下矿粉无法固结的 问题 ，该成果填补了国内外一项空白。 2 井下铲运机运行路面的要求 1 井下铲运机运行路面强度不但要满 足运行要求 ，同时要满足铲装 和粘着力要 求 。 2 井下铲运机运行路面服务年限不 等，长的需几年甚至十几年 ，短的则只有几 个月 ，因而路面应根据现场实际情况铺设。 3 路 面配制材料运输环节 多、难度 大、浪费严重 ，材料利用率不高 ，要求配制 工艺尽可能简单 ，节省材料和投资。 4 路面养护工作量尽可能少 ，养护期 尽可能短。 3 深部铜矿井下铲运机新型矿碴路 面试验研究 有色矿山l 9 9 9 3 维普资讯 深部 铜矿共 投入 了 l l台 电动铲运机 出 矿，由于采矿进路多处于较为松软且遇水易 泥化的凝灰 岩中，巷道底板承压强度较低 ， 部分区段铲运机的轮辙深度达 5 0 0 ra m 以上， 铲运机经常处于颠簸状态下运行 ，采场积水 和岩体裂隙渗水无法顺利排 出，酸性积水对 设备腐蚀 比较严重，非计划停工常常发生， 出矿效率仅 8 0 ～1 3 0 t ／ 台班 。目前铺设的 水泥河砂路面满足不了生产需要 ，甚至造成 一 些区段高品位矿石损失 ，严重制约了矿山 生产。 基于井下铲运机运行路面的要求 ，针对 深部铜矿的具体实际 ，提出以现场爆破矿碴 为骨料 ，配 以相应 的胶 凝 剂 ，就 地 配 制 铺 设 ，自然养护 ，提高铺设效率，降低铺设成 本 ，并进行 了试 验。 3 ． 1 深部铜矿矿岩特 性 矿区岩系为火山熔岩 、凝灰岩和沉积碎 屑岩 ，含矿岩层为 酸性火 山碎屑岩 等 ，矿 石 类型主要有浸染状含铜黄铁矿。矿岩体遇水 软化 ，粘结是使铲运机路面差的主要原因。 矿岩具有明显的各向异性，凝灰岩于燥 时 的抗 压 强 度 为 6 2～ 1 7 8 5 MP a，浸 水 后 饱和 抗压强度为3 2 5 ～1 5 3 ． 7 MP a，其 化学 成分 见表 1 。 表 1凝灰 岩化 学成分 ％ 墅 垒 堕 4 4 6 O． 22 11 ． 4 9 2． 6 3 1 ． 9 2 1 5 2 0． 2 4 0． 4 9 2 3 2 1 9 9 表 1 表明，深部铜矿的火山凝灰岩除了 氧化硅以外 ，还含有一定量的氧化铝、氧化 铁、氧化硫 ，合理利用这些组份可显著提高 凝灰岩的胶凝性。 3 ． 2 采场爆破块 度分布 采场矿碴根据骨料组份 ，有 自然级配的 凝灰岩矿碴和浸染矿矿碴，这二种矿碴中均 含有一定量的粉碴；有采场爆破后均匀分布 的块状含铜黄铁矿矿碴；有已浸水泥化的矿 泥 ；有飘落的粉矿。根据掘进、切井、拉槽 和回采爆破情况下的块度分布小于 2 0 0 m m 块度分别 为 7 0 ％、8 3 ％、7 9 ％、7 5 ％。以 路面厚度 2 0 0 mm考核 ，采场大部分爆破块 度可作为矿碴混凝土路面的骨料加以利用。 试验中将粒径小 于 5 m m 的矿碴称为粉矿 ， 其粒级组成见表 2 。 表 2 矿粉粒级组成 些壁 竺 三 三 三 三 ． 三 三 些 塾 箜 墅 3 ． 3 矿碴胶凝剂选择 根据本地材料来源、价格及其性能 ．初 步选择普通 4 2 5 水泥、石灰和石膏作为胶 凝剂 ，采用最优级配矿碴分别进行了矿碴混 凝土室内配制试验 ，灰碴 比为1 4 2 9。在 干式养护条件下，水泥试块的 3天 强 度 为 8 ． O MP a，2 8天强度达 1 9 ． 6 MP a；石灰矿 碴试块 7天强度 为O ． 4 MP a，2 8天 强 度 仅 2 ． 0 8 MP a；石膏矿碴 试块 3天强 度 为2 0 4 MP a，2 8天强 度为4 1 3 MP a。水 泥和 矿碴 凝结效果好 ，然而水泥成本高，为此进行了 胶凝剂混台试验 。水泥、石灰 1 1 和矿 碴试块在湿式养护条件下凝固效果好 ，但拆 模后试块收缩较大，自行破坏 ，无强度 ；水 泥、石膏 1 1 和矿碴在湿式养护下 3天 强度为3 ． 6 MP a，2 8天强度 为 3 ． 2 MP a石 灰、石膏 1 2 和矿碴试块 3天强度1 2 4 MP a ， 2 8天强度 1 7 3 MP a；水泥 、石 膏、 石灰 4 3 1 和矿碴 试块 3天强度 为2 ． 7 3 MP a，2 8天强 度 为6 ． 7 4 MPa 。 由此 可 见 ， 水泥作为井下路面胶凝剂 ，基本上可满足要 求 ，但价钱较高。石膏硬化时间短 、早期强 度高 ，但不抗水。石灰硬化时间长 ，早期强 度低 ，收缩较大易自身破坏。因此初步选定 水泥和石膏作为基本胶凝剂 。 3． 4 外加剂配 制 3 ． 4 ． 1 水泥外加荆 井下矿碴棍凝土路面研究与实践乔登攀 邮编 7 3 o 9 o 维普资讯 水泥基本满足井下路面配制要求，但其 养护期较长，因而需要提高水泥矿碴混凝土 路面的早期强度 ，并且要尽量减少水泥用 量 。水 泥早强剂对水 泥矿碴 混凝 土虽有一定 的效果 。但作 用均较小 ，3天强度一 直维持 在 5～6 MP a之 间 。在 大 量试 验 的基 础 上 ， 配制出了 A、B两 种外加剂 ，效 果很好 ，不 但起到 了早强作 用 ，而且对减少水泥用量 起 到 了明显作用 ，见表 3 。 表 3水泥 外加剂 参数 表 求 水泥 矿碴 A B 强 度／ MP a k k g k g g g 3天7天2 8玉 1 9 2 6 5 1 5 9 3 0 4 5 11 2 l 4 2 1 8 2 3 4 ． 2 石膏外加剂 石膏作为胶凝剂 ，比水泥 的成本低一 倍 ，但石膏有两个致命弱点，一是 不防水， 二是凝结速度快 ，在井下潮湿积水巷道中显 然不能发挥优势。要使石膏抗水 ，又要控制 凝结时间，且不降低其强度，只有通过外加 添加剂 。 1 石膏防水剂石膏硬化后多余水分 蒸发 ，存在大量空隙，遇水后水分又重新进 入石膏空隙中，破坏了石膏晶体阃相互作用 力，使石膏抗压强度降低。理论上讲 ，解决 石膏的防水问题就是减少石膏 内部的空隙 ， 增加石膏内部的密实度。在大量试验的基础 上，确定了一种复合外加剂 ，对石膏的防水 起 到了明显 的效果 ，见表 4 。 表 4 石膏 外加 剂参数 表 复合外加剂 由四种添加剂组成 ，对石膏 的影响非常显著 ，为确定最佳配 比，进行了 正交试验 ，在潮湿的防空洞中养护 ，其中选 出了几种配 比，使试块 的 3天强 度 可 达 到 4 ． 1 8 MP a 以上 ，且 试块后期强度更高，完 全可以在井下巷道中铺设路面并满足铲运机 运行 要求 ，达到防水的效果 。 2 石膏缓凝剂石膏凝结速度快 ，初 凝时间一般 4 ～1 O 分钟 ，终凝时间 6 --3 0分 钟 ，因此用石膏作为胶凝剂 ，必须控制石膏 的凝结速度 ，以保证井下能够正常施工。石 膏常用的缓凝剂有硼砂、亚硫酸盐 、酒精废 液及动物胶等。通过大量试验 ，配制出了一 种缓凝 剂 ，缓凝效 果好 ，可控 制凝 结 时间 ， 并且不影响石膏混凝 土的强度 ，见 图 1 。 3 5 矿粉混凝土路面研究 试 验中发现 矿粉 的含量对矿碴混凝土 的 强度影响较大，矿粉含量越多，矿碴混凝土 的强度越低。矿山许多采矿进路中存有很厚 的矿粉和矿泥 ，铺设水泥矿碴路面和石膏矿 碴路面均需对巷道进行清理 ，费工费时 ，能 1 ,3 0 8 0 量 6 0 厘 莹4 0 2 0 0 缓凝液加入量 图 1 缓凝剂 加入 量与 凝 结时 间 曲线 图 否将矿粉矿泥就地固结成满足铲运机运行的 混凝土路面则又是一个技术难点。在前面试 验中发现，水泥是可以将矿粉固结 ，但强度 很低，不超过 2 MP a ，而且水泥用量很大。 加入水 玻璃 和水泥外 加剂 A、B后 ，强度有 所增高 ，但 效果仍不 明显 。通过分析认 为配 制高强 度矿 粉混凝 土 ，关键 在 于解 决 粉尘 ， 一 方面用粘结性材料对矿粉本身进行粘结 ， 另一方面可以用水化后具有粗大晶体空间骨 架结构的特殊胶凝剂 ，将粉尘等粘结。通过 试验配制出了矿粉复合胶凝剂 ，在 “ 剂”粉 比 1 4的情 况下 ，3天强 度达 6 ． 7 2 MP a，7 天强度达 2 O MP a ，2 8天强 度达到2 2 1 MP a ， 有 色矿 山 l 9 9 9 3 维普资讯 完全解决 了矿粉 的固结问题 。 3 ． 6 新型矿碴混凝土路面工业试验 情况 水泥矿 碴 混 凝 土 路 面铺设 于该 矿 东 都 3 5 0采场 ，铺设 长度 1 6 0 m，消 耗 4 2 5 水泥 3 6 ． 7 2 t ， 铺设矿碴 1 0 3 。 外加剂 1 1 0 0 ． 9 k g． 花费人工 6 0工班。路面 自然养护，1 天即 可行人 ，3 天铲运机即可出矿作业。经回弹 检测 。7天强度达到6 ． 7 MP a 。至出矿结束 时路面服务长 达 1 7个 月 ，无 一处 破坏 。石 膏矿碴混凝土路面铺设于西部 1 6 0 9水平空 场法底部出矿进路中，4 0 m路面 1 2个工班 铺设完毕 ，消耗石膏1 2 ． 6 t ，复合外加剂和 缓凝剂 6 3 0 k g 。出矿量4 ． 9万 t ，路面服务 时间 7个月 ，基本完好 ，回弹检测 强 度 达 5 ． 4 MP a。矿粉 混凝 土 路面铺 设 于西 部 8 1 0 采场 ，回采 进 路 底 板 矿 泥 厚 度 约 4 0 0 r mn． 铺设工作比较简单 ，只需将复合胶凝剂均匀 洒在底板表面 ，人工搅合均匀既可，铺设长 度 5 0 m。共消耗复合胶凝剂 1 1 ． 3 t 。铺设完 成后 1小时人 员即可在路 面上行走 。3天开 始出矿 ，回弹检测路面强度达 到9 O MP a 。 上述三种路面均采用就地爆破矿碴、矿 泥，就地铺设 ，原地人工搅拌 ，铺设工艺简 单，效率高，受到矿山职工的欢迎。 3 ． 7 矿碴 混凝 土路面的成本 经统计 ，水泥矿碴混凝土路面 灰碴比 1 4 的铺设成本为1 2 5 0 9 元／ m 3。吨矿路 面成本0 2 4元 ，相 当于矿 J 上 J 原 水 泥河砂 路 面成本的 1 ／ 2 。石膏矿碴混凝土路面 灰碴 比 1 4 的铺设成本为8 0 ． 2 1元／ m3 。吨矿 路面成本0 ． 1 8元，相当于矿山原水泥河砂 路面成本的 1 ／ 3 。矿粉混凝土路 面 灰碴 比 1 4 的铺设 成 本 为2 0 8 6元 ／ n 9 ，吨 矿路 面成本0 ． 4 3元 ，相当于矿山原水混河砂路 面成本的 8 0 ％。目前矿 山已全 面推广应用 矿碴混凝土路面 ，其经济效益是非常显著 的。 4 矿碴混凝土路面 的特点 1 矿碴混凝土路面利用井下矿碴和矿 粉、矿泥作为路面的铺设骨料，就地取材， 省去了材料运输、转载等环节。利用外加剂 提高路面强度，不同于依靠增加钢材改进混 凝土结构来提高路面强度，铺设成本低。 2 路面抗水胜能好 ，矿碴混凝 有 良 好的抗水性能，可E 啸止采场污水对路面的 浸蚀和破坏 。 3 采用平面配制，就地人工搅拌的方 法铺设 。工艺简单易行。路面平整，轮胎粘 着力强，有刺于铲运机运行。 4 矿碴混凝土路面凝结时间短，硬化 速度快，可 很快投入使用，生产干扰少。 5 路 面形 式 多 样 化 。可根 据 不 同区 段、不同矿碴类型及服务时间要求铺设不同 结构的路面，满足井下特殊环境要求。 5结语 耨型铲运机矿碴路面在深部铜矿运行表 明，铲运机 的出矿效率 明显提 高，达到 了 3 6 0 t ／ 台一 班 ，比原来提高了 3 倍 ，不但满 足井下生产 的需要 。商且 明显 改善 了井下作 业环境，推动了采矿搜术的发展。 井下矿碴混凝土路面研究 与实践乔登攀 邮编 7 3 0 9 0 0 维普资讯