高浓度水泥-尾砂充填料浆沉降性能试验研究.pdf

第5 8 卷第3 期 20 06 年8 月 有色金属 N o n f e r r o u sM e t a l s V 0 1 ．5 8 ．N O ．3 A u g u s t 2 006 高浓度水泥一尾砂充填料浆沉降性能试验研究 邓代强，姚中亮，杨耀亮 长沙矿山研究院，长沙4 1 0 0 1 2 摘要对不同配比的高浓度水泥全级配尾砂充填科浆进行自然沉降试验。分析相关因索对沉降特性的影响。结果表明，水 泥含量对充填料浆沉降性能的影响较大，在特定范围内，质量浓度对沉降速度的影响小于水泥含量的影响。干料中水泥含量从 0 ％增加到2 0 ％ 即灰砂配比0 ～1 4 ，对应试件的沉降速度逐步减小。充填料浆沉降速度越快，沉降水在总用水中所占的比率随 浓度和水泥含量的增加而减小，沉降水与料浆体积比也随浓度和水泥含量的增加而减小。对于具体采场来说，若采用合理有效的 脱排水设施将泌出的沉降水及时排出，则能够对科浆凝结硬化起到帮助作用。 关键词采矿工程；充填料浆；沉降试验；全级配尾砂；自然沉降 中图分类号T H 2 4 3 ；T P 3 9 1 ．9文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 l 2 0 0 6 0 3 0 0 1 1 0 0 3 目前，我国很多矿山已经进入深部开拓和开采， 开采过程中，深部岩体所受应力较高，变形也较大， 由于围岩的变形位移大，释放的变形能也非常巨大。 为此，要求采空区的充填材料要有较好的抗破坏力 学性能和吸收弹性变形能的能力[ 卜3 | 。充填体作 为一种人工复合混凝土类材料，其强度和变形与充 填料浆凝固前的沉降特性有着紧密的联系，试验中 对不同配比，不同浓度的充填料浆在实验室进行了 沉降试验，根据测得的试验数据，分析了充填料浆沉 降性能随配比、浓度的变化规律，为研究充填体力学 性能提供基础数据。 作为一种岩土材料，水泥一尾砂充填料浆是一种 多相体，充填料浆固体骨架间的流体会产生流动、渗 流，随后，充填料浆中的固体颗粒将逐渐下沉，充填 料的沉降性能与充填体强度和变形一样，是充填体 力学中研究的主要内容。把充填料浆按比例配制 好，然后将灌入试验容器的充填料浆高速搅拌均匀， 静置，则料浆上部会逐步出现明显的清水层，充填物 料自然沉降，通常以测量清水层高度变化的方法来 了解充填料浆的自然沉降特性H - 5 j 。 1骨料性质测定及试件制备 1 ．1 骨料的物理化学性质 尾砂密度、容重、孔隙率，全尾砂化学成分和粒 级分布见文献[ 6 ] 。 1 ．2 充填体试件的制备 根据自然沉降原理制作试件，分别为不含水泥、 收稿日期2 0 0 6 0 2 1 6 作者简介邓代强 1 9 7 4 一 。男，新疆石河子市人。助理工程师，硕 士，主要从事岩体力学和岩土工程等方而的研究。 灰砂比1 4 和1 8 三组试件，每组3 个试件。水泥 为某水泥厂生产的普通硅酸盐水泥，标号4 2 5 。试 验过程在室温下操作，不开空调，室湿为2 8 ℃。 2 试验结果及分析 2 ．1 沉降速度 在实验室内进行沉降参数测定试验，不同灰砂 配比A 、质量浓度C 。条体下试样沉降一定时间后 料浆容重y7 k N m q 、沉降后料浆质量浓度C 。’ ％ 、沉降水与料浆体积比值V 1 ／V 2 、沉降水与总 用水体积之比V 】／V 3 、沉降后料浆浓度增长率Ⅳ、 沉降后料浆容重增长率／1 测定结果如表1 所示。 试验中通过测量清水层的高度变化来了解充填 料浆的自然沉降特性。对纯尾砂浆和不同灰砂配比 的水泥尾砂浆的沉降速度进行了对比，结果如图1 所示。由图1 可知，加有水泥的料浆其沉降速度明 显低于纯尾砂浆，加水泥的料浆沉降速度与水泥加 人量成反比，无论是否加有水泥，料浆沉降速度随质 量浓度的增加而减小。 2 0 { 1 5 妞8 基 m 匿 臻 5 ●一无水泥，C w 6 5 ％ t r 一无水} 尼，C w 7 0 ％ 一x 一1 8 ，C W f 讲％ 一 一I 4 ．C w 6 5 ％ ◆一l 4 ．C w 7 0 ％ c } 一无水泥，C w 6 5 ％ 一x l 8 ．C W 6 5 ％ o l 8 ．C w T 0 ％ - I 8 ，C w 6 8 ％ Ol { ’．2 { }{ n4 { }5 l 沉降时间／m i n 图1 充填料浆自然沉降曲线 F i g ．1 F r e es e t t l i n gc u r v e so fh i g h - c o n c e n t r a t i o n b a c k f i l ls l u r r y 万方数据 第3 期邓代强等高浓度水泥一尾砂充填料浆沉降性能试验研究 I l l 表1充填料浆沉降试验结果 T a b l e1R e ．s u l t so fs e t t l i n ge x p e r i m e n to fb a c k f i l ls l u r r y x C 。／％ C 。7 ／％ y ／ k N m 一3 y 7 ／ k N m 一3 v l ／V s ／％V I ／V 2 1 ％ K ／％ p ／％ 6 57 7 ．5 81 7 ．3 42 0 ．4 l4 6 ，3 02 8 ．6 91 9 ．3 51 7 ，7 1 全尾砂6 87 9 ．0 51 7 ．9 82 0 ．8 04 3 ．7 42 5 ．6 9 1 6 ．2 51 5 ．6 8 7 08 0 ．0 61 8 ．4 3 2 1 ．1 04 1 ，9 62 3 ．6 81 4 ．3 71 4 ．4 9 6 57 3 ．1 01 7 ．3 21 9 ．2 13 1 ．6 01 9 ．5 91 2 ．4 6 1 0 ．9 l 1 86 87 4 ．6 81 7 ．9 6 1 9 ．6 42 8 ．0 21 6 ．5 09 ．8 29 ．3 5 7 07 5 ．8 21 8 ．4 l1 9 ．9 42 5 ．6 41 4 ．5 l8 ．3 l8 ．3 1 6 57 0 ．4 21 7 ．3 01 8 ．5 52 1 ．9 3 1 3 ．5 98 ．3 47 ．2 3 1 4 6 8 7 2 ．4 41 7 ．9 41 9 ．0 51 9 ．3 21 1 ．3 66 ．5 3 6 ．1 9 7 07 4 ．1 81 8 ，3 91 9 ．5 01 8 ．8 8 1 0 ．6 75 ．9 76 ．0 4 2 ．2 影响沉降的因素 根据在实验室测得的不同灰砂比、质量浓度C 。 条体下试样的沉降结果，得出不同灰砂比、质量浓度 条体下沉降参数的变化曲线，如图2 ～图7 所示。 f ￡ 之 号 、 柳 饰 葵岳 婪 袋 、 越 髭 禁 羹 艇 j 蔷 置 劐 l 一沉降前状态；2 一 纯尾砂 ； 3 一 1 8 ；4 一 1 4 为沉降后状态 图2 沉降前后料浆浓度对比 F i g ．2 C o n t r a s to fs l u r r yc o n c e n t r a t i o n p r e ．a n dp o s t s e t t l i n g 无水泥 I 0 81 0 4 图3 沉降前后料浆容重对比 F i g ．3C o m p a r i s o no fs l u r r yd e n s i t y p r e ．- a n dp o s t - s e t t l i n g 从图2 可以看出，配比相同时，各浓度的试件中 纯尾砂浆沉降后浓度最大，其次是1 8 和1 4 水泥 尾砂浆。沉降速度均随水泥加入量的增加而减小。 从图3 可以看出，沉降后料浆容重均随水泥含 量 配比 的增长而减小。对于同一浓度各种配比的 试件，沉降后容重均有不同程度的增加，浓度为 6 5 ％料浆容重增幅最大，其次是6 8 ％和7 0 ％料浆。 65而6 76 86 97 0 质量浓度，％ 图4 沉降水对总水量比率随浓度的变化 F i g ．4 V a r i a t i o no fs e t t l i n gw a t e rr a t i ot O t o t a lw a t e rw i t hs l u r r yd e n s i t y 冰 o 、 、 0 jI I j 2 0 灰砂配比 干料中水泥含量 ，％ 图5 沉降水对总水量比率随配比的变化 F i g ．5 V a r i a t i o no fs e t t l i n gw a t e rr a t i ot ot o t a l w a t e rw i t hp r o p o r t i o no fc e m e n t - t a i l i n g 质量浓度，％ 图6 沉降水对料浆量比率随浓度的变化 F i g ．6 V a r i a t i o no fs e t t l i n gw a t e rr a t i ot o s l u r r yw i t hs l u r r yd e n s i t y 龉 舯 Ⅲ 5 o 万方数据 1 1 2 有色金属第5 8 卷 誉 o ， } 5 2 I I 灰砂配比 干料中水泥含量 ，％ 图7 沉降水对料浆量比率随配比的变化 F i g ．7 V a r i a t i o no fs e t t l i n gw a t e rr a t i ot os l u r r y w i t hp r o p o r t i o no fc e m e n t t a i l i n g 图4 ～图7 显示出沉降一定时间后料浆沉降水 与总用水体积之比V ，／乩、沉降水与料浆体积比值 V 】／V 2 的变化方式。由图4 和图5 可知，当配比／ 浓度一定时，随着浓度俩比的增长比值V 1 ／V 3 基 参考文献 【1 ] 邓代强 [ 2 ] 徐志英 [ 3 ] 邓代强 [ 4 ] 杨小聪 [ 5 ] 彭继承 [ 6 ] 邓代强 本以线性方式减小。由图6 和图7 可知，当配比／浓 度一定时，比值V l ／V 2 随着浓度／配比的增长也基 本以线性方式减小。比值V 1 ／、，2 和V l ／V 3 的变 化过程中，水泥的影响较浓度影响更为显著。 3结语 水泥含量对充填料浆沉降性能的影响较大。干 料中水泥含量从0 ％增加到2 0 ％ 即灰砂配比0 ～ 1 4 ，对应试件的沉降速度逐步减小。在特定范围 内，质量浓度对沉降速度的影响小于水泥含量的影 响。沉降水在总用水中所占的比率随浓度和水泥含 量的增加而减小，沉降水与料浆体积比也随浓度和 水泥含量的增加而减小。对于具体采场来说，若采 用合理有效的脱排水设施将泌出的沉降水及时排 出，则能够对料浆凝结硬化起到帮助作用，从而充填 体的密实度得到提高，强度和变形模量得以改善。 姚中亮，唐绍辉，等．充填体单轴压缩韧性性能试验研究[ j ] ．矿业研究与开发，2 0 0 5 ，2 5 5 2 6 3 0 岩石力学[ M ] ．北京中国水力水电出版社，1 9 9 1 1 1 8 1 2 2 ． 安庆铜矿特大型采场充填体力学性能、损伤及稳定性研究[ D ] ．长沙长沙矿山研究院，2 0 0 5 3 1 3 5 贯鸿林。全尾砂高水速凝充填材料特性的研究[ J ] ．矿冶，1 9 9 5 ，4 4 5 一1 2 ． 充填理论及应用[ M ] ．长沙中南工业大学出版社，1 9 9 8 1 6 8 2 0 2 ． 姚中亮，杨耀亮．高浓度水泥．尾砂充填料浆渗透性能研究[ J ] ．有色金属，2 0 0 6 ，5 8 2 8 7 9 0 ． S e t t l i n gP r o p e r t yo fH i g h - c o n c e n t r a t i o nS l u r r yo fC e m e n t - t a i l i n gB a c k f i l l D E N GD a i q i a n g ，Y A OZ h o n g - l i a n g ，Y A N GY a o - l i a n g C h a n g s h aI n s t i t u t e0 1 ’M i n i n gR e s e a r c h ，C h a n g s h a4 1 0 0 1 2 ，C h i n a A b s t r a c t T h ef r e es e t t l i n ge x p e r i m e n t sf o rh i g h - c o n c e n t r a t i o nm a t e r i a ls l u r r yo fc e m e n t - ．f u l lt a i l i n gb a c k f i l la tad i f f e r - ． e n tr a t i oa n dd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o na r ec o n d u c t e da n dt h ee f f e c t so ft h er e l a t e df a c t o r so ns e t t l i n gp r o p e r t yo f t h es l u r r ya r ea n a l y z e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ee f f e c to ft h ec e m e n td o s a g eo ns l u r r ys e t t l i n gp r o p e r t yi sr e m a r k a b l e ，a n dt h ee f f e c to ft h es l u r r yd e n s i t yi sw e a k e rt h a nt h a tt h ec e m e n td o s a g e ．S e t t l i n gv e l o c i t yo fc o r r e s p o n d i n gs p e c i m e n sb e c o m e ss l o w e ra n ds l o w e rw h e nc e m e n tc o n t e n ti nd r ym i x e dm a t e r i a li n c r e a s e sf r o m0t o 2 0p e r c e n t r a t i oo fc e m e n ta n df u l lt a i l i n gf r o m0t o1 4 ．T h ea t i oo fs e t t l i n gw a t e ra n dt o t a lw a t e ri sd e c r e a s e dw h e nc o n c e n t r a t i o na n dc e m e n tc o n t e n ta r ei n c r e a s e d ，t h er a t i oo fs e t t l i n gw a t e ra n ds l u r r yv o l u m ei sa l s o d e c r e a s e dw h e nc o n c e n t r a t i o na n dc e m e n tc o n t e n ta r ei n c r e a s e d ．F o ri d i o g r a p h i cs t o p e ，i fd r a i n a g ee s t a b l i s h m e n t i sr e a s o n a b l ea n de f f e c t i v e ，t h e ns e t t l i n gw a t e rc a nd r a i ni nt i m e ，t h e r e f o r et h ec e r t a i ni n s t r u c t i v ee f f e c tt oc o a g u l a t i o na n di n d u r a t i o np r o p e r t yo fb a c k f i l ls l u r r yi sa c h i e v e d ． K e y w o r d s m i n i n ge n g i n e e r i n g ；s l u r r ym a t e r i a lo fb a c k f i l l ；s e t t l i n ge x p e r i m e n t ；t o t a lt a i l i n g s ；f r e es e t t l i n g 万方数据