加拿大地下硬岩矿山膏体充填料配比设计.pdf

’ ，7 ， 拉 论立 丝 拉 论 立 臼 f ． l 加拿大地下硬岩矿山膏体充填料配比设计 j 一 6 ， y D 兰德 沃 尔特 加 拿大 戈尔德 联合 有限公 司 嫒 ． ， j 1 卫 摘要 本文对加拿太地 下硬岩矿山膏体 充填料配比的不同类型进行说 晴， 论述 了加拿 大矿 山 应用的三种不同全尾砂膏体 充填料的拉毁组成度其相关物料特性。井介绍 了几种不 同的混合 膏体 充填料配比， 着重阐明了广域拉级组成在腱 蛄荆耗量 、 围岩支护及 自流翰送方面的优势 关键 词 l 前 言 “ 膏 体充填” 这 一术语并没 有被硬岩采矿 业完全理解。一方面是 由于 膏体充填技术对 于加拿大乃 至世 界采 矿业都 属新 技 术 ， 而且 它的概念 曾被几位 学者 错误 的定 义 ， 致使 许 多人认 为 所 有 的 膏体 充填 料 重量 浓度 都 在 8 5 ％咀上 ， 坍落度为 l 5 c m或更小 定 义一种材 料是否 是 膏体充 填料 ， 应 主 要依据它 的胶 质性及保水性 。膏体充至井下 工作 面后 不会 出现脱 水 ， 材 料的胶质粒 子可 使所有 的水分 子都保 留在膏体 中 ， 这 种胶 质 特性使 膏体通过钻孔或管道输送时不存在 临 界 流速 ， 同时允许 膏体 在管道 中滞 留一段 时 间， 这也是定义～种充填料为膏体可依据 的 另一特性 。 当混合充填料用于充填后 出现严重脱水 或存在I 临界 流速时 ， 就 不能称 之为膏 体 尽 管这样 定义 ， 但 各矿 山采 用 的膏 体充填料 配 比设计仍各不相同 给定矿 山条件 的配 比设 计通常 以现场可供选择材料 为选材依据 这 些材料 中尾砂粒度分布的差异使 膏体充填料 3 4 配比设计具 有较大 的灵 活性 ， 满 足 特定矿 山的作业 和支护需要 。 2 全尾砂膏体充填料 本文概述 了加拿大硬岩矿 山现有 的三种 不同类型 的垒尾砂和 以每一种为原料所作的 各种膏体充填 料配 比设计 。这三种全尾砂分 为粗 、 中、 细尾 砂。图 1 是其平均粒度 分 布与 典型分级尾砂浆体充填粒度 分布对 比图。 丑 彘 b ■ 訾 国 1 各种全尾砂膏体与典型尾磅浆体分布对比国 一 2 0 胛 物料含量是 个重要指 标 ， 这个 范 围的量 决定 着每 种 尾 砂 的胶 质 性 及 膏体 性 世界采矿快报第l 5 卷1 9 9 9 年第 l 0期尊第 4 5 7 期 维普资讯 质。膏体充填料配 比设计 中的首要要求就是 物料 中 一2 0 t a n含量不得小于 1 5 ％ ． 以形成需 要 的胶质特性 。而对于分 级尾 砂浆体 ， 考 虑 到要脱 出多 余 的输 送水 ． 故 一2 0I 一 料 的含 量 只 有 8 ％ 。 粗尾 砂 典 型 的有 铜／ 镍 矿 、 铜／ 铅 矿 尾 砂一2 0 m 含 量 为 2 0 ％ ． 足 以形 成 膏 体 性 质 而在中粒尾砂 典 型 的有金 矿 、 铅／ 锌 矿 尾砂 和细粒尾砂 金矿尾砂 中 ， 一2 0岬 料 的含量则 分别 达到 4 5 ％和 8 0 ％。 虽然 这些 全 尾 砂都 具 有足 够 的 膏体 特 性 。 可被划作膏体充填料 ． 但却产生截然不同 的充填特性。由于粒 级组 成不 同， 各 自的胶 质 特 性 和 保 水 性 太 不 相 同。如 表 l所 示 ， l 8 m 坍落度时粗尾砂重 量浓 度要较 中粒尾 砂高 ， 比细 粒尾砂更 高。通 过钻孔 或管道 自 流输送 膏体充 填料 的典 型设计 中 ， 膏体 的坍 落 度 为 1 8Ⅲ 。 表 1 垒尾砂膏体 1 8 e ra坍落度时重量浓度 尾砂类型 重量浓度 ％ 粗尾砂 中垃 尾砂 细尾砂 7 9 7 5 7 0 稠度相 同时各种全尾砂重 量浓度的不同 导致了它们 的胶 质性 和保水 能力各不 相 同 ， 一 2 0“ m料的含量越大 ， 颗粒表面有效保水 面积越 大 ， 因此 在 同样 稠 度 下 ， 重量 浓 度更 低 。 加入矿渣水 泥 时， 由于膏体充 填 料粒度 和重量浓 度不 同， 产生 的充填体 强度 明显 不 同。图 2给 出 了 1 8∞ 坍落 度时 ， 不 同尾砂 膏体在水泥 掺量 增加 时 2 8天 圆柱 实验 中单 轴抗压强度 的变化情况 ， 作为参考 ． 同时也给 出了典型的分级 尾 砂浆体 充填 7 0 ％重 量浓 度 的相似 圆柱实验 中单轴抗压强度 。 取得的强度结果表 明， 细粒级膏体产生 的强度与分级尾砂浆体强度相近或略小。强 世界采矿快报第 1 5 卷1 9 9 9 年第 l 口 期总第 四期 度相近是 由于水灰 比相 同 ， 强 度低 是 由于细 粒尾砂粒度 分级不 佳 ， 而且 比分 级尾 砂颗粒 表面积大 。 琅 祝接 艟 ％ 厨 2 1 8 a n坍落度 垒尾 砂 膏体与 ～般 尾砂 浆体 篮 天 单轴抗 压强 度对 比固 中粒尾砂膏体 产生 的强 度要比细粒尾砂 膏体高一倍 ， 这 主要是 由于 高重量 浓度 和低 水灰 比 ， 粗尾砂 膏体则 由于 重量浓度 更 大而 产生更 高的强 度。 这些结果 表明 ， 膏体 所台 细尾 砂具 有使 水泥费用 下降的优势 ， 使用 这种尾砂 的矿 山 必须考 虑掺入 分级 良好 的废石 、 炉渣 或 冲积 材料 ， 以降低膏体 充填料成本且 改善 质量 。 3 混合料膏体充填 适合掺人中 、 细 尾砂 中制成混 合膏体 的 废料或 冲积 材料 的典 型 粒度 分 布 如 图 3所 示 。粗尾砂 中不能 掺入上述类 似 物料 ， 否 则 会使 混合 料浆 一2 o I 一 料 含量低 于 1 5 ％ ， 从 而使其不具备 膏体性质 。可用旋流器将粗 尾 砂 中的细粒脱 出 ． 将 溢 流浓密后 掺人 粗粒 材 料 。 制成混合膏体料。 中粒全 尾砂 可 掺 入 比例 高 达 5 0 ％ 的 分级 良好 的粗 粒材料 而膏 体性 能不变 见 图 4 ， 细粒尾砂 中粗 粒物料 掺入量可达 7 5 ％。 掺入全尾砂可使膏 体充填料粒度分布 范 围加宽 ， 大大减小 了微粒 闯的孔隙率 ， 即空隙 体积， 膏体坍落度 1 8 c m时填充空隙的需水 量 因此太大减少 见 表 2 。 35 - 维普资讯 裹 2 掺 入租 料增加 时 1 8 c m坍 落度 细粒全尾砂膏体的重量浓度 圉 3 垒尾砂膏体充填料与混合料粒度分布对比圉 圈4 全尾转膏体与湛台膏体粒度分布对比圉 由于粒度分布范围扩大， 膏体材料性质 因此改善。水含量小 ， 则 l 8廿 n 坍落度时水 灰 比就小 ， 这是 任何 垒尾砂 膏体 充填料都 可 以达到的。图 5表示 1 8 L Ⅷ 坍落度 混合膏体 在水泥掺 量 增加 时 圆 柱试验 的单轴 抗 压 强 度 ， 并与细粒全尾 砂膏 体和典 型分级 尾砂 浆 体 充填料进行 了比较 。低水灰 比混合膏体 产 生的强度 是细 粒 全 尾 砂 膏体 的 3 5倍 ， 和 36 中、 粗全 尾砂 膏体相 比也 显示 产生 了较高 的 胶结强度 。混合膏体实现 了低 胶结剂 费用下 的高强度 。 混合膏体 的低孔 隙率也 改善了膏体的支 护性 能。膏体颗 粒之 间的空 隙减 小 ， 使得 膏 体 刚度增大 见 图 6 ， 使 其 经 过少 量压 缩后 就再也不可 能被 继续压 缩 。在 此 阶段 ， 膏体 开始承担一 部分 围岩荷 载 ， 而这 部分 荷载通 常被转移 到矿柱上 。 水泥掺 量 ％ 圉 5 1 8皿 坍落度混合尾砂膏体和一般尾砂浆体 2 8天 单轴 抗 压强 度对 比圉 圉 6 漉台膏体和垒尾砂膏体的刚度 数字模拟结 果表 明 ， 宽度 1 5 m 以下 的硬 岩采矿 中， 膏 体承担 ～部 分通常 沿充 填 果场 转移的荷载。用低孔 隙率的全尾 砂膏体充 填 时， 膏体 在达到最大压缩极限并开始承载前 ， 岩体可发生充分的变形 。 下转第 4 8页 世界采矿快报第 1 5 卷l 盼， 年第 1 0 期总第 4 5 7 期 一＼ ＼ 善 ／ ／ 丢 ／ ／ 兰 5 8 4 7 4 O 7 3 ii』t 1 维普资讯 搞好堵塞质量． 提高耀破率 根据爆破理论 和实 践得 知 ， 浅 孔爆破 堵 塞 的意义在 于 1 可以阻 止气流外 逸 ， 以增 加爆 破作用 时间 ， 延 长爆破物 膨胀 前高温 高 压过程 ， 充分 发挥 炸药爆 炸威 力 ； 2 堵塞能 使爆炸时化 学反 应完全 ， 产生 毒气少 ， 能充分 发挥炸药的潜在 能力 ， 可燃物充分 氧化 ； 3 在 上向眼爆 破时 ， 还可 以 防止起 炸药 卷跌落 出现眼外爆 炸事 故。所 以在浅 眼爆 破时 ， 一 定要坚持用炮泥堵塞并捅紧。 严格按耀破颤序起耀 爆破是 整 个凿 岩 爆 破作 业 最后 一 道 工 序 ， 它是涉及全局成败 的关键环节。因此， 一 定要认真 细 致、 小 心谨 慎 ． 万 万 不 可粗 心 大 意 。 起爆 时可用纸雷管 导火索逐个间隔式点 火 ， 也 可 以用 导爆 管一 毫秒 雷 管一 次 点 火。 用纸雷管 导火索起爆 时 ． 一是 要注意导火 索 切开 口， 只能切 开 1 ／ 3 1 ／ 2左 右 ， 不然 有 时 会点不着火 或只 燃烧切 口外 向导火 索 ． 而产 生死炮 ； 二是 要严 格按 顺序爆 破。用 毫秒 雷 管导爆管起爆时 ， 要 注意 导爆 管毫秒 雷管 ． 段数不能簸饲 ； 同时要 防止先起 爆 产生 的岩 渣不要击伤其他导爆 管 ， 以免影响爆破效果 。 松动爆破在 工农业 生产和民用建筑 中应 用较广 ， 只要 方法得 当 ， 意 义甚太 ， 但一 有失 误 ， 后患不堪设想。实践证明 ， 只要掌握 以下 要决 ， 问题不难解 决。一是 炮眼排列 合理 即 掏槽 眼位置一 般接底 板 ， 炮 眼负担 大致要 均 等 ； 二是 要控 制好炮 眼 的角度 与方 向； 三是 炮眼个数要增加 ； 四是 最小抵抗 线要减半 即 比标 准 爆 破 的 最 小 抵 抗 线 减 少 4 0 ％ ～ 5 0 ％ ； 五是 装药 宁少 不可多 但 必须 以能 炸 爆裂开岩石或钢筋混凝 土为原 则 ； 六是靠 近 保护物时雷管和 炸药卷 的 聚能穴 要装反 即 具有聚能穴一端 朝向眼 口 ； 七是炮 眼要堵塞 并 捅紧 ； 八是要 按照顺序爆破 3 2 2 7 23 } I 8 娄 t _ R 9 4 O 上接第 3 6页 圈 7 垒 尾砂 与混 同体精 送量 ． h 混合尾砂膏体充填 料在通过钻孔或管道 自流输送 时 ， 流动阻力 较小 。图 7给 出了细 全尾砂在 不同输送速度 下通过每管道的压力 损失 。掺人 的粗粒 材料愈 多 ， 尾 砂膏体 中 一 48 2 0 - 物料百 分含 量愈 低 ， 压 力 损 失也 随之 蒯 、 。 一2 o／ a n料 古量 增 大 ， 则 膏 体在 管道 中的流动阻力增 大。 3 结语 在 任何特定 的矿 山现场 条件 下 ， 膏体 充 填料配 比设计方案都不相同。混合膏体在 成 本及支护方 面具 有优 势 。选择 废石 、 浆体或 膏体充填 中的一种作为 最佳充填 方式 的依据 是现场特定 条件及经 济和作业参 数等 因 素 ， 而不应依据本文划定 的规则 。这种决策需要 开展现场 试 验 ， 涉 及 材料 选 择 、 废 石 管 理 方 法、 矿山输送 布置、 采矿 方法对 充填要 求以及 岩石支护要求等 因素 。希望本 文能对理解膏 体充填及 给定条件下选择合适 的充 填类型提 供有 益帮助 。 ● 王小卫韩斌 世界采矿快报第 1 5 卷1 9 9 9 年第 ’ 期甚第 4 5 6 期 ●I_ 维普资讯