东乡铜矿全尾膏体充填材料与充填体强度关系研究.pdf

收稿日期 2009- 07- 16 作者简介 肖广哲 （1976-） ， 男， 讲师. 0引言 东乡铜矿是江铜集团的骨干矿山企业之一， 其 设计、 实际生产能力分别为 1200t/d 和 500t/d， 是一 个中型地下开采矿山[1]， 有东、 西二套胶结充填系 统， 富矿用下向分层胶结充填法， 贫矿矿房单元用 分段凿岩阶段矿房嗣后一次胶结充填法， 骨料采用 分级尾砂或全尾砂， 胶结剂为自产水泥， 充填浓度 55左右， 分级尾砂胶充体强度小于 1.0MPa， 全尾 砂胶结充填体强度小于 0.6MPa，胶充体强度和充 填能力低成为制约生产的重要因素.为此， 针对东乡 铜矿的这一现状，作者提出采用全尾膏体充填， 因 为膏体充填可以提高充填体的强度， 能够有效控制 地表下沉， 减少应力集中， 改善开采环境[2]， 使矿山 生产的安全性提高. 膏体充填技术是 1979 年在德国的格伦德铅锌 矿首先发展起来的[3]．由于料浆浓度很高， 在管道 排料口以牙膏状被挤出， 所以称之为 “膏体” . 将一 种或多种充填材料与水进行优化组合， 配制成具有 良好稳定性、流动性和可塑性的牙膏状胶结体， 在 重力或外加力 （泵压） 作用下以柱塞流的形态输送 到采空区完成充填作业的过程叫做膏体充填[4]．膏 体充填一般由全尾砂和少量胶结剂及水组成， 其中 胶结剂一般由一种或几种工业废渣及少量激发剂 配制. 膏体充填采矿，不仅具有一般充填采矿的优 点， 如维护围岩稳定， 减少地表沉陷， 提高自然资源 回收率和保护环境， 还有更广泛的优点， 如采用全 尾砂， 彻底解决了环境污染问题， 井下不脱水， 大大 降低了采矿充填成本，保证了矿山可持续发展， 而 且利用膏体充填一般胶结剂掺量很少就能达到很 高的强度，充填体接顶性能和充填体整体性能良 好[5]．所以， 膏体充填采矿在国内外 （特别是在德 国、 南非、 加拿大等国家） 发展很快[6]．为了进一步 文章编号 1007- 1229 （2010 ） 01- 0023- 03 东乡铜矿全尾膏体充填材料与充填体强度关系研究 肖广哲 a， 谭艳花b， 何锦龙a （江西理工大学， a.资源与环境工程学院； b.机电工程学院， 江西 赣州 341000 ） 摘要 针对东乡铜矿分级尾砂或全尾砂胶结充填体强度不够问题， 提出了采用全尾膏体充填， 并 对充填材料与充填体强度之间的关系进行实验研究， 实验结果对矿山充填工作有指导意义. 关键词 充填材料； 膏体充填； 充填体强度 中图分类号 TD853.34文献标识码 A StudyoftheRelationshipbetweenFullTailingPasteFillingMaterials andtheStrengthofFillingBodyinDongxiangCopperMine XIAO Guang-zhea， TAN Yan-huab， HE Jin-longa （a.FacultyofResource and Environmental Engineering； b.FacultyofMechanical and Electronic Engineering， Jiangxi UniversityofScience and Technology,Ganzhou 341000, China ） Abstract The article presents the adoption of full tailing paste filling and studies the relationship between filling materials and the strength of the backfill by trial according to the inadequate strength of classified or full tailing- cemented fillingbodyin DongxingCopper Mine. The results ofthe experiment playa guidingrole in mine filling. Key words fillingmaterial； paste filling； strength offillingbody 第 31 卷第 1 期Vol.31,No.1 2010 年 2 月Feb . 2010 江西理工大学学报 JOURNALOFJIANGXIUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY 降低膏体充填体成本， 其配合比设计、 新型胶结剂 的研制、 凝结硬化机理、 流变特性及强度发展等都 是要研究的重要内容[7]. 根据充填材料的物理力学性质， 合理选择充填 料， 合理确定充填材料配比， 是膏体充填技术首先 要解决的问题[8]．因此需要经过大量的试验研究. 作者在对东乡铜矿现有的充填体研究中发现， 东乡铜矿全尾砂及水泥含量多少对充填体强度有 很大影响， 但是其对膏体充填体的影响如何目前还 不知晓， 本文就是针对这一问题进行初步的试验研 究， 希望试验结果能为东乡铜矿计划进行的充填系 统的改造与优化工作提供依据. 1试验材料及方法 （1 ） 试验原材料．水 取自东乡铜矿采场．全 尾砂 取自东乡铜矿尾矿库.胶结剂 水泥， 取自东乡 铜矿水泥厂. （2 ） 试验指标、 试验因素及取值.为了减少试验 次数并充分获取试验点信息， 同时保证试验设计及 数据处理精度， 本试验采用 2 因素 4 水平正交组合 设计来安排试验点.试验指标 单轴抗压强度Rc.试 验因素及取值范围见表 1. 表 12 因素 4 水平正交试验的取值范围 / （3 ） 试验方法.试验方法是按不同的配比将各原 材料混合均匀并倒入试模中， 凝固后脱模并放入塑 料袋中密封， 放在恒温恒湿的养护室内养护， 到规 定时间测其单轴抗压强度. 每组干充填料以 10kg 计， 每组浇注 7.07mm 7.07mm7.07mm立方体试件 5 个，用于单轴压缩 试验 （3 个） ， 测试充填体 28d 单轴抗压强度 （R28） ； 每天浇注 4 组试样； 试块脱模后， 每个试块用一个 塑料袋分别密封包扎， 送养护室定期洒水养护. 2试验测试结果 养护 28d 试块利用 RMT150B 压力机进行单轴 抗压强度测试， 测试结果见表 2. 表 2养护 28d 测试结果汇总表/MPa 3实验数据分析 当浓度为定值时， 水泥和尾砂的含量与充填体 强度之间关系如图 1、 图 2 所示. 由图 1 可知， 当浓度为定值时， 水泥含量越高 充填体单轴抗压强度越高；当水泥用量为定值时， 料浆浓度越高充填体单轴抗压强度也越高. 图 1 中 试验因素1234 水泥用量 X17.510.513.516.5 充填浓度 X265.568.571.574.5 组号12345678 Rc0.5121.3393.1445.1450.7492.1123.2613.668 组号910111213141516 Rc1.0892.8872.0372.8481.5790.8842.3004.337 图 1浓度为定值时水泥用量与充填体强度的关系曲线图 图 2浓度为定值时尾砂用量与充填体强度的关系曲线图 8.28.48.68.899.29.4 尾砂用量 /kg 6 5 4 3 2 1 0 单轴抗压强度 /MPa 65.50 68.50 71.50 74.50 00.511.52 水泥用量 /kg 6 5 4 3 2 1 0 单轴抗压强度 /MPa 65.50 68.50 71.50 74.50 江西理工大学学报2010 年 2 月24 图 3水泥和尾砂为定值时浓度与充填体强度的关系曲线图 图 4水泥和尾砂为定值时用水量与充填体强度的关系曲线图 浓度为 65.5与 68.5时曲线相交是因为试验存 在误差的原因导致的. 由图 2 可知， 当浓度为定值时， 尾砂含量越高 充填体单轴抗压强度越低；当尾砂用量为定值时， 料浆浓度越高充填体单轴抗压强度也越高． 图 2 中浓度为 65.5与 68.5时曲线相交是因为试验 存在误差的原因导致的. 当水泥和尾砂用量为定值时， 浓度和用水量与 充填体强度之间关系如图 3、 图 4 所示. 由图 3 可知，当水泥和尾砂用量为定值时， 浓 度越高充填体单轴抗压强度越高；当浓度为定值 时， 水泥用量越高、 尾砂用量越少充填体单轴抗压 强度也越高．图 3 中尾砂 8.35kg， 水泥 1.65kg 时 曲线向下凸出是因为试验存在误差的原因所致. 由图 4 可知，当水泥和尾砂用量为定值时， 用 水量越高充填体单轴抗压强度越低； 当水用量为定 值时， 水泥用量越高、 尾砂用量越少充填体单轴抗 压强度也越高． 图 4 中尾砂 8.35kg，水泥 1.65kg 时曲线向下凸出是因为试验存在误差的原因所致. 4结论 （1 ） 当浓度为定值时， 水泥含量越高充填体单 轴抗压强度越高， 尾砂含量越高充填体单轴抗压强 度越低. （2 ） 当尾砂用量为定值时， 料浆浓度越高充填 体单轴抗压强度也越高. （3 ） 当水泥用量为定值时， 料浆浓度越高充填 体单轴抗压强度也越高. （4 ） 当水泥和尾砂用量为定值时， 料浆浓度越 高充填体单轴抗压强度越高； 用水量越高充填体单 轴抗压强度越低. 参考文献 [1]刘平红.多单元多步骤阶段矿房采矿法防硫化矿尘爆炸措施的探 讨[J].江西理工大学学报， 2009， 3034- 6. [2]强辉， 赵才智， 常庆粮. 南洺河铁矿膏体充填的 FLAC2D数值模 拟[J].山东煤炭科技， 2006， 3 45， 47. [3]赵才智， 周华强， 柏建彪， 等.膏体充填材料强度影响因素分析[J]. 辽宁工程技术大学学报， 2006， 256904- 906. [4]丁德强. 矿山地下采空区膏体充填理论与技术研究[D].长沙 中南 大学， 2006. [5] 王正辉.膏体充填料的工程检测与判别[J] . 有色矿山， 2000， 29511- 14. [6]孙恒虎， 刘文永， 黄玉诚， 等.高水固结充填采矿[M].北京 机械工 业出版社， 1998. [7]郑娟荣， 杨果林， 曹国娥.影响高性能混凝土工作性和强度的主要 因素的正交试验研究[J]．湘潭矿业学院学报， 1998， 13477- 80. [8]李云武. 膏体泵送充填技术在金川二矿区的试验研究及应用 [J]. 有色金属 （矿山部分 ） ， 2004， 5659- 11. 肖广哲， 等东乡铜矿全尾膏体充填材料与充填体强度关系研究第 31 卷第 1 期25