浅析全水速凝胶结充填的影响因素.pdf

。 ，＼ ’ ／ - 弓 够 7 浅析全水速凝胶结充填的影响因素 西北矿 冶研究院王洪江 一 【 摘要】 在大量室内 试验的基础上 作者 认为垒 水速凝腔 结完 填的影响西素可 舟为三大 娄， 并 对其进行了浅显的分析，为现场应用提供了依据， 关 键词 垒 监 壅盟 改性添 加剂 全水速凝胶结充填 以其凝固速度快 ，充 填不需脱水的优点受到国内外的普遍关注， 已成为管道自流输送胶结充填的主要发展方 面，将为采矿工艺带来重大变革。 目前，全水速凝材料主要用于煤矿，用 量少、成本高。此类材料用于金属矿山井下 充填时，还需添加大量的惰l生 材料，从而使 其影响因素复杂化。通过大量室内试验不断 探索，可初步确定影响因素分为三大类速 凝材料组分的改变，惰性材料的影响，环境 因素的变化。 1 速凝材料组分的改变 全水述凝材料分为甲、乙两组物料。甲 组物料的主要成分是高铝水泥，呈粉末状， p H 值9 ～l 0 ， 属于弱碱性； 乙组物料由石膏 石灰和膨润土组 成，p t t l l 1 2 ，属 碱性。 全水速凝材料与数倍水泥混台后，能在 较短的时间内形成含高结晶水和吸附水的人 工石。但当该材料用量降到一定程度时，料 浆不能完全固化，此时，需增加速凝材料用 量，以改善其凝回效果。除此之外，另一种 更经济有效的办法是掺入一种改性添加剂改 变其组分，提高周水能力，达到促进临界状 态的料浆完全固化的目的。 为此，我们在室内进行改性添加剂对充 填体强度影响的试验，试验中采用了小铁山 矿现用的分级尾砂，改性添加剂是西北矿冶 研究院研制的产品，其添加量为速凝材料的 1 ． 1 ，试 验结果见表1 。 丧1 改性添加剂对充填体强度的影响 演析全水逮凝嵌绪充填曲影响固素王嗽江 邮编 3 0 p 0 0 一 矿 ～ 采 ～ 质 ～ 地 维普资讯 2 惰陛材料对充填效果的影响 全水速凝材料用于金属矿山 井 下 充 填 时，需加入大量的惰性材料作充填骨料，以 降低材料，节约充填成本。应用较多的惰性 材料是选矿尾砂，尾砂是充填料浆不可缺少 的组分， 尾砂不同，充 填效果亦不同。 2 ． 1 昆砂物理性能对充填效果的影响 在尾砂物理性能 中，尾砂粒径对充填效 果的影哺最明显，在室内我们对全尾砂和分 级尾砂作了强度对比试验，采用的尾砂是凤 凰山铜矿的分级尾砂和全尾砂，其粒径组成 如表 2所示，全尾砂平均粒径 0 ． 0 6 9 ram， 其不均匀系 数6 ． 7 4 ，分 级 尾砂 平 均 粒 径 0 ． 0 9 6 ram，不均匀系数2 ． 4 5 9 。 裹2 凤凰 山铜矿尾砂粒径组成 裹3 尾砂粒径对克填体强度的影响 由袭 3 可看出，在相同配比条件下，分 级尾砂全水速凝充填强度比全尾砂的略高， 且随着砂浆浓度的提高这种差别 越 来 越 明 显 。这种差别是 由粒径不 同引起的，全尾砂 由于粒径较细，与速凝材料混合后，颗粒问 表面张力大，吸附表面 自由水能力大，固水 能力强}因其悬浮性好，沉降速度慢，凝固 后充填体结构疏松，其强度较低j稠度大， 流动性差 只宜低浓度输送}加之成本低， 适合于井下空 区大面积充填。 全尾砂全水速凝低浓度充填应用潜力较 大，它可以解决井下充填料不足，免去选矿 厂脱混工序以及细混筑坝困难等 一 系 列 问 题，是金属矿山井下空区大面积充填时，在 技术上可行 、经济上合理的一新工艺。 2 ． 2 尾砂化学性能对充填效果的影响 将袁1 和表3 对 比可 以得出小铁山矿分 级尾砂全水速凝充填料浆的用灰量临界点较 低，仅达1 1 ． 1 ’而凤凰山铜矿可达6 ． 6 7 ％ 灰浆比1 1 4 ， 速凝材料下降了4 ． 4 4 ， 有色矿山 1 9 9 维普资讯 逸是什么原因呢为此，我们将这两种尾砂 的化学成分作了分析，其结果见表 4。 由表 4可知，小铁 山矿分级尾砂中S i O 含量 占6 2 ． 8 5 ， 而凤凰山铜矿仅 占2 5 ． 1 6 ％， 丽在尾砂中S i O 含量越高，充填料胶结性越 差，颗粒沉降速度快，容易产生离析。 其次，充 填 骨 料C a O，Mg O 、AI 0 a 、 F e ，s等是胶结成份，其含量越高，对充填 后的胶结凝聚越有利。小铁 山矿分级尾砂中 的这类成分 仅占1 9 ． 3 8 ，而凤凰 山锕 矿 高 达4 O ． 3 9 ， 尤其是C a O 的含量就有船． 4 。 因此，凤凰山铜矿分级尾砂速凝胶结用灰量 临界点较低，只要用灰量高于临界点，充填 料浆就能完全固化。 另外，在凤凰山铜矿分级尾 砂 中 含 有 K 0 、N a 。 0 这两种活泼碱金属氧化物，这在 某种程度上讲，相当于掺入少量的改性添加 剂，所以在这种尾砂组成的料浆内再掺入改 性添加剂意义不大。 表4 两种分级尾砂化学成分对 比 ％ 3 环境因素的影响 在环境因素中，对全水速凝材料有显著 影响的是温度，北方矿山气温较低，在冬天 应甩时充填效果较差。因此，我们在室内对 温度的影响进行了探索。 3 ． 农温对水掘比的影响 为了最大限度地模拟环境温度，试验中 采甩控制水温的方式来探索温度的影响。在 不同水温条件下测定了全水速凝材料与水混 台后能够完全固化的最大水灰比，其结果见 表 5。 裹5 水温剥水灰比影响试验结果 由表-5 可知，水温越低 其 固水能力越 小，相应地速凝材料用量越大，滔道回归分 析归纳出水温与能够完全固化的最大水灰比 关系式 R 0． 1 1 s T1 ． 1 1 2 4 式中R 值为永温T 条件下速凝材料完全 固 化 的最大水灰比 见图1 。 圈l 温度对水灰 比的 影响 曲线 3 ． 2 水温对灰浆比的影响 当全水速凝材料与砂浆混合后，亦受水 温的影响，试验采用 了小铁山矿分级尾砂作 砂浆骨料，测定了不同水温条件下能够完全 固化的最小灰浆比，见表 6 。 裘6砂浆浓度6 O 时水温对灰浆比的影响 浅析生水速凝醺结充填的影口 园素一王洪江 邮编7 3 0 9 0 0 由衷 6 可知，水温越低，灰浆比越大， 一⋯__l一一 ～ ⋯～⋯_____一 一 3一一 41 0 星 * 维普资讯 目 单位料浆所需的逮凝材料越高，通过回归 分析，可知水温对灰浆比的关系近似直线， 在水温T条件下，完垒固化的最小灰浆比， 如图 2所示。 围2 温度对灰浆比的影响 曲线 若充填料浆能够确保完全固化，水温对 充填体强度影响程度如何我们测定了不弼 水温的充城体强度，试验采用的尾砂仍是小 铁 山矿分级尾砂，其试验结果见表 7。 由表 7得射，相同配比参数的充填料浆 在不同水温下能够完全固化的充填体强度相 差不大。 4 结语 1 全水速凝材料特性之一是存在一 袅T水温对充填体强度影响的试验结粜 临界点，当速凝材料用量低于这一临界点， 就会影响充填效果，通过掺入改性添加剂来 降低这一临界点是一条经济台理的途径， 2 尾砂的物理化学性能影响较大， 它的物理性能决定了强度的高低，化学性能 决定了用荻量临界点的高低以及掺入活性添 加裥作用的大小} 3 温度是一项不可忽视 的 环 境 因 素，现场应用时，可根据水温的高低， 将配 比参数作适当调整，或掺入改性添加荆来提 高速凝材料的活性，以便使充填材料充分发 生水化反应。 恭祝读者 新春愉快 ， 万事如意 一 4 有色矿山￡ 9 9 7 ． ‘ 、 ， ● ●●●．“一 ， U 0 维普资讯