分級(jí)尾砂與全尾砂充填性能對(duì)比分析

1、分級(jí)尾砂與全尾砂充填性能對(duì)比分析一以強(qiáng)度為例1前言全尾砂是指尾砂粒級(jí)組成未經(jīng)人工干擾，分級(jí)尾砂就是經(jīng)過分級(jí)的全尾砂， 尾砂分級(jí)的指標(biāo)通常以37叩（400目以上）為界限，但各礦山也可以根據(jù)自己 的實(shí)際情況和生產(chǎn)條件具體確定。充填開采由早期的廢石充填發(fā)展到如今的高濃 度及膏體充填，其發(fā)展趨勢(shì)以提高濃度為主線1，而分級(jí)尾砂一般用于低濃度 充填，全尾砂可用于高濃度和膏體充填，自膏體充填技術(shù)誕生以來，由于其良好 的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益使其獲得不斷推廣和發(fā)展，在世界范圍內(nèi)引起極大興趣。膏 體充填是一種全新的礦山開采模式，其料漿不離析、不脫水、不沉淀；充填質(zhì)量 高，充填體強(qiáng)度增長(zhǎng)迅速，成本低，效率高，是充填技術(shù)發(fā)

2、展的主要方向3 4。 國(guó)外的研究成果顯示:當(dāng)料漿中顆粒粒徑V20pm的尾砂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%20%囪， 且當(dāng)屈服應(yīng)力大于（20025）Pa6時(shí)，可以視為膏體，分級(jí)尾砂一般以37叩 為界 限，+37pm用于充填，-37pm 一般排入尾礦庫(kù)，因此小于20 pm尾砂質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá) 不到膏體要求，也就形成不了膏體。2.充填體強(qiáng)度膠結(jié)充填料由骨料、膠凝材料和水三部分組攪和而成，在尾砂膠結(jié)充填工藝 中，影響充填體質(zhì)量的因素很多，從充填材料和工藝技術(shù)的角度來看，影響充填 體質(zhì)量因素主要有灰砂比、充填體質(zhì)量濃度、充填骨料粒級(jí)分布（全尾砂、分級(jí) 尾砂）、齡期等。國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)在料漿濃度、灰砂比和齡期對(duì)充填體強(qiáng)度影響

3、方面做過很多研究但關(guān)于尾砂級(jí)配對(duì)充填體強(qiáng)度影響方面的研究還很少，從尾砂 強(qiáng)度影響因素來看，充填體強(qiáng)度一般與灰砂比、質(zhì)量濃度、齡期呈正相關(guān)7罰， 但尾砂級(jí)配（全尾砂、分級(jí)尾砂）對(duì)強(qiáng)度影響因素是多方面的9-11。尾砂級(jí)配是影響膠結(jié)充填體強(qiáng)度的重要因素【，良好級(jí)配的尾砂充填料， 應(yīng)當(dāng)是孔隙率最小，密實(shí)性最大的集合體，并能保證良好的承載特性和必要的滲 透率，從而使充填料在脫水過程中，細(xì)粒顆成分損失最小。使用分級(jí)尾砂作為充 填骨料：一方面，無論是否添加水泥，分級(jí)尾砂滲透系數(shù)均大于同源全尾砂，充 填料滲透性能的優(yōu)劣，表征水從固體顆粒間的孔隙流過的能力，它決定著充填料 的脫水速度，因此分級(jí)尾砂理論上強(qiáng)度上升

4、速度快于全尾砂；另一方面，分級(jí)尾 砂一般呈單粒結(jié)構(gòu)，與全尾砂相比細(xì)粒少，顆粒間孔隙大，級(jí)配不良，懸浮于水 中的細(xì)粒與水泥極易隨水從粗粒架構(gòu)的通道中流失，造成離析分層現(xiàn)象，導(dǎo)致充 填體的整體性不好，弱化了分級(jí)尾砂的強(qiáng)度上升速度，使強(qiáng)度降低13?；疑氨?、質(zhì)量濃度、粒級(jí)分布及齡期對(duì)充填體強(qiáng)度影響程度并不是一致的， 對(duì)于同樣的齡期，文獻(xiàn)9、10配比實(shí)驗(yàn)多因素正交水平實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明 影響尾砂膠結(jié)充填體抗壓強(qiáng)度因素的主次順序?yàn)椋夯疑氨?、料漿質(zhì)量濃度、尾砂 粒級(jí)。充填材料粒級(jí)對(duì)強(qiáng)度的影響，目前有二種不同的觀點(diǎn)：一種觀點(diǎn)認(rèn)為，隨著 充填材料中細(xì)顆粒的增加，充填體強(qiáng)度增加；而另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為，充填材料中

5、細(xì)顆粒含量增加，物料比表面積增大，需要更多水泥漿體吸附在骨料顆粒表面使 其粘結(jié)，使充填體強(qiáng)度降低14。文獻(xiàn)9、10實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在料漿濃度、灰砂比、 養(yǎng)護(hù)時(shí)間相同的條件下分級(jí)尾砂強(qiáng)度略高于全尾砂，文獻(xiàn)11在70%濃度的前提 下通過實(shí)驗(yàn)得出了在相同條件下全尾砂強(qiáng)度高于分級(jí)尾砂，分級(jí)尾砂與全尾砂強(qiáng) 度測(cè)試結(jié)論不一致也從側(cè)面反映了粒級(jí)分布對(duì)強(qiáng)度的影響遠(yuǎn)不及灰砂比和濃度， 再考慮到分級(jí)尾砂充填料漿充到井下后，在脫水的工藝過程中，由于少部分細(xì)粒 水泥漿流失，采場(chǎng)充填體平均強(qiáng)度會(huì)降低27%35%戚16，因此分級(jí)尾砂強(qiáng)度上 升速度很有可能小于料漿不沉淀、不泌水、基本不需要脫水的全尾砂膏體充填， 但是得出了一致

6、的結(jié)論：生產(chǎn)實(shí)際先考慮通過提高濃度、降低灰砂比來提高充填 體的強(qiáng)度，以達(dá)到降低成本，滿足強(qiáng)度要求。無論是全尾砂還是分級(jí)尾砂其都是以提高濃度為主線，對(duì)于膏體（高濃度） 充填，在相同強(qiáng)度下提高濃度能明顯降低水泥消耗量，以錫礦山配比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為 例，濃度由66%提高到72%，3天試塊強(qiáng)度平均提高了 42%，若以3天強(qiáng)度0.9Mpa 考慮充填體強(qiáng)度，66%濃度1m3充填體提高到72%水泥消耗降低了 16%，濃度提高到77%水泥消耗降低了 29%。表1錫礦山充填體配比實(shí)驗(yàn)配比濃度（%）1:41:61:81:101:15660.9190.6280.4130.3010.21691.180.8180.4930.

7、4160.214721.3290.9360.5610.450.275752.3461.2590.80.6040.43表2充填體水泥消耗量質(zhì)量濃度充填體強(qiáng)度Mp水泥消耗量kg/m3水泥消耗降低 比例66%0.91920572%0.93617216%77%0.98814529%分級(jí)尾砂充填料漿米用兩相流輸送，管內(nèi)流速一般為2-3m/s，管道磨損嚴(yán)重，分級(jí)尾砂用于充填，既使在較高濃度下輸送，其充填濃度一般僅為 60%-65%18，繼續(xù)提高濃度由于細(xì)顆粒極少，沒有充分的細(xì)顆粒包裹在柱塞料漿外圍形成潤(rùn)滑層，其水力坡度會(huì)急劇上升，輸送困難，對(duì)于受充填倍線約束的 自流充填方式經(jīng)常為了實(shí)現(xiàn)自流需要降低輸送料漿

8、的質(zhì)量濃度也約束了充填濃 度的提高19，因此分級(jí)尾砂提高濃度來降低水泥消耗量的空間比全尾砂小。3小結(jié)綜上所述，充填材料并非越細(xì)，強(qiáng)度一定增加或減小，分級(jí)尾砂強(qiáng)度不一定 高于全尾砂，必須從級(jí)配上探討充填體強(qiáng)度的內(nèi)在規(guī)律。但是分級(jí)尾砂充填方式 濃度提高存在限制，即使在同濃度情況下與全尾砂實(shí)際強(qiáng)度區(qū)別不大，而全尾砂 提高質(zhì)量濃度實(shí)現(xiàn)膏體充填后，可以降低水泥消耗量，并提高充填體強(qiáng)度，同時(shí) 還有減少處理環(huán)節(jié)、簡(jiǎn)化工藝流程、尾砂利用率高、工程及維護(hù)費(fèi)用少、系統(tǒng)可 靠性高等一系列優(yōu)勢(shì)。參考文獻(xiàn)1吳愛祥.膏體充填與尾礦處置技術(shù)研究進(jìn)展J.礦業(yè)裝備.2012周愛民，古德生.基于工業(yè)生態(tài)學(xué)的礦山充填模式J.中南工

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