废石尾砂混合料浆流变特性及充填采场流动性试验.doc

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1、doi:10.6043/j.issn.0438-0479.201603048废石尾砂混合料浆流变特性及充填采场流动性试验杨志强1,2，高谦1，王永前2，王虎1,2（1.北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083；2.金川集团股份有限公司，镍钴资源综合利用国家重点实验室，甘肃金昌737100）摘要：为了在金川充填采矿中实现废弃物资源化利用，开展了废石尾砂两种骨料的混合充填料浆流变特性以及在采场中的流动性研究。首先基于现场取样进行废石和尾砂两种骨料的粒径级配分析，获得了满足充填骨料级配的废石尾砂质量比是6:4和5:5。然

2、后针对这两种混合充填料，进行高浓度充填料浆坍落度试验。结果表明，两种混合充填料浆的坍落度大于20cm，满足金川矿山充填料浆泵送输件。质量浓度在78%~80%范围内均属于高流态料浆，但两种骨料质量比为6:4混合料浆的流动性略优于5:5。混合充填料浆环管试验，确定了废石尾砂质量比为6:4、管径为130mm和质量浓度为78%的充填料浆为合理管输参数。最后根据充填采场现场调查和强度分析，发现两种混合充填料浆在采场中流动的坡面角分别为0.38°~1.26°和0.55°~1.19°，但料浆在下料点存在不明显的“锥堆”现象。采场中胶结充

3、填体强度呈现“下高上低”现象，说明废石尾砂混合充填料浆仍存在轻度的沉淀离析。关键词：废石尾砂；混合充填料；粒径级配；流变特性；管输阻力损失；工业充填试验中图分类号：TD863文献标志码：A矿产资源开发伴随着大量废石、尾砂、废渣和废水等废弃物排放。废弃物在充填采矿中资源化利用，不仅可以保护环境，而且还能够降低充填采矿成本，由此获得显著的经济效益和社会效益。因此，充填采矿中废弃物应用技术已成为采矿工程的重要研究课题。针对不同矿山的废弃物类型和物化特性，已经开展了理论和应用技术研究。朱梦良等[1]开展了骨料粒径级配对混凝土强度和

4、流变特性影响研究，丁新榜等[2]进行石屑混凝土骨料级配应用研究。根据颗粒的填充作用和粒径级配理论，鲁华征和黑川大亮等[3-4]开展了粗骨料混凝土优化设计研究。王洪江等[5]评价了粗粒级骨料的膏体充填技术研究进展以及存在的问题，明确了粗骨料充填法采矿亟待解决的关键技术难题。离析是废石粗骨料充填料浆存在的主要问题之一，而充填料浆的流动性直接关系到长距离采场充填接顶率以及充填采场的安全生产。为了解决废石粗骨料充填料浆分层离析和充填接顶问题，针对金川矿山充填系统，开展了废石尾砂混合充填料浆的工业充填试验，为废弃物在金川矿山实现工业

5、化应用奠定基础。金川镍矿是一座大型硫化铜镍矿床，采用下向分层进路胶结充填法采矿，以-5mm棒磨砂作为充填料和水泥作为胶凝材料，充填材料成本高达147元/m3。为了降低充填采矿成本，金川矿山开展废弃物替代棒磨砂的充填采矿技术研究[6-12]，为此开展了降低充填胶凝材料成本的技术攻关[13-20]。刘同有等首次开展了镍闪速炉水淬渣作为充填骨料的胶结充填配比研究[6]。结果表明，在水泥耗量为200~240kg/m3的条件下加入一定量的粉煤灰，充填料浆不仅不分层离析，而且充填料浆的流动性较好，胶结充填体强度满足下向10分层充填法采

6、矿的强度要求。目前，金川矿山的废石粗骨料在充填采矿中的应用研究也取得了进展[8-12]。试验结果表明，废石尾砂质量比为6:4或5:5两种混合骨料，灰砂比为1:4~1:5的水泥胶结充填体强度达到金川矿山对胶结充填体强度要求。近年来，金川矿山将开发低成本新型充填胶凝材料作为攻关重点，已经取得了显著成效，被称之为“固结粉”的新型胶凝材料已经实现工业化生产[13-20]。结合金川新型充填胶凝材料的开发应用，废石尾砂混合充填骨料的工业化试验研究也取得了进展，该研究为金川矿山无废或少废和低成本安全高效开采奠定了基础。1废石粗骨料和尾砂

7、细骨料粒径级配分析1.1破碎废石粗骨料工业充填试验采用的废石粗骨料是由一选厂破碎成-16mm的碎石骨料，试验共破碎废石7073t。表1给出了随机取样获得废石粗骨料粒度级配分析结果。图1给出了废石粗骨料粒径级配分布曲线。由此发现，3次取样废石粗骨料粒径级配曲线存在差异，由此说明废石粗骨料的粒度分布具有很大程度的不确定性。表1金川废石粗骨料随机取样的粒径测试与分析结果Tab.1ParticlesizetestresultsofsampleofwasterockaggregateinJinchuanmine粒径/mm中值/mm试

8、样1试样2试样3平均样本频度分布/%负累积分布/%频度分布/%负累积分布/%频度分布/%负累积分布/%频度分布/%负累积分布/%-0.160.0804.254.2511.7511.750.50.55.505.50-0.315~0.160.23752.256.504.7516.500.51.02.508.