杨 超，郭利杰，侯国权，许文远
（北京矿冶研究总院，北京100160）
摘 要：南方某黄金矿山，由于多年开采目前井下形成大量采空区，从而破坏了岩体的原岩应力平衡，成为影响矿山安全生产最主要的危险源，采用尾砂充填采空区是消除潜在危险源的最有效手段。但矿山自身没有可以利用的充填骨料。为了选取适合本矿山充填所需的骨料，分别对黄狮涝尾矿库尾砂和水木冲尾矿库尾砂进行基本物化特性分析，同时开展沉降及渗透性、料浆流动性及充填体强度等性能测试分析；其测试结果表明，水木冲尾矿库尾砂各项性能均优于黄师涝尾矿库尾砂，最终结合矿山实际情况选取水木冲尾矿库尾砂为矿山充填所用尾砂；并根据充填配比试验结果及结合充填料浆流动性，确定矿山最佳充填料浆参数为：料浆浓度72%、灰砂比1:8至1:4。
关键词：矿山充填；充填尾砂；尾砂特性；料浆流动性
中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1004-4051( 2015)12-0168-04
南方某黄金矿山，由于多年开采形成了大小不同、数量近百个采空区，且随矿山生产，井下采空区数量逐渐增加，空区体积逐渐增大，截至目前，矿山已有超过130万m3的采空区。大量采空区的存在，破坏了岩体的原岩应力平衡，成为影响矿山安全生产及矿区人员财产安全最主要的危险源。采用尾矿充填能够有效地进行空区处理，不仅可以消除空区的安全隐患，还可以增加矿石回收率及降低贫化率。
由于矿山自身没有可以利用的充填骨料，经多次调研分析，最终确定采用周边已经闭库的尾矿库中的尾砂作为充填骨料，经过对比分析可作为充填骨料的尾砂来源有水木冲尾矿库尾砂和黄狮涝尾矿库尾砂，本文对两种尾砂分别通过基本物化特性、沉降及渗透性、料浆流变性及充填体强度等方面进行全面分析对比，从而选取合适的尾砂及确定
最佳的充填参数。
1 尾砂基本物化特性
1.1尾砂化学成分
两种尾砂化学成分测试结果见表1、表2。
从表1、表2中可以看出，两种尾砂中TFe、Si02、Ca0、Mg0、Al2 03含量较高，有利于充填体强度增加。两种尾砂中的S含量较一般尾砂含量高，其中黄狮涝尾砂和水木冲尾砂分别达到了12. 73%和9. 24%，存在潜在的酸性，可能会活化重金属污染地下水。因此，在充填时对空区排出的水进行集中沉淀收集，通过井下水仓排放至地表集中处置。另外，两种尾砂中有害物P2 05、As含量均较少，并且水木冲尾矿库尾砂中的含量较黄狮涝尾矿库尾砂更低。总体来看两种尾砂可作为井下充填材料。
1.2尾砂物理参数
按照土工试验规程进行了尾砂比重、容重、孔隙率的测定，其结果见表3。
1.3尾砂粒度分析
尾砂的粒级组成，见表4、表5。
根据尾砂的大小不同的颗粒组成，可用不均匀系数a表征该物料粒级组成的均匀程度，计算公式为：α=。式中d10、d60分别是累计含量为10%、60%颗粒能够通过的筛孔直径。
通过计算知水木冲尾砂不均匀系数为20.89，尾砂颗粒不均匀系数大于5，属于颗粒级配不均匀尾砂，尾砂整体偏粗；黄狮涝尾砂不均匀系数为16.63，属于颗粒级配不均匀尾砂，相对缺失粗颗粒的类型。
2尾砂沉降与渗透性
2.1尾砂沉降速度
全面了解和掌握全尾砂的沉降性能，获取全尾砂在不同浓度下的沉降速度，探寻全尾砂沉降规律，从而为全尾砂的输送、立式砂仓的储存与浓缩提供基础数据。
针对黄狮涝尾砂和水木冲尾砂设计试验浓度分别为15%、20%、25%、30%四种浓度自然沉降试验，通过过试验可以看出，尾砂在刚开始沉降时，基本以恒定的沉降速度沉降；当达到一定的沉降高度后，沉降速度逐步减小，最后达到一定高度后直至稳定。据尾砂在立式砂仓中的沉降规律，结合试验情况，尾砂自然沉降速度应该按照尾砂前期均匀沉降速度计算。其计算结果见表6。
在水木冲尾砂自然沉降试验中发现：其中粗颗粒尾砂沉降速度极快，在45秒内能够完成沉降需求，总体来看自然沉降能够满足立式砂仓沉降要求。
在完成尾砂自然沉降试验后，用虹吸方式吸走澄清液面上面的清水，测定其砂浆浓度。通过试验测定黄狮涝全尾砂不同浓度条件下终了浓度结果见表7，表8为水木冲尾砂自然沉降终了浓度。
从测试结果来看，水木冲尾砂沉降速度要大于黄狮涝尾砂，而且黄狮涝尾砂沉降速度过慢，难以满足立式砂仓沉降浓缩的需求，为提高沉降效率需要外加絮凝剂才能满足砂仓沉降需求，从而增加了充填成本。另外，从尾砂沉降后的终了浓度来看，水木冲尾砂要高于黄狮涝尾砂，进而有利于提高充填浓度。因此，从立式砂仓尾砂沉降浓缩及充填放砂浓度方面比较水木冲尾砂要优于黄狮涝尾砂。
2.2尾砂渗透系数
尾砂渗透性是指充填尾砂渗透脱水的难易程度，即透水性，通常用渗透系数( cm/h)表示。渗透系数大，表明充填料中的水就能够在预定的脱水范围内容易渗透出来。
通过试验测定水木冲尾砂渗透系数为3. Olcm/h，黄狮涝尾砂渗透系数为0. 7cm/h。从测试结果来看，水木冲尾砂渗透能力是黄狮涝尾砂的4.3倍。从渗透的方面来看，水木冲尾砂在井下更易于实现脱水，黄狮涝尾砂难以脱水。
3 料浆流动性
充填料浆采用管道自流输送至井下采场时，要求其具有良好的流动性，在试验室采用“坍落筒法”进行扩散度测定，来判断其在不提供外加动力下的流动性。图1、图2为两种尾砂流动状态图。表9、表10为两种尾砂扩散度试验结果。
从试验结果来看，黄狮涝尾砂充填料浆浓度在62%以下时流动性较好，64%时自流输送困难，浓度大于66%时不能实现自流输送。而水木冲尾砂充填料浆浓度在74%以下时流动性较好，76%时自流输送困难，浓度大于76%时不能实现自流输送。
4 充填体强度
根据充填料浆流动性结果，在两种尾砂充填料浆具有良好流动性的浓度范围内，设计强度配比试验，表11及表12为其试验结果。
通过强度试验发现，黄狮涝尾砂充填体从28天标准龄期强度来看，其充填料浆在可输送范围内（自流输送64%浓度以内）其强度除砂灰比为4时强度较高以外，其余强度均偏低，不适宜矿山工艺充填的需求；另外，水木冲尾砂强度数据来看，在充填体养护龄期28天，灰砂比大于1：10（包含），浓度在70%以上时，其强度均大于lMPa以上，根据矿山充填经验来看，此结果较为理想。
5结 论
本文分别对黄狮涝尾矿库尾砂和水木冲尾矿库尾砂进行了对比分析，最终得到以下结论。
1)从尾砂基本物化特性、沉降及渗透性对比分析两种尾砂，其中水木冲尾砂各项指标均优于黄狮涝尾砂。
2)从充填料浆流动性试验及强度试验结果来看，水木冲尾矿库尾砂能够实现高浓度充填（浓度大于70%），并且充填体强度整体优于黄狮涝尾矿库尾砂。
3)根据试验研究结论推荐矿山采用水木冲尾砂作为矿山充填尾砂，并且通过试验确定尾砂料浆自流输送时最佳的充填配比参数为：充填料浆浓度72%、充填料浆灰砂比1:8至1：4。
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