胶东地区黄金矿山细尾砂胶结充填应用研究

为探究胶东地区黄金矿山细尾砂充填可行性,分析了细尾砂粒级和矿物特征,使用新型胶凝材料制备了细尾砂充填料,通过开展流变和管路输送性能试验,研究了充填料流动性,分析了充填体强度及其形成机理。结果表明:(1)比表面积大和黏土矿物含量高是造成细尾砂充填料流动阻力大和强度低的内因;(2)细尾砂料浆更易出现层流,且层流—紊流临界流速随浓度的增加先缓慢增长再快速增长,结合流变建立的层流—紊流临界流速模型结果可指导控制管路输送流速;(3)随着钙矾石(AFt)和水化硅铝酸钙(C-AS-H)的生成,细尾砂料浆自由水转化成结合水,同时充填体结构在水化产物的填充和包裹作用下不断致密,二者促进了充填体强度的增长。该研究证明通过确定合适浓度和使用新型胶凝材料能够获得满足矿山需求的细尾砂充填体强度。

基于响应面法的废石-细尾砂充填性能优化试验

为获得满足矿山采矿强度要求的废石-细尾砂充填最佳配比,首先根据混合骨料的堆积密实度和料浆浓度初探试验,初步获得配比范围;在此基础上利用响应面法建立了以废石-细尾砂充填体的3、7、28 d抗压强度为响应值的回归模型,揭示了骨料配比、浓度和灰砂比三因素对充填体强度的影响规律,并通过回归模型优选出充填最佳配比,进行半工业试验验证。结果表明,当充填体养护至3、7 d时,浓度和灰砂比两因素的交互作用影响显著;当充填体养护至28 d时,骨料配比与浓度的交互作用影响显著。当骨料配比1∶3、浓度82%、灰砂比1∶4时,废石-细尾砂充填性能完全满足矿山的充填需求,为废石-细尾砂混合骨料膏体充填性能优化提供了理论基础。

细尾砂在矿山充填应用中关键工艺与材料的研究进展

尾砂是矿山选厂将矿石磨细提取有价元素后排放的固体废弃物,选矿回收率的提高导致选厂产生的尾砂粒度越来越细。利用细尾砂作为骨料与胶凝材料混合回填采空区,是矿山实现其大宗量消纳处置的重要途径。然而,细尾砂自身粒度细、渗透性差的特点导致矿山充填中存在浆体沉降浓缩困难、采场脱水效率低以及充填体强度发展缓慢的问题。近年来,超级絮凝理论、高效絮凝剂的研究与开发,以及深锥浓密机的推广应用,实现了细尾砂高效浓缩脱水;柱塞泵、减阻剂的使用从工艺和材料方面推动了细尾砂膏体物料长距离输送技术问题的解决;细尾砂胶凝材料的开发在提高充填体强度、降低充填成本方面的潜力巨大。本文从细尾砂物化性质分析出发,梳理了细尾砂在矿山充填中存在的问题,总结了国内外细尾砂充填关键技术与材料的研究进展,并对细尾砂充填的发展趋势进行了展望。

分级细尾砂胶结充填体早期水化放热及强度演化特性

对分级细尾砂胶结充填体的早期水化反应及力学演化特性进行研究,对不同灰砂比充填体料浆进行水化放热及电阻特性测试,并根据扫描电子显微镜对早期水化产物进行微观形貌特征分析,最后在单轴压缩力学试验结果的基础上,分析早期水化反应进程及产物对充填体强度演化的影响.研究表明,灰砂比越大,水化放热速率及放热量越大,生成水化产物越多,体积电阻率越大.同时水化反应速率直接决定了充填体自身强度形成的快慢,生成的Ca(OH)2减小了料浆体积电阻率,加快充填体自身强度的增长;随后生成的钙矾石(Aft)导致颗粒间孔隙更加致密,抑制了离子的溶解,减缓放出热量速率,从而阻碍了充填体强度的增长;当水化反应进行14 d基本结束后,充填材料凝结固化成为一个整体,强度基本稳定.充填体强度的变化呈现先迅速增加随后增加趋势逐渐减小直至稳定的趋势,为矿山采用分级细尾砂进行井下采空区充填、控制深部采场温度提供理论支撑及科学指导.

基于正交试验的细尾砂-分级尾砂充填体强度研究

为解决某矿山细尾砂充填体流动性差、强度低的问题,通过正交试验和胶结充填试验,探究尾砂料浆浓度、胶凝材料掺量、外加剂掺量和细尾砂掺加比例对充填体强度的影响,得出了各因素影响充填体强度的重要性顺序。通过多元回归分析确定推荐配比参数,并结合试验结果和SEM分析,对充填体微观结构进行进一步的探究。结果表明:各因素影响充填体强度的重要性顺序依次为胶凝材料掺量、料浆浓度、外加剂掺量和细尾砂掺加比例。通过控制变量,可得充填体强度的增长规律,即增大料浆浓度和胶凝材料掺量,均可提高充填体强度;在合适的掺量范围内,充填体强度随外加剂掺量的增加而提高;细尾砂掺量对充填体强度产生较复杂的影响。实际矿房充填推荐配比参数如下:料浆浓度为70%,胶凝材料掺量为20%,外加剂(减水剂)掺量为1‰,细尾砂掺量为30%。掺加外加剂可使充填体水化反应更充分,有助于提高其强度。研究表明,细尾砂充填体强度和流动性可以满足矿山实际矿房充填的要求。

高硫极细尾砂充填料强度配比试验研究

杜达铅锌矿采用上向水平分层充填采矿法,由于矿石性质和选矿工艺等原因,全尾砂属于极细尾砂,且含硫量高。这样会导致充填体早期强度低,后期强度出现崩解的情况。为了能让充填体强度满足采矿方法要求,现场提出了分级尾砂加戈壁集料作为充填骨料的方案,以解决因尾砂性质差所导致的充填体强度不能满足采矿方法的要求。通过大量的实验室试验证明该方案是可行的。

分级细尾砂胶结充填强度和料浆流变性能试验研究

以某黄金矿山分级细尾砂为研究对象,在对充填材料基本物理化学性质检测分析的基础上,开展了强度试验和料浆流变特性试验。结果表明:新型胶凝材料固化分级细尾砂效果好,充填体早期强度较传统胶凝材料高,有利于缩短采矿周期。添加新型胶凝材料的分级细尾砂料浆流变曲线符合Herschel-Bulkley(H-B)流变模型,随尾砂浆浓度增加,料浆屈服应力呈指数增长,而塑性黏度缓慢增加;料浆屈服应力随新型胶凝材料掺量增加不断增大,塑性黏度则先增大后降低。

细尾砂浆自然浓缩规律试验研究

用于矿山充填骨料的细尾砂,在制备过程中沉降速率慢、底流浓度低,严重影响尾砂制备工艺。本文设计了低浓度、中高浓度和高浓度等不同初始浓度的细尾砂浆,开展了12组自然沉降试验。通过分析细尾砂浆自然沉降底流浓度的结果,得出尾砂浆初始浓度在范围8%~55%内与其自然沉降底流浓度之间呈线性关系,其相关系数为0.16,最小底流浓度为66.4%;中低浓度尾砂浆自然沉降过程中,"清水区"浊度较高,沉降面不明显,且出现"三分层现象",表明在沉降过程中有存在明显粗细分层现象,其粗颗粒沉降速率较高,而细颗粒部分沉降速率极低;高浓度尾砂的沉降速率随着砂浆浓度增加而有降低的趋势。

矿山废石与胶结细尾砂混合充填方案

建立矿山掘进废石和胶结细尾砂混合充填模型,通过对不同配比的矸石与胶结细尾砂充填料的物理力学性质测试,提出了适合矿山充填作业的废石与细尾砂充填方案,效果良好。

八台矿细粒级尾砂絮凝沉降试验与应用研究

提高金属矿细粒级尾砂的综合利用率是当前矿山面临的主要问题之一。以八台矿细粒级尾矿利用为目标,开展了絮凝材料对细粒级尾砂沉降效果试验及井下充填应用可行性试验研究。结果表明,最佳絮凝剂选型为GL9003,絮凝剂最优掺量为40g/t,生产过程中最佳给料浓度为10%~12.5%。采用全尾砂进行充填和八台矿全尾砂与铁山矿筛尾混合充填,其强度都满足实际充填强度要求,为细粒级尾矿的利用提供了理论依据。

夏甸金矿细颗粒尾砂充填技术研究与应用

为解决夏甸金矿充填存在的细颗粒尾砂处理困难、充填浓度低、充填体强度低等技术难题,开展了充填材料物理化学性质研究、细颗粒尾砂沉降特性研究、细颗粒尾砂强度配比试验研究、细颗粒尾砂充填料浆流动性能研究等,提出了夏甸金矿充填系统技术改造方案,并完成了现场技术改造。现场应用结果表明:细颗粒尾砂(-74μm)在灰砂比1∶7~1∶8,充填能力≥60%时,充填体3 d强度≥1 MPa,满足夏甸金矿开采要求,不仅解决了细颗粒尾砂排放问题,减轻尾矿库库容压力,而且还提高了矿山尾砂利用率。

某铜矿细粒级全尾砂充填试验及应用研究

针对某铜矿原有采矿方法存在损失贫化大、生产效率低等问题,优选采用充填采矿法回采,首先对该铜矿尾砂进行全尾砂充填材料特性试验,得到了合适的絮凝剂类型及剂量等,然后进行多种充填配比试验,确定了不同采矿方法的充填工艺,工程实践结果表明,全尾砂料浆的流动性及充填体强度能够满足井下回采技术要求。

某铁矿细粒级全尾砂充填试验及应用研究

为探究某铁矿细粒级全尾砂胶结充填材料的充填强度,结合矿山实际现状,对细粒级全尾砂进行充填材料特性试验研究,得到了最佳絮凝剂种类BKYZ-24S,絮凝剂最佳掺量20 g/t及充填强度配比。结果表明:通过使用新型胶结材料D9^(#)G料代替硅酸盐水泥,灰砂比1:8的各龄期强度与1:4的抗压强度相当,能节省44.44%充填胶结材料用量,进而降低充填成本。对矿山采空区与采场进行充填的工程,全尾砂料浆的流动性及充填体强度能够满足井下充填技术要求。

分级细尾砂胶结充填体长期力学特征研究

针对分级细尾砂胶结充填体长期力学性质不明晰,强度不稳定等问题,通过开展单轴抗压试验、抗剪试验以及电镜扫描试验,从宏细观的角度围绕分级细尾砂胶结充填体长期力学特性及强度演化规律展开研究。结果表明:随着灰砂比增大,胶结充填体试件的单轴抗压强度及剪切强度增大;随着养护龄期的增加,胶结充填体强度降低。养护28 d的不同灰砂比(1∶4, 1∶6, 1∶8, 1∶10)的尾砂胶结体颗粒的平均当量直径依次为1.79μm、1.9μm、2.02μm、2.67μm;养护60 d的不同灰砂比(1∶4, 1∶6, 1∶8, 1∶10)的胶结体颗粒的平均当量直径依次为2.61μm、2.9μm、2.96μm、3.26μm,尾砂胶结体颗粒当量直径与灰砂比呈负相关关系,与养护开龄期呈正相关关系。该研究可为分级细尾砂的现场应用及充填参数的设计提供理论指导。

低灰砂比细粒尾砂堆存体抗液化强度试验研究

为了评估细粒尾砂堆存体受到爆破或矿震等动力荷载时的抗液化强度,探明堆存体无侧限抗压强度(UCS)、循环应力比(CSR)和有效围压对其抗液化强度的影响规律,对细粒尾砂堆存体试样开展动三轴试验。本文分析了不同强度堆存体动孔隙水压力、动变形、应力-应变关系和有效应力路径发展规律,构建了堆存体液化循环次数的预测模型。结果表明:低灰砂比堆存体动孔隙水压力比达到0.95的时间总早于轴向应变达到5%的时间。液化循环次数随UCS和有效围压增加呈线性增长,随CSR增长呈负幂函数下降。液化循环次数对UCS最为敏感,其次是有效围压。当循环应力比小于0.12时,液化循环次数大于249次,液化风险较低。可根据UCS与液化循环次数的关系,设计配比以保证井下堆存体不液化。

某矿细粒尾砂胶结充填技术研究

通过对陕西某金矿细粒尾砂进行试验研究,得到了尾砂粒径分布、充填料浆流动性能等基础参数,探究了骨料组成、灰砂比、料浆质量浓度、胶凝材料及养护期龄等因素对充填体单轴抗压强度的影响。试验结果表明:该矿尾砂属细粒尾砂,-74μm颗粒所占比例约为86.16%~88.69%;尾砂搭配碎石组成的充填骨料可使充填体强度提升2.24倍,可削弱因灰砂比降低而引起的充填体强度衰减效果;长矿院专研G料可使充填体强度成倍提高并具有早强性,强度增强效果随胶结剂添加量的增加而有所减弱。研究结果可为国内外类似细粒尾砂矿山胶结充填采矿法的应用提供理论参考与工艺借鉴。

基于高浓度细粒级尾砂超声波活化的稳态放砂技术试验研究

尾砂浓密是矿山充填工艺的重要环节,其主要借助砂仓来实现。然而在应用过程中,砂仓底部极易出现尾砂积料板结、挂壁的问题。为改善尾砂流动性,实现稳态放砂,提高矿山充填能力,开展了超声波作用下高浓度细尾砂料浆的流变特性、浓密均匀性及放砂稳定性的试验研究,研究结果有助于指导矿山应用。

铅锌矿细粒尾砂胶凝材料充填试验

为了提高充填体强度,保障回采作业安全,提高矿山回采率,减少水泥用量,某铅锌矿针对细粒尾砂开展了充填胶凝材料试验,对尾砂理化特性进行检测,对不同充填胶凝材料进行力学强度测试。结果表明,该充填胶凝剂在灰砂比为1∶6甚至1∶8的情况下制成的试块强度仍高于用水泥作为胶结材料在灰砂比为1∶4时制成的试块强度,说明其可在较低灰砂比的条件下提高细粒尾砂充填体强度。

细粒级尾砂高浓度充填工艺在黄金矿山的应用

针对矿山分级尾砂胶结充填料浆分层离析严重,泌水量大,充填过程中易出现堵管,充填体强度低等问题,某黄金矿山通过对现有两座分级尾砂立式砂仓进行充填工艺系统升级改造,安装浮选尾砂分选装置、絮凝剂添加装置、中心给料系统、胶凝材料计量添加系统,充分利用立式砂仓现有结构进行料浆浓密,并开发全自动化控制系统,将矿山浮选尾砂全部分选,实现细粒级尾砂充填至井下,粗粒径尾砂脱水利用,溢流水回选厂再利用,一定程度上减少了水资源浪费,缓解了矿区水资源紧张的局面,为打造循环经济型矿山创造了条件。

极细粒级尾砂絮凝沉降规律试验研究

在尾砂充填系统中,细粒级尾砂沉降速率慢、沉降后的底流浓度低,在砂仓中很难靠自然沉降获得理想的底流浓度,制约了尾砂充填的用料范围。为了实现全尾砂充填,减少砂仓中细粒级尾砂的溢流跑浑,本文采用聚丙烯酰胺(PAM)絮凝剂,针对极细颗粒细尾砂在立式砂仓中的沉降规律进行了实验研究,并建立了沉降相关参数的数学模型,得到了细粒级尾砂沉降规律。结果表明:在不添加絮凝剂条件下,浆液浓度与沉降速率基本呈线性规律,当添加絮凝剂之后,沉降速率与絮凝剂添加量的关系表现为非线性凸曲线,浆液浓度越高曲线越凸。对于特定的充填料浆浓度,在最佳絮凝剂添加量之前,沉降速率随着絮凝剂添加量增大而加快,当絮凝剂添加量超过该最佳添加量,絮凝沉降速率随絮凝剂添加量增大而减小。