曹安華,李永輝,盛 佳

(1.河南金源黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司, 河南嵩縣 471401;2.長(zhǎng)沙礦山研究院, 湖南長(zhǎng)沙 410012)

祁雨溝金礦全尾砂膠結(jié)充填材料配比試驗(yàn)研究

曹安華1,李永輝2,盛 佳2

(1.河南金源黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司, 河南嵩縣 471401;2.長(zhǎng)沙礦山研究院, 湖南長(zhǎng)沙 410012)

以全尾砂為充填骨料,添加水泥、粉煤灰進(jìn)行配比試驗(yàn)。試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)方法設(shè)計(jì),并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和線性回歸處理,得出了充填體強(qiáng)度與各個(gè)影響因素之間的線性回歸方程。

全尾砂充填料;配比;正交試驗(yàn);線性回歸

河南金源黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司是中國(guó)黃金集團(tuán)控股的大型黃金礦山,經(jīng)過(guò)幾十年的開(kāi)采,地下采空區(qū)規(guī)模越來(lái)越大,目前形成的采空區(qū)只是部分簡(jiǎn)單做了封閉處理。至2008年,通過(guò)歷次改擴(kuò)建,礦山生產(chǎn)能力由380t/d達(dá)到3000t/d,隨著生產(chǎn)能力增加,空區(qū)增長(zhǎng)速度加快,礦柱失穩(wěn)破壞而出現(xiàn)沖擊地壓的的可能性逐漸增加,并且公司3000t/d改擴(kuò)建所依賴的礦山保有礦量(760萬(wàn)t)的60%將受采空區(qū)的影響而很難利用。另外,由于原有尾礦庫(kù)已經(jīng)閉庫(kù),現(xiàn)有尾礦庫(kù)服務(wù)年限只能服務(wù)11a,受環(huán)境等各方面條件限制,新建尾礦庫(kù)難度很大,制約礦山的長(zhǎng)期發(fā)展。為解決這一系列難題,金源公司開(kāi)展了空區(qū)處理及礦柱回采技術(shù)研究,通過(guò)方案論證提出了尾砂膠結(jié)處理空區(qū)方案,并進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn),全尾砂膠結(jié)充填的材料試驗(yàn)研究是該項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容之一。

1 充填試驗(yàn)材料的確定及其配比試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 充填材料的確定

因祁雨溝地處林區(qū),可供利用的充填料來(lái)源不多,而公司選廠尾砂產(chǎn)出率達(dá)96.24%,其來(lái)源充足,取用方便,是首選的骨料來(lái)源。祁雨溝選礦廠全尾砂的化學(xué)元素和X衍射分析表明,祁雨溝尾砂的主要礦物成分為石英、白云母、斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、方解石等,尾砂中含硫化物較少,屬于惰性材料,可以用來(lái)作為井下充填骨料。

膠凝劑選用標(biāo)號(hào)325#普通硅酸鹽水泥,為減少水泥用量,添加某電廠粉煤灰。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

由于影響充填體強(qiáng)度的因素有很多,每個(gè)因素對(duì)充填體強(qiáng)度的影響程度也不一樣。為了解每一因素的影響程度和合理取值,采用正交法進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

(1)因素確定和參數(shù)水平。對(duì)特定充填骨料的膠結(jié)充填體,其強(qiáng)度的主要影響因素為膠凝材料類型、料漿濃度、灰砂比等。本次試驗(yàn)根據(jù)礦區(qū)條件選擇標(biāo)號(hào)325#普通硅酸鹽水泥作為膠凝材料,同時(shí)考慮粉煤灰的效果,因此試驗(yàn)因素為粉煤灰添加量、灰砂比和料漿濃度,各因素取值見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)因素選擇及水平

(2)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。根據(jù)上述因素水平,該試驗(yàn)為3因素4水平試驗(yàn),選擇L16(43)正交表安排試驗(yàn),如表2所示。

表2 正交試驗(yàn)

由表2可見(jiàn),根據(jù)L16(43)正交表設(shè)計(jì)的試驗(yàn)一共有16組,每組分別測(cè)試3,7,28d的單軸抗壓強(qiáng)度。

2 試驗(yàn)與結(jié)果分析

每組澆注7.07cm×7.07cm×7.07cm的試塊12個(gè),試塊在澆注模中養(yǎng)護(hù)72h,拆模后放入養(yǎng)護(hù)池內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù),溫度保持在22℃±2℃。在養(yǎng)護(hù)3,7,28,60d后,采用YSH-2型無(wú)側(cè)限壓力儀進(jìn)行單軸抗壓試驗(yàn),每次3塊。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同養(yǎng)護(hù)期的單軸抗壓強(qiáng)度

對(duì)試塊3,7,28d的單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析,求得各時(shí)間的算術(shù)平均強(qiáng)度,見(jiàn)表4。

表4 試塊強(qiáng)度極差分析

由表4中Rj的大小推知,影響充填試塊抗壓強(qiáng)各因素的重要性順序?yàn)锽、A、C,即灰砂比、料漿濃度、粉煤灰含量。

試驗(yàn)結(jié)果的方差分析結(jié)果見(jiàn)表5和表6。

表5 試塊強(qiáng)度方差分析

表6 試塊28d單軸抗壓強(qiáng)度方差分析

將線性回歸的數(shù)學(xué)模型寫成矩陣形式Y(jié)=Xβ+ε,利用設(shè)計(jì)的3因素4水平正交試驗(yàn)的結(jié)構(gòu)矩陣X和試驗(yàn)結(jié)果,求出強(qiáng)度y與各個(gè)試驗(yàn)因素的線性回歸方程。通過(guò)計(jì)算得出,線性回歸方程為:

3 結(jié) 論

(1)試驗(yàn)表明,添加適量粉煤灰的膠結(jié)充填料,具有泌水率低,充填體密度小,漿體不易離析等優(yōu)點(diǎn)。并且能提高充填體強(qiáng)度,替代部分水泥,減少水泥含量,從而達(dá)到降低充填成本。

(2)充填材料的配合比試驗(yàn)表明,影響充填體強(qiáng)度的主要因素為:灰砂比B、充填料漿濃度A、粉煤灰含量C?？紤]礦山的充填成本及采礦工藝的實(shí)際情況,對(duì)于尾砂充填料漿可選取料漿濃度70%、灰砂比1∶10、粉煤灰含量5%。

(3)回歸分析表明,水泥含量對(duì)充填體強(qiáng)度的影響最大。

[1]饒運(yùn)章,鄧 飛,趙 奎.低廉充填膠凝材料的開(kāi)發(fā)與研究[J].南方冶金學(xué)院學(xué)報(bào),1998,(8):20～4.

[2]陳希孺,等.近代回歸分析-原理方法及應(yīng)用[M].合肥:安徽教育出版社,1987.

[3]李興尚.水砂膠結(jié)充填材料配合比的優(yōu)化研究[D].昆明:昆明理工大學(xué),2005,3.

[4]胡家國(guó),古德生,王新民.水泥-粉煤灰-尾砂膠結(jié)充填料配比優(yōu)化及特性研究[J].礦冶,2003,(12):12～4.

2009-09-10)

曹安華(1974-),男,河南洛陽(yáng)人,采礦工程師,從事采礦技術(shù)管理工作。