徐 喜

（大冶有色金屬有限公司銅綠山銅鐵礦）

銅綠山礦淺部礦體露天開采后形成了南、北2個(gè)露天坑。露天轉(zhuǎn)地下開采后，原礦坑成為引發(fā)滑坡災(zāi)害以及匯水灌入井下等問題的源頭，是礦山亟需克服的難點(diǎn)［1-2］。利用尾砂治理露天坑是常規(guī)合理的方法，既可以解決礦山多余尾砂的堆存問題，又可以確保露天邊坡安全，防治露天坑水患［3-4］。銅綠山礦尾砂的處理除用于井下采場充填外，剩余用于露天坑的充填。而充填站砂倉溢流水產(chǎn)生的細(xì)粒尾砂，則排至尾礦庫堆存，而尾礦庫容積極度匱乏，這種處理方法難以為繼［5］。所以，本研究主要對極細(xì)粒級尾砂在露天坑的充填性能展開研究。

1 尾砂粒級分析及試驗(yàn)工藝流程

1.1 尾砂粒級分析

試驗(yàn)用尾砂取自銅綠山選廠，尾砂在試驗(yàn)室內(nèi)混勻，試驗(yàn)樣品經(jīng)過烘干處理。當(dāng)尾砂顆粒粒徑大于0.074 mm時(shí)，用振篩法作顆粒分析，當(dāng)顆粒粒徑小于0.074 mm時(shí)，用水析法作顆粒分析［6］。表1為砂倉尾砂振篩法分析結(jié)果，表2為溢流水底流細(xì)尾砂水析法分析結(jié)果。

?

?

試驗(yàn)表明，銅綠山礦現(xiàn)階段尾砂粒度較細(xì)，0.074 mm以下顆粒占43.9%以上，按建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)，該尾砂屬于粉砂，按充填標(biāo)準(zhǔn)，屬于粗砂。不均勻系數(shù)為2.5，表明該種尾砂顆粒較均勻，這對充填體強(qiáng)度不利。溢流水底流尾砂極細(xì)，其-200目含量在96%左右，而且-500目細(xì)粒級占了73.24%。

1.2 配比試驗(yàn)工藝流程

銅綠山礦轉(zhuǎn)入坑采后不斷調(diào)整充填工藝，在保證充填體質(zhì)量的同時(shí)控制充填成本，先后引進(jìn)了鄂州華重、湖北中固HAS、大冶固特奇等新型膠凝材料，并開展膠凝材料性能的試驗(yàn)研究［7-9］。普通水泥和上述3種膠凝材料的充填體抗壓強(qiáng)度值見圖1?？梢钥闯?種新型膠凝材料的充填性能比水泥好，目前礦山引進(jìn)并使用華重和固特奇2種新型膠凝材料。為使新型膠凝材料和尾砂混合均勻，在強(qiáng)力攪拌之前，對混合料進(jìn)行預(yù)處理，以使膠凝材料在尾砂中均勻分布，從而達(dá)到最佳狀態(tài)。配比試驗(yàn)流程見圖2。

2 充填配比試驗(yàn)研究

試驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行，采用機(jī)械攪拌方式攪拌材料，試樣進(jìn)行20℃恒溫養(yǎng)護(hù)，試驗(yàn)?zāi)＞叱叽鐬?60 mm×40 mm×40 mm，試壓用100 kN壓力機(jī)。為保證試驗(yàn)可比性，每一系列的試驗(yàn)都在同條件下攪拌、成型、養(yǎng)護(hù)及試壓。

2.1 砂倉尾砂充填強(qiáng)度試驗(yàn)

為較全面研究砂倉尾砂充填強(qiáng)度性能，結(jié)合礦山生產(chǎn)狀況，同時(shí)滿足礦山生產(chǎn)需要，本次研究設(shè)計(jì)了70%、68%、66%、64%、62%、60%共6種砂漿濃度，1∶10、1∶12兩種灰砂比配比。本次試驗(yàn)測試了固特奇和華重2種膠凝充填材料，共進(jìn)行24組砂漿配比試驗(yàn)，分3、7、28 d養(yǎng)護(hù)。試驗(yàn)結(jié)果見圖3、圖4。

從試驗(yàn)結(jié)果看，隨著濃度降低，充填體強(qiáng)度降低，其中高濃度區(qū)降低顯著、低濃度區(qū)降低緩慢。在相同濃度條件下，灰砂比減小，充填體強(qiáng)度降低，其中高濃度區(qū)降低顯著、低濃度區(qū)差別不大。2種膠凝材料相同充填配比時(shí)，3、7、28 d充填體強(qiáng)度大體相當(dāng)。

2.2 砂倉溢流水底流充填強(qiáng)度試驗(yàn)

砂倉溢流水底流為極細(xì)粒級尾砂，-200目含量占96%左右，-500目含量占70%以上。極細(xì)粒級尾砂用于充填時(shí)缺乏可借鑒的資料。為較全面研究溢流水底流尾砂充填強(qiáng)度性能，結(jié)合礦山生產(chǎn)狀況，本次研究思路為進(jìn)行極細(xì)尾砂多種濃度和灰砂比交叉試驗(yàn)，為比較料漿濃度和灰砂比對充填體強(qiáng)度影響的顯著性，重點(diǎn)分析高濃度低灰砂比和低濃度高灰砂比下充填體強(qiáng)度的變化情況。試驗(yàn)中濃度64%以上為高濃度，45%以下為低濃度，灰砂比小于1∶12為低灰砂比。設(shè)計(jì)了72%、70%、68%、66%、64%、62%、60%、58%、55%、45%、40%、35%、30%、25%共14種砂漿濃度，以及1∶4、1∶6、1∶8、1∶10、1∶12、1∶15、1∶20共7種灰砂比配比。采用2種膠凝材料，共進(jìn)行98組砂漿配比試驗(yàn)，分3、7、28 d養(yǎng)護(hù)。試驗(yàn)結(jié)果如圖5、圖6所示。

從圖5可知，溢流水底流極細(xì)尾砂高濃度低灰砂比配比中，隨著濃度降低，充填體強(qiáng)度降低；隨著灰砂比減小，充填體強(qiáng)度降低；濃度降低和灰砂比減小對充填體強(qiáng)度影響非常顯著。2種膠凝材料養(yǎng)護(hù)3、7、28 d的充填體強(qiáng)度大體相當(dāng)，在灰砂比1∶20、濃度68%時(shí)，充填體28 d養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度接近0.5 MPa。

從圖6可知，溢流水底流極細(xì)尾砂低濃度高灰砂比配比中，隨著濃度降低，充填體強(qiáng)度降低；隨著灰砂比增大，充填體強(qiáng)度升高；濃度降低和灰砂比增大對充填體強(qiáng)度有影響，但影響不是非常顯著。2種膠凝材料養(yǎng)護(hù)3、7、28 d的強(qiáng)度存在差別，但2種膠凝材料在灰砂比1∶8、濃度40%以上時(shí)，充填體28 d養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度均接近0.5 MPa。溢流水底流極細(xì)尾砂在1∶15和1∶20灰砂比充填配比下，隨著濃度降低，充填體強(qiáng)度降低，這2種配比下充填體整體強(qiáng)度不高。當(dāng)灰砂比1∶15，濃度在68%和66%時(shí)，充填體強(qiáng)度達(dá)到0.5 MPa。當(dāng)灰砂比1∶20、濃度在68%時(shí)，充填體28 d養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度接近0.5 MPa。2種膠凝材料相同充填配比，其養(yǎng)護(hù)3、7、28 d的強(qiáng)度大體相當(dāng)。

3 充填成本對比

礦山充填直接成本由材料消耗和人工成本構(gòu)成，為分析方便，僅考慮材料消耗。材料成本主要由膠凝材料、骨料、水的成本構(gòu)成。銅綠山礦充填骨料為尾砂，尾砂由選廠直接送入尾砂倉。充填用水采用工業(yè)廢水。各種濃度和灰砂比下水和尾砂的成本變化不大，因此充填成本主要取決于膠凝材料的用量和價(jià)格，2種膠凝材料的采購價(jià)格基本一樣，均為440元/t。不同充填配比的膠凝材料用量不同，為比較方便，用膠凝材料直接成本代替充填成本。根據(jù)銅綠山礦生產(chǎn)實(shí)際，充填體養(yǎng)護(hù)28 d強(qiáng)度大于0.5 MPa的部分充填配比及其對應(yīng)成本見表3。

從表3可知，高灰砂比充填配比成本較高，低灰砂比充填配比成本低，1∶4充填配比成本是1∶20充填配比的4倍多。

?

4 試驗(yàn)結(jié)果討論

根據(jù)充填強(qiáng)度要求，充填配比1∶4、濃度70%滿足露天采坑封底和封面要求。充填配比1∶10左右、濃度64%以上滿足充填體露天堆存要求。

砂倉溢流水底流尾砂，充填濃度高，其充填體強(qiáng)度高；充填濃度低時(shí)，即使灰砂比高，其充填體強(qiáng)度低，不能滿足充填要求。充填灰砂比低，其充填體強(qiáng)度低。濃度66%以上、灰砂比1∶15及以上充填配比，能滿足露天采坑充填要求。濃度45%以下的砂倉溢流底流極細(xì)尾砂充填體強(qiáng)度都不高，此時(shí)灰砂比達(dá)到1∶8及以上才能滿足露天采坑充填要求。

砂倉溢流水底流的流動(dòng)性是需要關(guān)注的問題。試驗(yàn)室調(diào)配的濃度64%以上砂倉溢流水底流料漿流動(dòng)很慢，高濃度料漿甚至無法流動(dòng)。64%以上高濃度的砂倉溢流水底流料漿用管道輸送將成問題。而40%以下砂倉溢流水底流濃度又極稀，充填固化過程慢，充填體強(qiáng)度難以滿足要求。增大灰砂比，達(dá)到相同充填體強(qiáng)度要求下，低濃度充填體充填成本顯著增高。如充填體強(qiáng)度達(dá)0.5 MPa，充填配比1∶8、濃度40%時(shí)，充填成本為72.80元/m3；充填配比1∶4、濃度30%，充填成本為131.24元/m3。據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，銅綠山礦砂倉溢流水底流尾砂實(shí)際濃度為20%～30%，要滿足充填堆存要求，預(yù)計(jì)充填成本在100元/m3以上，還有大量充填廢水需抽排，充填效率顯著降低，以這種方式處理極細(xì)尾砂，顯然不合理。當(dāng)然，以目前條件和狀況，銅綠山礦溢流水底流極細(xì)尾砂按現(xiàn)有的方式固化處理是否合理經(jīng)濟(jì)，需要組織相關(guān)部門論證。按現(xiàn)有方式固化處理砂倉溢流水底流極細(xì)尾砂，灰砂比建議使用1∶4及以上。

5 結(jié)論

（1）砂倉尾砂充填體強(qiáng)度隨著濃度降低而降低，高濃度區(qū)降低顯著，低濃度區(qū)降低緩慢。在相同濃度，隨灰砂比減小而降低，高濃度區(qū)降低顯著，低濃度區(qū)差別不大。

（2）溢流水底流充填體強(qiáng)度在高濃度低灰砂比情況下，隨濃度和灰砂比的降低而降低，并且影響很顯著。溢流水底流充填體強(qiáng)度在低濃度高灰砂比情況下，隨濃度降低而降低，隨灰砂比增大而升高；濃度降低和灰砂比增大對充填體強(qiáng)度有影響，但影響不顯著。

（3）溢流水底流充填體強(qiáng)度在低灰砂比的情況下，充填體整體強(qiáng)度不高；灰砂比1∶15，濃度達(dá)到66%以上時(shí)，充填體強(qiáng)度超過0.5 MPa，能夠滿足露天采坑充填要求，從控制成本和技術(shù)可行性方面考慮推薦該配比。