中關(guān)鐵礦高泥尾砂膠結(jié)體強度試驗研究

0膠凝材料用量為了減少采礦對地質(zhì)環(huán)境的破壞，充采法被廣泛使用。大多數(shù)鐵礦的充填采礦法仍以水泥作膠凝材料，膠凝材料用量大，充填采礦經(jīng)濟效益差，嚴重制約充填采礦在鐵礦山的應(yīng)用。近10多年來開展了新型膠凝材料開發(fā)與應(yīng)用研究，目前已經(jīng)得到應(yīng)用的有膠固粉、礦尾粉、和全砂土固結(jié)材料等新型充填膠凝材料1全尾砂、全尾砂全尾砂砂體中關(guān)鐵礦全尾砂骨料200目以上細顆粒占75%以上，屬于超細全尾砂。為了開發(fā)出可用于高泥尾砂低成本綠色充填的膠凝材料，利用邯鋼冶金渣粉磨的鋼渣和礦渣微粉，以電廠脫硫石膏作為硫酸鹽激發(fā)劑，開展礦渣基膠凝材料配比試驗研究。1.1充填體強度試驗礦渣基膠凝材料采用水泥熟料粉作為堿激發(fā)劑，以脫硫石膏作為鹽激發(fā)劑，通過不同配比膠結(jié)充填體強度試驗，進行復合激發(fā)劑配比優(yōu)化研究。根據(jù)經(jīng)驗確定堿激發(fā)劑配比范圍為6%～10%、鹽激發(fā)劑配比范圍為7%～15%,采用膠砂比1∶4、料漿濃度66%開展膠結(jié)體強度試驗，試驗結(jié)果如圖1所示。由圖1可以看出：優(yōu)化配方為堿激發(fā)劑9%～10%、鹽激發(fā)劑11%～13%;堿激發(fā)劑10%、鹽激發(fā)劑13%時，充填體7d和28d強度最高，分別達到1.68MPa和2.82MPa,因此最優(yōu)配方為堿激發(fā)劑10%和鹽激發(fā)劑13%。綜合試驗中膠結(jié)充填體試驗結(jié)果，確定礦渣基膠結(jié)體7d強度優(yōu)化配方為堿激發(fā)劑10%、鹽激發(fā)劑15%;28d強度優(yōu)化配方為堿激發(fā)劑10%、鹽激發(fā)劑13%。1.2充填體強度特性為了驗證礦渣基復合激發(fā)劑，采用金隅太行建材公司礦渣微粉，開展膠結(jié)充填體強度驗證試驗。試驗尾砂中200目細顆粒占75.15%,膠砂比分別為1∶4和1∶8,料漿濃度為66%。驗證試驗結(jié)果見表1。根據(jù)結(jié)果可以看出：膠砂比為1∶4的膠結(jié)充填體7d和28d強度分別達到3.48MPa和4.91MPa,均高于2.5MPa,可滿足一步驟礦房高強度充填體要求；膠砂比為1∶8的膠結(jié)充填體7d和28d強度分別達到1.10MPa和1.52MPa,可滿足二步驟充填體強度要求；膠砂比為1∶4的42.5普通硅酸鹽水泥膠結(jié)充填體7d和28d強度分別為1.03MPa和1.62MPa;其28d強度僅為礦渣基膠結(jié)體強度的1/3。礦渣基膠凝材料的成本為241元/t,42.5水泥的成本為450元/t,礦渣基膠凝材料的成本僅為42.5水泥成本的1/2左右。2結(jié)合體積小的橡膠填充強度和填充介質(zhì)的可變試驗2.1礦渣基膠凝材料的性試驗針對中關(guān)鐵礦超細全尾砂，開展不同膠砂比和料漿濃度的膠結(jié)充填體強度和充填料漿流動性試驗，為礦渣基膠凝材料的應(yīng)用提供依據(jù)?；诘V渣基膠凝材料優(yōu)化配方制備膠凝材料，分別開展膠砂比(1∶4)～(1∶8)和充填料漿濃度60%～66%的膠結(jié)體強度試驗，結(jié)果如圖2所示，充填料漿流變性試驗結(jié)果如圖3所示，料漿穩(wěn)定性如圖4所示。2.2全尾砂料漿初始屈服應(yīng)力和黏滯系數(shù)由圖2可知，膠結(jié)充填體強度隨料漿濃度提高而增大，隨膠砂比減小而降低。當料漿濃度大于64%、膠砂比為1∶5時，全尾砂膠結(jié)體28d強度大于2.5MPa,可滿足中關(guān)鐵礦一步驟礦房采場高強度充填的強度要求；當料漿濃度大于64%、膠砂比為1∶7時，全尾砂膠結(jié)體28d強度大于1.0MPa,可滿足中關(guān)鐵礦二步驟礦柱采場低強度膠結(jié)充填的強度要求。由圖3可以看出，全尾砂充填料漿的初始屈服應(yīng)力和黏滯系數(shù)隨料漿濃度的提高而增大。當料漿濃度達到64%以上，充填料漿的初始屈服應(yīng)力增加速率顯著提高；當全尾砂料漿濃度小于64%時，膠砂比對料漿的初始屈服應(yīng)力影響不顯著；當料漿濃度提高到66%以上，膠砂比為1∶4和1∶5的全尾砂充填料漿的初始屈服應(yīng)力達到56～59Pa。膠砂比對充填料漿黏滯系數(shù)的影響甚微，當膠砂比在(1∶4)～(1∶8)的范圍內(nèi)，全尾砂充填料漿的黏滯系數(shù)均小于0.2Pa·s。由圖4可以看出，全尾砂膠結(jié)充填料漿的分層度和泌水率隨著料漿濃度的增大而顯著降低，說明不同膠砂比的充填料漿隨濃度的提高，其穩(wěn)定性變好。當膠砂比在(1∶5)～(1∶7)的范圍內(nèi)、全尾砂充填料漿濃度在64%～66%的范圍內(nèi)，全尾砂充填料漿的泌水率<3%、料漿的分層度<3.5cm,充填料漿的穩(wěn)定性可滿足要求，無離析現(xiàn)象。3充填體強度要求(1)礦渣基膠凝材料優(yōu)化配方為：堿激發(fā)劑10%,鹽激發(fā)劑15%,礦渣微粉75%,激發(fā)劑與礦渣微粉的配比為1∶3。(2)膠砂比為1∶4、料漿濃度為66%時，礦渣基膠結(jié)充填體的28d強度達到4.91MPa。相同條件下42.5水泥膠結(jié)充填體的28d強度僅為1.62MPa。(3)膠砂比為1∶5、料漿濃度為66%時，膠結(jié)充填體28d強度達到2.67MPa,大于2.5MPa,可滿足中關(guān)鐵礦一步驟礦房采場的膠結(jié)充填體強度要求。(4)膠砂比為1∶7、料漿濃度為66%時，膠結(jié)充填體28d強度達到1.06MPa,大于1.0MPa,可滿足中關(guān)鐵礦二步驟礦柱采場的膠結(jié)充填體強度要求。(5)當膠砂比在(1∶5)～(1∶7)和料漿濃度在64%～66%的范圍內(nèi)，全尾砂充填料漿初始屈服應(yīng)力<60Pa、黏滯系數(shù)<0