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全水全尾胶固充填单管输送工艺试验研究 西北矿冶研究院 乔 登 攀 摘 要本文详述了全水全尾胶固充填单管输新工艺, 该工艺以自行研制的全水胶固材 料 一种固体粉料 , 与全尾砂按一定配比制成的充填料浆悬浮性好, 可实现单管路输送, 不用 脱水并在预定的时间内即可凝结硬化, 充填体无离析、 分层现象, 整体性好, 强度高。该工艺简 单可靠、 效率高、 成本低, 便于国内有色金属矿山和黄金矿山推广应用。 关键词全水胶固材料 全尾砂 胶固充填 单管路输送 1 概述 全水全尾胶固充填单管输送工艺是全 水固化充填的一项技术突破, 该工艺以自行 研制的全水胶固材料作固化剂, 以矿山选 厂全尾砂作骨料, 按一定的灰砂比 1 6 1 15 搅拌制成浓度 60 72 的悬浮料浆, 单管路输送至井下采空区, 料浆输送过程中 不凝固, 进入空区静置40min 后不脱水便可 实现胶固充填。充填体无离析、 分层现象, 整体性好, 早期强度高, 充填成本低。其工 艺流程见图 1。 图 1 全水全尾胶固充填单管输送 工艺流程图 2 全水胶固材料 2. 1 全水胶固材料的组成 全水胶固材料是由石灰质原材料、 粘土 质、 铝质和石膏等原料, 配以少量缓凝、 快硬 外加剂, 经破碎粉磨加工制成的一种固体粉 料。材料的主要矿物成分有 3CaOSiO2、 CaOAl2O3、 3Cao3Al2O3CaSO4、 2CaO SiO2。主要化学成分见表 1。 表 1 全水胶固材料主要化学成份 成分CaOSiO2SO3Al2O3 30 7010 308 2510 25 2. 2 全水胶固材料的主要水化反应 常温下当水灰比达到一定范围 2 4 时, 全水胶固材料能将水全部固化的关键 是 胶固料通过水化反应生成大量的钙钒石 3CaOAl2O33CaSO432H2O 、 胶体的氢 氧化钙[ Ca OH2] 、 水化硅酸钙 xCaOSiO2 yH2O 、 铝胶[ Ca OH2] 。 其主要水化反应如下 2CaOAl2O3 11H2O2CaOAl2O38H2O Al2O33H2O 3CaO3Al2O3CaSO4 18H2O3CaOAl2O3CaSO412H2O 2Al2O33H2O 8 乔登攀 工程师 甘肃白银市 730900 2 3CaOSiO2 6H2O3CaO2SiO23H2O 3Ca OH2 2 2CaOSiO2 4H2O3CaOSiO23H2O Ca OH2 2CaOAl2O38H2O 3CaSO4 23H2O Ca OH23CaOAl2O33CaSO432H2O 3CaOAl2O3CaSO412H2O 2CaSO4 20H2O3CaOAl2O33CaSO432H2O 2. 3 全水胶固材料的凝结硬化特征 全水胶固材料水化后凝结硬化过程可 分为析水期、 回水后期、 硬化期三个阶段, 各 阶段特征见表 2。 表 2全水胶固材料的凝结硬化过程特征 凝结硬化阶段表现特征主要物理化学变化 析水期 少量析水、 可流动 初始溶解、 水化, 生成一 硫型水化硫铝酸钙 回水后期 回水、 轻微膨胀, 不具有明显强度 生成钙钒石, 并形成晶 体骨架的雏形 硬化期具有明显强度 水泥骨架发育完全, 胶 凝体填充骨架空隙, 水 化速度变慢 2. 4 全水胶固材料的主要特性 1 早期强度发展快。以水灰比 2. 0 为 标准考核净浆料 不含尾砂 , 各龄期抗压、 抗拉、 抗剪强度不低于表 3 中的数值。胶固 材料受压初始阶段, 材料内部存在的孔隙开 始闭合, 呈现塑性特征, 随着孔隙压实, 材料 开始弹性变形, 达到屈服后材料没有立即脆 性破坏, 仍具有较强的残余强度, 应变值可 达 2. 5 7. 0 , 具有较好的可塑性。 表 3全水胶固材料强度指标 净浆料 龄期 d 抗压 MPa 抗拉 MPa 抗剪 MPa 拉/ 压剪/ 压 14. 00. 191. 66121. 0512. 41 35. 00. 252. 05120. 0012. 44 75. 50. 282. 24119. 6412. 45 286. 00. 342. 69117. 6412. 23 2 凝固时间可根据矿山充填使用要求 进行适当调整, 一般情况下初凝时间 20 60min, 终凝时间不迟于 120min。 3 全水胶固材料有利于提高充填料浆 的悬浮性和流动性。以浓度 45 浆液为 例, 考核全尾砂浆及不同灰砂比料浆自然沉 降性能, 结果见图 2。将全水胶固料与全尾 砂分别按 16、 18、 110 灰砂比制成 60、 65 、 70 的充填料浆, 沉降曲线见图 3。 可见全尾砂浆中加入全水胶固料能减缓尾 砂的沉降, 提高充填浆液的悬浮性和流动 图 2 静置时间与沉降浓度关系 性, 有利于改善充填效果。 4 全水胶固材料呈碱性, pH 10 11, 无 毒、 无害、 无腐蚀性。 3 全水全尾胶固充填单管输送 工艺试验研究 3. 1 鸡冠咀金矿全尾砂物理特性及粒级组 成 1 全尾砂物理特性见表 4。 表 4全尾砂物理特性 名称比重 容重 kg/ cm3 渗透系数 cm/ h 孔隙率 参数3. 01. 5654. 747. 8 2 全尾砂粒级组成见表 5。 表 5全尾砂粒级组成表 粒径 mm 重量 g 分计产率 累计产率 0. 256. 880. 860. 86 0. 250 0. 18070. 248. 789. 64 0. 180 0. 15442. 645. 3314. 97 0. 154 0. 12064. 488. 0623. 03 0. 120 0. 11016. 162. 0225. 05 0. 110 0. 10065. 848. 2333. 28 0. 100 0. 09035. 684. 4637. 74 0. 090 0. 07147. 685. 9643. 70 0. 071 0. 038214. 6426. 8370. 53 - 0. 038235. 7629. 47100. 00 9 3. 2 全水全尾胶固充填料浆初凝时间确定 合理的初凝时间对全水全尾单管输送 胶固充填非常重要。影响因素主要有 全水 胶固材料的自身性能、 灰砂比、 料浆浓度、 环 境温度及混合时间。灰砂比范围 16 1 15, 浓度在 60 72 范围内料浆自流输 送性很好, 充填环境温度高于 15 , 上述情 况下料浆初凝时间可调整在 30 60min。 当环境温度低于 15 , 则须对全水胶固材 料组分作相应调整。 图 33 种灰砂比的浆液沉降速度曲线 3. 3 充填料配比及充填抗压强度试验 利用鸡冠咀金矿全尾砂及充填用水, 参 照探索性试验初步确定灰砂比料浆浓度, 为 消除温度及养护环境的影响, 在该矿井下- 100mm 中段材料库进行了充填材料配比试 验, 结果列于列表 6。 表 6充填料配比及抗压强度试验结果表 灰砂 比 浓度 1d抗压强度 R1R2R3平均 3d 抗压强度 R1R2R3平均 7d抗压强度 R1R2R3平均 28d 抗压强度 R1R2R3平均 16600. 42 0. 39 0. 46 0. 42 0. 61 0. 57 0. 66 0. 61 0. 86 0. 88 0. 70 0. 81 1. 34 1. 35 1. 30 1. 33 16650. 76 0. 74 0. 70 0. 73 1. 08 1. 06 1. 06 1. 07 1. 29 1. 23 1. 31 1. 28 2. 33 2. 20 2. 16 2. 23 16700. 86 0. 83 0. 90 0. 86 1. 24 1. 19 1. 29 1. 24 2. 23 2. 75 2. 42 2. 47 3. 33 3. 43 3. 18 3. 31 18600. 23 0. 27 0. 21 0. 24 0. 33 0. 39 0. 29 0. 34 0. 61 0. 66 0. 71 0. 66 0. 70 0. 80 0. 84 0. 80 18650. 31 0. 27 0. 35 0. 31 0. 44 0. 39 0. 50 0. 44 0. 89 0. 87 0. 72 0. 83 1. 05 1. 08 1. 21 1. 11 18700. 39 0. 37 0. 43 0. 40 0. 55 0. 53 0. 61 0. 56 1. 05 1. 01 1. 09 1. 05 1. 21 1. 26 1. 32 1. 26 110600. 15 0. 12 0. 14 0. 14 0. 22 0. 15 0. 22 0. 20 0. 28 0. 23 0. 25 0. 25 0. 48 0. 43 0. 43 0. 45 110650. 28 0. 21 0. 29 0. 26 0. 40 0. 32 0. 42 0. 38 0. 67 0. 54 0. 63 0. 61 0. 88 0. 77 0. 75 0. 77 110700. 34 0. 36 0. 37 0. 36 0. 49 0. 52 0. 51 0. 51 0. 73 0. 71 0. 66 0. 70 0. 96 1. 01 0. 92 0. 96 注 井下气温 20 , 水温 20. 5 试验结果由十五冶一公司试验室提供, 单位 MPa。 3. 4 充填体强度影响因素分析 1 料浆浓度。灰砂比一定的条件, 随 着料浆浓度提高, 充填体强度明显增高 图 4 。生产中可根据充填系统工作参数, 通过 提高料浆浓度的办法来提高充填体强度, 以 获得最佳充填效果, 从而达到减少全水胶固 料的用量, 降低成本的目的。 2 灰砂比。在料浆浓度、 养护及养护 龄期一定的条件下, 随着全水胶固料掺入量 的增加 即灰砂比增大 , 充填体强度也明显 增加 见图 5 。据此特点, 在进行充填设计 时可根据采矿工艺对充填体的要求选择相 应的配比, 在保证采矿生产安全的前提下, 使全水胶固料的用量更趋合理。 3 养护龄期。一定时间范围内充填体 的强度随养护龄期延长而增强。以 28d 强 度作为后期强度, 充填 1d 强度值即达后期 强度值的 25 35 , 3d 强度达后期强度 10 图 4 料浆浓度与充填体强度关系 图 5灰砂比与充填体强度关系 值的 35 50 , 7d 强度达后期强度的 60 80 。表明全水胶固充填具有早强 性能, 有利于缩短采场采充周期。 3. 5 充填体沉缩率测定 充填体沉缩率测试结果见表 7。全水 全尾胶固充填料浆凝固前后沉缩率明显低 于该矿混砂 尾砂、 江砂 水泥胶结充填沉缩 率, 表明全水胶固充填有利于采场结顶。配 比一定时, 浓度越高, 沉缩率越低, 因此实际 充填中根据充填系统工况确保料浆浓度是 保证充填质量的关键。 3. 6 全水全尾胶固充填单管输送工艺工业 试验 1 采矿工艺对充填体强度的要求。鸡 冠咀金矿- 100m 中段采用全尾胶固阶段充 填连续回采采矿法, 不留间柱连续回采, 采 场高度 15 30m, 采场跨度 7. 5 10m, 采场 长度 20 45m。要求充填体自立性好, 在相 邻采场回采过程中充填体不能跨落, 并且充 填体养护龄期不能超过 7d, 以满足连续回 采工艺要求和矿块产量稳定。充填体强度 设计为 采场底部 10m 充填体强度 1. 9 2. 5MPa, 灰砂比 18; 采场中部 15m 充填体强 度 1 1. 4MPa, 灰砂比 110 112; 采场顶 部 5m 充填体强度 1. 9 2. 5MPa, 灰砂比 1 8。 表 7充填料浆凝固前后沉缩率测定结果 灰砂 比 料浆浓 度 沉缩率 全水全尾 胶固充填 水泥混砂 胶结充填 差值 1660 10. 538. 5- 28. 0 16656. 230. 5- 24. 3 16704. 922. 1- 17. 2 186011. 140. 3- 29. 2 186510. 132. 4- 22. 3 18707. 222. 6- 15. 4 1106012. 740. 5- 27. 8 1106511. 631. 9- 20. 3 110706. 522. 8- 16. 3 2 充填系统。充填系统工艺流程见图 1, 工作参数见表 8。 3 充填量及充填成本。全水全尾单管 胶固充填工业试验共自配自产全水胶固料 2292t, 充填采空区体积 20693m3, 平均灰砂 比 110. 96 含个别空区 115 灰砂比充 填 , 充填成本为 19. 91 元/ t、 59. 74 元/ m3, 与矿山原用水泥混砂胶结充填相比成本下 降 8. 3 。 4 充填效果。充填后 1d 充填体即可 承载, 3d 抗压强度达到 0. 4 0. 5MPa, 满足 相邻采场局部回采要求, 一个月后充填体强 度达到相邻采场连续回采要求的最高值。 采场不脱水, 充填体无离析、 分层现象, 整体 性好, 自立性好, 抗风化能力强, 在相邻采场 回采过程中无大的片帮、 塌落现象, 为试验 11 取得良好的技术经济指标提供了保障。 表 8充填系统工作参数表 灰砂比18110 胶固料 干料 t/ h76 全尾砂 干料 t/ h5660 充填能力 t/ h6366 浓度 7070 料浆流量 t/ h9094. 3 输送管径mm108 6108 6 管路总长 m398. 5398. 5 充填倍线3. 853. 85 料浆比重 t/ m31. 971. 99 4 全水全尾胶固充填单管输送 工艺与国内外胶结充填工艺 的区别 1 传统的水泥尾砂胶结充填工艺是以 分级尾砂作骨料, 普通硅酸盐水泥作胶结 剂, 料浆浓度 65 70 , 充填需要脱水且 脱水时间长, 充填体离析、 分层现象严重。 两种工艺制浆、 输送方式相同, 成本接近, 但 全水全尾胶固充填不用脱水且充填体早期 强度高、 整体性好, 因而综合效率、 效益更 高。 2 与可泵送高浓度 75 82 全尾 砂浆制备工艺相比不需加压和脱水设备, 在 中浓度 60 72 情况下, 同样可实现不 脱水固化充填, 因而成本较低。 3 同国内外其它全水胶固充填工艺相 比, 全水全尾胶固充填单管输送工艺胶凝材 料不分甲、 乙料, 而是一种固体粉料, 并且制 浆与输送均为一套设备, 因此操作简单。 5 结语 全水全尾胶固充填单管输送工艺试验 研究的成功, 表明我国全水胶固充填技术达 到国际先进水平。我国有色金属和黄金矿 山充填站制浆及输送系统一般不需要改造 即能满足本工艺技术要求, 推广应用投入 少、 价值高。 信息窗 国家加强白银进口管制 为加强进口白银的管理, 维护白银市场 秩序, 目前, 中国人民银行和海关总署发布 白银进口管理暂行办法, 于 2000 年 1 月 1日起执行。 暂行办法规定, 国家限制白银一般贸 易进口, 对一般贸易白银进口实行审批制管 理, 须报经中国人民银行批准; 入境旅客携 运或邮寄白银进境, 应以自用合理数量为 限, 超出自用合理数量的, 视同一般贸易进 口, 凭中国人民银行的批件, 予以征税放行; 加工贸易加工制成的白银, 应按国家有关管 理规定, 全部返销出口, 如内销, 视同一般贸 易进口; 我国境内的外商三资企业需从境 外或港、 澳、 台地区进口白银 属加工贸易的 按上述规定办理 和各部门、 各单位接受国 外捐赠的白银, 均需报经中国人民银行批 准; 一般贸易进口白银和加工贸易制成的白 银转为国内销售的, 须向中国人民银行当地 分支行提出申请初审, 报经总行批准后, 开 具白银进口准许证, 海关凭证查验放行; 未经批准擅自进口白银或白银进境有其它 违反海关监管规定或者走私行为的, 由海关 依照海关法的有关规定处理。 暂行办法解释说, 上述所称银是指 纯银, 不包括镀金、 镀铂的银, 也不包括银合 金以及以其他金属材料为底包银或底银的 制品。 12