某尾矿位于甘肃省徽县境内，长4400m，南北宽1000m，面积4.4km2。该尾矿矿井下空区复杂，地表不允许塌陷。为了充分回收矿石资源，保护矿区地表环境，该尾矿拟建充填系统，为此需进行全尾砂和水泥的胶结充填材料实验研究，为充填系统设计提供技术数据。
1实验研究内容
该尾矿充填系统拟采用1000kt/a铅锌浮选尾矿，该实验充填材料样品选取现场浮选尾矿各400kg，由现场进行初步沉降、晾晒、混匀，邮寄至实验室进行矿样的烘干及最终混匀，该实验仅针对所寄样品进行充填材料配比和充填体性能的研究及测定，现场生产工艺及矿石性质发生改变时，需进行新材料充填体的实验。该尾矿充填要求：1)不需要回采矿柱的空区充填体强度，R28不小于0.7MPa。2)需要回采矿柱的空区充填体强度，靠近顶底柱部分：R7不小于0.3MPa，R28不小于1MPa，中间部分R28不小于1MPa。根据规定的技术内容和技术目标，为满足膏体充填要求，实验研究集中在两方面：一是检测全尾砂的主要物理化学性质，确定该矿全尾砂是否可以作为井下充填材料，二是按照不同灰砂比制备充填体试块并进行抗压强度及容重测定。
2充填材料物理化学性质实验情况
充填材料(尾砂)的基本物理性质主要包括：尾砂的比重、容重、孔隙率、自然安息角、粒径和粒级组成、渗透系数及沉降特性。
2.1全尾砂粒度测定
采用MASTERSIZER2000激光衍射粒度分析仪测定，尾砂立粒级组成曲线见图1，该尾矿全尾砂α2=9.545，可认为颗粒较细。
2.2全尾砂基本物理参数测定
通过数次测试和计算平均值，得到了全尾砂比重、容重、孔隙率、自然安息角的测定结果。
2.3全尾砂渗透性实验
实验仪器选用三联式柔性壁渗透仪，通过数次测试和计算平均值，得到了全尾砂渗透系数为5.25×10-5cm/s。
2.4全尾砂化学成分测定
尾矿的主要化学成分分析是根据国际上通用的化学分析方法来确定其化学成分，本次主要分析的化学成分为：CaO、MgO、Al2O3、SiO2、S、Fe、Cu。
2.5全尾砂沉降性能测定
全尾砂沉降性能采用自然沉降法，从起始浓度为20%的全尾砂浆沉降实验开始测定，各样品的沉降浓度和沉降容重变化规律如图2所示。
3充填材料强度实验情况
该尾矿充填实验目前只考虑三个因素，即灰砂比、充填料浆重量浓度和充填体的养护龄期，测定这些因素对充填体强度的影响。3.1充填体试块的材料和配比强度实验的充填材料为该尾矿运送来的全尾砂和成县祁连山牌PC32.5级复合硅酸盐水泥。根据影响充填体强度的主要因素，应矿坝和设计院要求，灰砂比定为1∶4，1∶6，1∶8，1∶10，1∶15五组。共计22组不同材料配比实验，每组实验进行3d、7d、28d、三个龄期的强度测试，每组龄期浇注3个试块，共计198个试块。3.2试块的制作与养护采用7.07cm×7.07cm×7.07cm的金属模浇注，按设计的灰砂配比和重量浓度拌制成浆，将拌好的料浆均匀加入同组各个试模，让其沉降和凝固。为了使试块不受损伤，一般在24~36h后脱模并放入养护箱养护，养护箱温度调节到20℃左右，湿度调节到96%左右，整个过程严格按实验操作规程进行实验。3.3充填体试块抗压强度及容重测定将各种不同配比的充填体试块按不同的龄期(3d、7d和28d)进行养护，达到养护龄期后将试块取出进行试块的高度和单轴抗压强度值测定。充填体的容重测试是将试块称重后，结合试块的体积求算出试块的沉缩率，该值选取28d龄期试块测量。试块单轴抗压强度的测定是将试块放在10t和50t普通刚性压力机上进行抗压强度测定。3.4实验结果及分析图3~图10所示分别为充填物强度随灰砂比、料浆浓度和时间变化的曲线图。从图3~图5可以看出：充填料的强度随着灰砂比(即水泥的含量)增大而加大。从图6~图8可以看出：充填体的强度随着充填料浆浓度增大而加大。从图9~图10可以看出：充填体的强度随着充填体养护时间的增加而逐渐加大，灰砂比越大其增长速度越明显(即增长曲线越陡)，同时充填体的强度在养护初期增长明显，充填体均在养护3d内进行拆模，均能保持完整的形态。对于该尾矿的全尾砂胶结充填而言，当料浆浓度在70%~74%时，1∶4，1∶6，1∶8，1∶10四种配比的充填体可以满足该尾矿所要求的强度要求。
4实验结论
1)全尾砂和水泥可作为充填材料，从强度实验结果来看，试块成型好、脱模快。2)考虑到矿山充填料浆将采用泵送，水泥作为胶凝材料的实验中各灰砂比料浆浓度为76~70%时所对应的坍落度为17.7~29.5cm，同时考虑到料浆要具有较好的流动性，因此各灰砂比浓度≤74%可满足泵送要求，但从井下排水排泥的要求来看，保守选取浓度为72%或74%为宜，以后根据实际情况做相应调整。3)根据强度实验，灰砂比1∶4，1∶6，1∶8，1∶10的充填材料均能满足充填要求，因此建议不需要回采矿柱的空区充填体灰砂比选取1∶10，此时其28d龄期强度(74%)为1.29MPa;要求需要回采矿柱的空区充填体灰砂比选取1∶8，此时其28d龄期强度(74%)为2.16MPa。综上研究所述，通过实验及分析可将该尾矿充填材料配比参数概括如表1所示，其中方案2更偏于保守。
参考文献
[1]许文浒.某铁矿全尾砂胶结充填材料配比实验研究[J].中国矿业，2015(S1)：60.
《基于某尾矿的全尾砂充填材料实验研究》来源：《化工设计通讯》，作者：陈小念 牛军贤
