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铁矿全尾砂新型充填胶凝材料的开发及应用研究
2015-08-17
全尾砂充填法采矿是未来铁矿石开采的发展趋势,降低采矿成本是铁矿充填法采矿的必由 之路。以水 淬渣粉作为主要原料,采用碱和盐复合激发剂激发,获得了一种全尾砂新型充填胶凝材料—矿山尾 砂固结粉(简称矿 尾粉,代号为KWF)。与水泥材料相比,矿尾粉成本低、强度高,对含泥量高的全尾砂充填料优势更显 著。采用矿尾粉 替代水泥用于铁矿充填法采矿,不仅能够降低充填采矿成本,而且还能够实现固体废弃物资源化利 用,从而保护环境 和无废开采。矿尾粉新型充填胶凝材料已在唐龙新型建材有限公司工业化生产,在东凯矿业公司铁 矿山应用,获得 了显著的经济效益和社会效益;为在建设中的司...
Series No. 470 ꢀ Augustꢀ 2015 金ꢀ ꢀ 属ꢀ ꢀ 矿ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 总第 470期 METAL MINE 2015 年第 8 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ · 综合利用· 铁矿全尾砂新型充填胶凝材料的开发及应用研究 1 ,2 3 1 1 杨志强 ꢀ 苏ꢀ 林 ꢀ 高ꢀ 谦 ꢀ 杨ꢀ 啸 ( 1. 北京科技大学土木与环境工程学院,北京 100083;2. 金川集团股份有限公司,甘肃 金昌 737100; 3 . 唐山唐龙新型建材有限公司,河北 唐山 063000;) 摘ꢀ 要ꢀ 全尾砂充填法采矿是未来铁矿石开采的发展趋势,降低采矿成本是铁矿充填法采矿的必由之路。 以水 淬渣粉作为主要原料,采用碱和盐复合激发剂激发,获得了一种全尾砂新型充填胶凝材料—矿山尾砂固结粉(简称矿 尾粉,代号为 KWF)。 与水泥材料相比,矿尾粉成本低、强度高,对含泥量高的全尾砂充填料优势更显著。 采用矿尾粉 替代水泥用于铁矿充填法采矿,不仅能够降低充填采矿成本,而且还能够实现固体废弃物资源化利用,从而保护环境 和无废开采。 矿尾粉新型充填胶凝材料已在唐龙新型建材有限公司工业化生产,在东凯矿业公司铁矿山应用,获得 了显著的经济效益和社会效益;为在建设中的司家营地区大型贫铁矿充填法采矿奠定了基础。 关键词ꢀ 铁矿ꢀ 全尾砂充填采矿法ꢀ 新型充填胶凝材料ꢀ 矿山尾砂固结粉(KWF)ꢀ 应用研究 ꢀ ꢀ 中图分类号ꢀ TD853ꢀ ꢀ ꢀ 文献标志码ꢀ Aꢀ ꢀ ꢀ 文章编号ꢀ 1001-1250(2015)-08-163-06 Exploitation and Application of a New Filling Cementing Materials with Full Tailings of Iron Mine 1 ,2 3 1 1 Yang Zhiqiang ꢀ Su Lin ꢀ Gao Qian ꢀ Yang Xiao ( 1. School of Civil & Environmental Engineering,University of Science and Technology of Beijing,Beijing 100083,China; 2. Jinchuan Group Co. ,Ltd. ,Jinchuan 737100,China;3. Tangshan Tanglong New Building Materials Co. ,Ltd. ,Tangshan 063000,China) Abstractꢀ Mining with full tailing filling is the development tendency to exploit iron ore. Reducing the mining cost is the only way to keep iron ore filling stoping. With water-quenched slag as main raw material,alkali and salt as a composite activa- tor,a new type of full-tailing cementing material called as KWF (full tailings consolidated powder in mine) was obtained. Com- pared with the cement,the KWF has features of lower cost and higher strength. It has obvious advantage for the full tailing fill- ing with high clay. The KWF instead of cement to be used in filling mining can reduce the cost of filling mining,and also real- ize the comprehensive utilization of the solid waste,so as to protect the environment and realize no waste mining. The KWF has been produced by Tanglong New Building Material Co. ,Ltd. and applied in the iron mine in Dongkai mining company with sig- nificant economic and social benefits obtained. It lays a foundation for the filling stoping of large lean iron ore in Sijiaying dis- trict. Keywordsꢀ Iron mine,Mining method of full tailings filling,New filling cementing material,Full tailings consolidated powder in mine (KWF),Application research ꢀ ꢀ 矿产资源是保障我国经济和社会可持续发展的 条件相对复杂,导致我国铁矿的开采成本高,采矿效 益差,由此降低了在国际上的竞争力。 同时,矿床开 采产生大量空区,排放大量废石、尾砂和废渣。 据不 完全统计,截止到 2013 年底,矿山开采引起的地表塌 重要物质基础。 随着国民经济快速发展,我国对铁矿 资源需求量迅速增长,导致供需矛盾日趋紧张。 2011 年我国进口铁矿石达到 6. 86 亿 t,预测 2020 年铁矿 石消费量将达到 15. 7 亿 t,而我国自产铁矿石只能满 足 40% 左右。 因此,铁矿石资源紧缺已经成为制约 我国国民经济可持续发展的“瓶颈”。 2 陷面积已达 1 150 km ,每年的经济损失高达 4 亿元 以上。 采矿排放的废石达到 127 亿 t,尾矿达到 50 多 亿 t。 废弃物堆放占用大量的良田,严重污染环境;同 时,不断排放的尾砂和废石,使尾矿库和废石场存在 重大的安全隐患,严重危及人们的生命和财产安全。 我国金属矿产资源相对贫乏,矿石品位低,开采 条件差,而且矿体埋藏深,矿床水文地质和工程地质 收稿日期ꢀ 2015-05-25 基金项目ꢀ 国家高技术研究发展计划(863 计划)项目(编号:SS2012AA062405)。 作者简介ꢀ 杨志强(1957—),男,教授,研究员,博士,博士研究生导师。 通讯作者ꢀ 高ꢀ 谦(1956—),男,教授,博士研究生导师。 · 163· 总第 470 期ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金ꢀ ꢀ 属ꢀ ꢀ 矿ꢀ ꢀ 山ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2015 年第 8 期 废石和尾砂充填不仅能够将选矿尾矿和采掘废 石等固体废弃物回填到采空区,避免地表塌陷,消除 矿山安全隐患,而且还可以减少废弃物对环境的污 染,从而保护环境,实现绿色清洁生产。 由此可见,充 填法采矿不仅是有色金属资源开发的必然选择,而且 也是铁矿乃至煤矿开采的必由之路。 目前,针对固体 废弃物胶结充填采矿已经开展了大量研究,主要集中 在两个方面:其一,固体废弃物料的选择和优化配 填采矿成本,近年来,人们一直在致力于研究适用于 全尾砂充填料的低成本和高性能的新型充填胶凝材 料。 从 2010 年 6 月开始,河钢集团矿业公司与北京 科技大学联合攻关,并得到河北省科技厅资金支持, 开展了全尾砂新型充填胶凝材料研究与开发。 在唐 山唐龙新型建材有限公司的大力支持和协助下,通过 室内、中试和工业试验,开发出适用于全尾砂充填料 的新型充填胶凝材料———矿山尾砂固结粉( 简称矿 尾粉,代号为 KWF)。 [ 1-6] 比 ;其二,以固体废弃物作为充填料浆的管道输送 6-16] 。 近年来,随着我国对环境 [ 技术与减阻技术研究 矿尾粉是以唐山唐龙新型建材有限公司生产的 S95 等级的矿渣微粉作为主要原料,采用石灰、脱硫 石膏和脱硫灰渣作为激发剂,并根据不同矿山的全尾 砂物化特性与粒径级配,添加适量的外加剂,实现对 矿渣微粉潜在活性的有效激发,从而获得与水泥具有 相同的水硬化特性的新型胶凝材料,替代水泥应用于 矿山的全尾砂充填料的胶结充填法采矿。 保护日趋重视,铁矿充填法采矿已经成为新建矿山开 发的重要选择。 然而,与有色矿山不同,铁矿充填法 开采面临两个方面的问题:一方面,铁矿尤其是贫铁 矿开采,排放大量的废石和选矿尾砂;同时冶炼产生 大量水淬渣、脱硫石膏、粉煤灰等固体废弃物;以尾 砂、废石作为充填料,利用水淬渣、脱硫石膏和粉煤灰 开发充填胶凝材料,实现对尾砂、废石和冶金废渣的 资源化综合利用,是铁矿充填法采矿亟待解决的环境 保护问题。 另一方面,我国充填法矿山大多采用水泥 作为充填胶凝材料,充填采矿成本高,全尾砂胶结充 填体强度低,因此导致充填采矿经济效益差。 开发适 用于铁矿全尾砂充填料的新型胶凝材料,是实现贫铁 矿充填法开采的必由之路,为此已经开展探索性研 1. 2ꢀ 矿尾粉充填胶凝材料的基本特性 1. 2. 1ꢀ KWF 对全尾砂充填料的基本要求 根据充填矿山采矿方法、采矿技术条件以及安全 生产要求,进行充填料浆设计、制备与输送。 作为全 尾砂充填料的新型胶凝材料的矿尾粉,输送料浆浓度 不大于饱和浓度,胶砂比可根据井下充填体强度要求 进行调整,一般为(1 ∶ 6) ~ (1 ∶ 20)。 料浆浓度根据 管道输送阻力进行设计,一般设计质量浓度为 65% ~ 70% 。 但当全尾砂粒度与级配不同时,矿尾粉胶结 充填体的力学与输送特性存在较大差异。 表 1 给出 了矿尾粉胶凝材料对全尾砂充填料的粒径与有害化 [ 17-20] 究 。 实现大型贫铁矿床安全、高效和绿色开采,是充 填法采矿的发展趋势,也是铁矿资源开发必由之路。 针对正在建设中的司家营地区大型贫铁矿充填法矿 山,从 2010 年开始,北京科技大学和河钢集团矿业有 限公司联合攻关,在唐山唐龙新型建材有限公司的协 助下,开发出适用于全尾砂充填的新型充填胶凝材 料———矿用尾砂固结粉(简称矿尾粉)。 在河钢集团 石人沟铁矿工业化试验获得成功后,已经在秦皇岛东 华集团东凯矿业公司旗下的充填矿山推广应用,由此 获得了显著的经济效益和社会效益。 矿尾粉的开发 和推广应用,不仅实现了全尾砂、冶金废渣、脱硫石膏 等固体废弃物的资源化利用,而且还降低了充填采矿 成本,提高了采矿效益,为贫铁矿充填法采矿奠定了 基础。 矿尾粉的成功开发和工业化应用,为正在建设 中的司家营地区的田兴铁矿、马城铁矿、常峪铁矿、大 贾庄铁矿等大型贫矿充填法开采提供了技术支撑。 学成分的基本要求。 表 1ꢀ 矿尾粉对全尾砂充填料的基本要求 Table 1ꢀ The basic requirements of KWF for full tailings filling material 全尾砂粒度 / % 20μm ꢁ37μm 20 ≤30 有害成分含量/ % pH ꢁ MnO ≤6 SO3 ≤ ≤3. 5 5 ~ 9 1. 2. 2ꢀ KWF 胶凝材料的初终凝特性 充填胶凝材料需要满足充填料浆的初终凝凝结 时间和安定性。 按照 GB / T1346—2001 水泥标准稠 度用水量、凝结时间、安定性检验方法,对矿尾粉胶凝 材料的凝结时间、安定性进行检验。 检测结果见表 2 。 由此可见,KWF 胶凝材料的初终凝时间和安定性 均合格。 1 ꢀ 矿尾粉新型充填胶凝材料性能 2 ꢀ 矿尾粉充填胶凝材料的力学特性 1 . 1ꢀ 矿尾粉胶凝材料简介 2. 1ꢀ 矿尾粉胶结充填体单轴抗压强度 采用水泥胶凝材料进行充填法开采的采矿成本 针对司家营和石人沟 2 个矿山全尾砂充填料,开 高,充填费用占采矿成本的 1 / 3 ~ 1 / 2。 对于含泥量 大于 20% 的铁矿全尾砂充填成本还高。 为了降低充 展了 119 组胶砂试验,获得了不同胶砂比矿尾粉全尾 · 164· ꢀ ꢀ ꢀ 杨志强等:铁矿全尾砂新型充填胶凝材料的开发及应用研究ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2015 年第 8 期 表 2ꢀ 2 种充填胶凝材料凝结时间和安定性 Table 2ꢀ The setting time and stability of both cementing materials of KWF and cement 矿尾粉新型胶凝材料的砂浆流动性(塌落度和稠度) 大于水泥胶凝材料砂浆的流动性;当胶砂比非 1 ∶ 10 时,新型胶凝材料的砂浆的流动性(塌落度和稠度) 小于水泥胶凝材料砂浆的流动性。 显然,采用矿尾粉 全尾砂充填料浆的流动性与水泥胶凝材料基本相当, 不存在显著差异性。 胶凝 材料 料浆浓度 初凝时间/ h 终凝时间/ h 胶砂比 / % 第 1 次 第 2 次 第 1 次 第 2 次 KWF 1 ∶ 8 1 ∶ 8 68 68 20. 75 19. 92 22 20. 92 29 3 2. 5 水泥 29. 08 28. 25 29. 83 表 4ꢀ KWF 胶凝材料全尾砂胶结充填体的 砂胶结充填体试验结果(见表 3)。 图 1 给出了矿尾 粉全尾砂充填料胶结充填体强度与胶砂比的关系曲 线。 由此可见,在胶砂比小于 1 ∶ 10 的情况下,胶砂 比对充填体强度影响显著;当胶砂比大于 1 ∶ 8 后,充 填体强度随胶砂比的增加基本呈线性增加。 试验结 果表明,矿尾粉胶凝材料在低胶砂比((1 ∶ 12) ~ 长期强度试验结果(胶砂比 1 ∶ 8) Table 4ꢀ The test results of long-term strength of KWF cement material with full tailings ( ratio of cement to tailing 1 ∶ 8) 龄期 抗压强度/ MPa 龄期 / d 抗压强度/ MPa 单ꢀ 次 平ꢀ 均 / d 单ꢀ 次 . 35 0. 36 平ꢀ 均 ( 1 ∶ 8))的条件下,胶结充填体强度增加更为显著; 0 0. 79 0. 61 0. 73 4. 08 4. 50 同时,随着胶砂比的增加,后期强度线性增加的斜率 3 0. 36 7 0. 71 4. 29 0 2 . 38 . 24 也在增大。 表 3ꢀ KWF 全尾砂胶凝材料不同胶砂比的充填体强度 Table 3ꢀ The filling strength of KWF full-tailing cementing material with different ratios of cement to tailing 充填体强度/ MPa 28 2. 23 2. 25 90 2 . 28 表 5ꢀ 矿尾粉和水泥 2 种胶凝材料全尾砂浆流动性试验结果 Table 5ꢀ The test results of full tailings mortar liquidity for both KWF and cement materials 序号 胶砂比 3 d 7 d 28 d 5. 30 3. 35 3. 00 1. 98 1 2 3 4 1 ∶ 5 1 ∶ 8 1. 44 0. 97 0. 31 0. 21 3. 29 2. 23 1. 69 0. 47 质量 矿尾粉新型胶凝材料料浆 32. 5 水泥料浆 塌落度 稠度 分层 1 ∶ 10 1 ∶ 12 胶砂比 浓度 塌落度 / % 稠度 分层 / cm / cm 度/ cm / cm / cm 度/ cm 7 6 27. 4 26. 6 15. 5 29. 0 26. 5 19. 8 27. 2 23. 3 13. 3 26. 5 22. 0 11. 5 14. 5 10. 5 8. 0 0. 0 1. 5 0. 5 0. 2 0. 5 0. 0 0. 5 2. 5 1. 5 0. 0 1. 8 2. 5 30. 0 14. 5 0. 0 1 ∶ 8 78 27. 5 25. 2 22. 2 18. 0 17. 0 29. 0 27. 5 25. 0 29. 0 27. 0 23. 0 14. 5 11. 8 14. 5 10. 9 5. 0 0. 0 2. 7 0. 0 0. 8 0. 5 0. 0 2. 8 1. 3 0. 0 2. 2 1. 8 8 0 6 7 14. 5 12. 8 5. 7 1 ∶ 10 78 8 0 6 7 14. 0 11. 4 7. 3 14. 5 14. 5 12. 0 14. 5 13. 5 10. 3 1 1 ∶ 12 78 80 图 1ꢀ 矿尾粉胶凝材料的胶砂比 76 13. 0 9. 0 ∶ 15 78 与充填体强度的关系曲线 80 6. 7 Fig. 1ꢀ The relation curves of both the filling strength and the ratio of cement to tailing for KWF 3ꢀ 矿尾粉胶凝材料工业应用与成本分析 3. 1ꢀ 矿尾粉胶凝材料矿山充填试验 ◆ ■ ▲ —3 d; —7 d; —28 d 2 . 2ꢀ 矿尾粉全尾砂胶结充填体长期强度 在石人沟铁矿 B 充填站开展了 KWF 和 32. 5 水 泥 2 种胶凝材料在不同胶砂比和浓度条件下的工业 充填试验。 分别从搅拌桶、井下以及充填采场中取 样,采用 7. 07 cm×7. 07 cm×7. 07 cm 三联模具浇注试 采用 KWF 胶凝材料进行全尾砂胶结充填体的 长期强度试验,获得的试验结果见表 4。 可见,矿尾 粉全尾砂胶结充填体 90 d 强度是 28 d 强度的 1. 9 倍。 由此表明,矿尾粉胶凝材料的全尾砂充填体后期 强度较高。 块,分别在井下和地表进行养护和强度测试,获得的 充填体强度试验结果见表 6。 2 . 3ꢀ 矿尾粉胶凝材料全尾砂浆流变特性 可见,矿尾粉和 32. 5 水泥 2 种胶凝材料的全尾 砂胶结充填体强度之比均大于 1。 由此表明,矿尾粉 对全尾砂的固化能力明显优于 32. 5 水泥。 在胶砂比 为(1 ∶ 5) ~ (1 ∶ 20)和浓度在 66% ~ 72% 的范围内, 针对矿尾粉和 32. 5 水泥 2 种胶凝材料,开展了 不同胶砂比和浓度的全尾砂料浆流动性试验。 由此 获得的试验结果见表 5。 可见,当胶砂比 1 ∶ 10 时, · 165· 总第 470 期ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金ꢀ ꢀ 属ꢀ ꢀ 矿ꢀ ꢀ 山ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2015 年第 8 期 种胶凝材料的胶结充填体强度之比值最小 1. 5,最 2 大 3. 5,平均 2. 5。 可见,在相同配比条件下,矿尾粉 的充填体强度是 32. 5 水泥的 2. 5 倍左右。 显然, KWF 具有较高的力学特性,尤其对于低胶砂比条件 下(<1 ∶ 10),KWF 胶凝材料的优势更加明显。 表 6ꢀ KWF 和 32. 5 水泥胶凝材料 全尾砂充填体强度试验结果 Table 6ꢀ The strength of full-tailing cementing filling body for both KWF and cement materials 图 2ꢀ 前白石矿区充填站 Fig. 2ꢀ The filling station of Qianbaishi mine # # 2 1 8 d 强度 / MPa 1 / 2 抗压强 强度测试。 表 7 ~ 表 9 给出了 2013 年 8 月东凯矿业 料浆浓度 编号 胶砂比 # # 2 / % 公司在充填采场中取样进行实测的充填体强度。 表 7ꢀ 矿尾粉全尾砂胶结充填体 3 d 强度试验结果 Table 7ꢀ 3 d strength of cementing filling body for KWF cement material ( KWF) (32. 5 水泥) 度之比 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 ∶ 5 1 ∶ 5 66 68 70 72 66 68 70 72 66 68 70 72 66 68 70 72 66 68 70 72 2. 26 2. 67 2. 77 3. 32 1. 16 1. 91 2. 12 2. 19 1. 47 1. 62 1. 71 2. 06 0. 82 0. 76 0. 96 1. 24 0. 36 0. 42 0. 57 0. 67 1. 25 1. 75 1. 78 1. 95 0. 61 0. 78 0. 78 0. 9 1. 81 1. 53 1. 56 1. 70 1. 90 2. 45 2. 72 2. 43 3. 34 3. 24 3. 00 2. 99 3. 04 2. 81 3. 10 3. 54 1. 89 2. 21 2. 59 2. 58 1 ∶ 5 1 ∶ 5 取样位置 胶砂比 料浆浓度 / % 3 d 强度/ MPa 1 ∶ 8 三中 1 采场 三中 1 采场 三中 1 采场 三中 1 采场 三中 1 采场 三中 1 采场 三中 1 采场 三中 1 采场 四中 9ꢁ5 采场 四中 9ꢁ5 采场 四中 9ꢁ5 采场 平均值 1 ∶ 8. 3 1 ∶ 8. 2 1 ∶ 8. 3 1 ∶ 8. 2 1 ∶ 8. 2 1 ∶ 8. 3 1 ∶ 8. 3 1 ∶ 8. 4 1 ∶ 7. 3 1 ∶ 10 73 73 1. 1 0. 8 0. 7 0. 6 0. 9 0. 8 1. 3 0. 8 0. 9 0. 5 0. 7 0. 8 1 ∶ 8 1 ∶ 8 73 1 ∶ 8 73 1 ∶ 10 1 ∶ 10 1 ∶ 10 1 ∶ 10 1 ∶ 15 1 ∶ 15 1 ∶ 15 1 ∶ 15 1 ∶ 20 1 ∶ 20 1 ∶ 20 1 ∶ 20 0. 44 0. 50 0. 57 0. 69 0. 27 0. 27 0. 31 0. 35 0. 19 0. 19 0. 22 0. 26 73 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 72 72 74 73 73 1 ∶ 8. 3 1 ∶ 8. 3 73 72. 9 表 8ꢀ 矿尾粉全尾砂胶结充填体 7 d 强度试验结果 Table 8ꢀ 7 d strength of cementing filling body for KWF cement material 3 . 2ꢀ 矿尾粉在充填矿山的推广应用 在工业充填试验的基础上,开展了矿尾粉胶凝材 取样位置 胶砂比 料浆浓度 / % 7 d 强度/ MPa 三中 1 采场 三中 1 采场 三中 1 采场 三中 1 采场 三中 1 采场 三中 1 采场 三中 1 采场 三中 1 采场 三中 1 采场 三中 1 采场 三中 1 采场 三中 1 采场 三中 1 采场 平均值 1 ∶ 8. 3 1 ∶ 8. 3 1 ∶ 8. 4 1 ∶ 8. 1 1 ∶ 8. 3 1 ∶ 8. 3 1 ∶ 8. 2 1 ∶ 8. 3 1 ∶ 8. 2 1 ∶ 8. 2 1 ∶ 8. 3 1 ∶ 8. 4 1 ∶ 8. 4 1 ∶ 8. 3 73 73 1. 9 1. 7 0. 8 1 料在秦皇岛东华集团公司东凯矿业有限公司铁矿山 的推广应用工作。 东凯矿业公司位于秦皇岛市昌黎 县境内,是集矿山开采、铁精粉生产于一体的民营企 业,矿山南临沿海高速,西临唐山市滦县,北有 205 国 道、京沈高速交通便利。 企业所开发的矿石资源丰 富,现有前白石北矿区、前白石南矿区、孙庄北矿区、 孙庄南矿区。 年开采量 85 万 t,充填采空区 35 万 73 73 73 1. 7 0. 8 1. 5 1 73 73 73 73 1. 2 1. 5 1. 2 1. 3 0. 8 1. 3 73 3 m 。 前白石矿区采用留矿法采矿,嗣后充填,图 2 为 72 该矿充填站。 74 从 2013 年 10 月,前白石矿采用唐山唐龙新型建 材有限公司生产的矿尾粉替代水泥胶凝材料进行充 填。 设计胶砂比为 1 ∶ 6,充填料浆浓度 72% ,3 d 强 度 0. 5 MPa,7 d 强度 1. 0 MPa;28 d 强度 2. 0 MPa。 为了检测矿尾粉全尾砂胶结充填体的强度,在充 填过程中,在采场的不同位置进行胶结充填体取样和 74 73. 1 ꢀ ꢀ 可见,在胶砂比为 1 ∶ 8 和料浆浓度为 73% 时, 矿尾粉全尾砂胶结充填体的 3 d 和 7 d 平均强度分别 达到 0. 8 MPa 和 1. 3 MPa,大于 0. 5 MPa 和 1. 0 MPa 的设计强度。实测的平均胶砂比为1 ∶ 6. 3和浓度为 · 166· ꢀ ꢀ ꢀ 杨志强等:铁矿全尾砂新型充填胶凝材料的开发及应用研究ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2015 年第 8 期 表 9ꢀ 矿尾粉全尾砂胶结充填体 28 d 强度试验结果 Table 9ꢀ 28 d strength of cementing filling body for KWF cement material 填体强度是 32. 5 水泥的 3 ~ 4 倍;矿尾粉胶凝材料成 本是 42. 5 水泥的 65% 左右,其强度是 42. 5 水泥的 1. 5 ~ 2 倍。 显然,与普通硅酸盐水泥材料相比,矿尾 取样位置 胶砂比 料浆浓度/ % 28 d 强度/ MPa 粉具有较高的性价比。 四中 9ꢁ6 采场 三中 2ꢁ2 采场 四中 9ꢁ6 采场 四中 9ꢁ6 采场 三中 2ꢁ2 采场 四中 9ꢁ1 采场 三中 2ꢁ2 采场 四中 9ꢁ1 采场 四中 9ꢁ1 采场 四中 9ꢁ1 采场 四中 4ꢁ2 采场 三中 3ꢁ1 采场 三中 3ꢁ1 采场 三中 3ꢁ1 采场 平均值 1 ∶ 8. 1 1 ∶ 4. 2 1 ∶ 8. 2 1 ∶ 8. 2 1 ∶ 4. 0 1 ∶ 8. 1 1 ∶ 4. 0 1 ∶ 7. 4 1 ∶ 7. 4 1 ∶ 7. 1 1 ∶ 7. 2 1 ∶ 3. 9 1 ∶ 4. 9 1 ∶ 4. 9 1 ∶ 6. 3 73 73 72 70 72 72 74 72 72 72 72 72 74 73 72. 4 2. 0 2. 6 2. 2 1. 0 2. 9 2. 2 2. 1 2. 4 3. 4 2. 9 3. 3 1. 5 1. 8 2. 3 2. 3 4 ꢀ 结ꢀ 论 铁矿充填法开采是铁矿资源开发的发展趋势,是 复杂难采矿床开采的必由之路。 然而,由于铁矿全尾 砂粒度细,含泥量高,以水泥作为充填胶凝材料充填 法采矿,不仅采矿成本高,而且料浆管道输送阻力大, 导致充填采矿成本高和管道输送料浆浓度低,由此给 大型贫铁矿充填法采矿带来严峻的采矿经济效益问 题。 提高铁矿山充填采矿效益是铁矿资源开发亟待 解决的重要课题。 针对河钢矿业公司正在建设中的司家营矿区大 型充填法采矿矿山,开展了铁矿全尾砂新型充填胶凝 材料开发研究,并成功地开发出成本低和强度高的矿 尾粉新型充填胶凝材料———矿尾粉(KWF)。 通过大 量的室内试验验证和在石人沟铁矿的工业充填试验, 证明了 KWF 充填胶凝材料具有显著优点。 矿尾粉 材料已经在唐山唐龙新型建材有限公司工业化生产, 在东华集团东凯矿业公司矿山推广应用,获得了显著 的经济效益和社会效益。 矿尾粉材料的成功开发与 应用,为正在建设中的司家营地区的大型充填矿山安 全、高效和绿色采矿奠定了基础。 7 2. 4% 的情况下,28 d 的平均充填体强度达到 2. 3 MPa,也高于设计的 2. 0 MPa。 综上所述,采用矿尾 粉替代水泥应用于全尾砂充填,完全满足上向分层胶 结充填法开采对充填体强度的要求。 东华集团东凯矿业公司从 2013 年 11 月开始使 用尾粉充填材料进行矿山充填法开采。 截止到 2014 年 8 月矿尾粉用量达到 4. 1 万 t,平均每月矿尾粉用 量达到 4 100 t。 3 3 . 3ꢀ 矿尾粉胶凝材料性价对比分析 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 . 3. 1ꢀ 矿尾粉与水泥胶凝材料强度对比分析 表 10 给出了矿尾粉与 32. 5 和 42. 5 标号水泥在 [ [ [ 1]ꢀ 刘宝友 . 矿山充填料的选择与应用[ J]. 现代矿业,2010(2): 23-124. 1 胶砂比为 1 ∶ 8 和 68% 浓度条件下,全尾砂胶结充填 体强度对比试验结果。 可见,在此条件下,矿尾粉胶 结充填体强度是 32. 5 水泥的 3 ~ 4 倍,是 42. 5 水泥 Liu Baoyou. Selection and application of mine filling material [J]. Modern Mining,2010(2):123-124. 2]ꢀ 林章锋,谢建兵 . 充填材料的优化选择试验[ J]. 金属矿山, 2 009(S):294-295. 的 2 倍左右。 Lin Zhangfeng,Xie Jianbing. Optimized selection test of filling mate- rials[J]. Metal Mine,2009(S):294-295. 表 10ꢀ 矿尾粉胶凝材料与水泥胶结 充填体强度对比试验结果 3]ꢀ 张ꢀ 璐,吕广忠 . 金属矿山充填采矿法中充填材料的应用及展 望[J]. 现代矿业,2010(1):20-22. Table 10ꢀ The strength comparison of the cemented filling body of both KWF and cement Zhang Lu, Lu Guangzhong. The application and prospect of filling material in metal mine filling mining methods[ J]. Modern Mining, 2010(1):20-22. 抗压强度 / MPa 矿尾粉与水泥强度比 料浆浓 胶凝材料 胶砂比 度/ % 7 d 28 d 7 d 28 d KWF 1 ∶ 8 68 68 68 1. 14 0. 30 0. 59 2. 44 0. 56 1. 30 [4]ꢀ 郭利杰,杨小聪 . 废石尾砂胶结充填试验研究[J]. 武汉理工大 学学报,2008,30(11):75-78. 3 4 2. 5 水泥 1 ∶ 8 2. 5 水泥 1 ∶ 8 3. 8 1. 9 4. 4 1. 9 Guo Lijie,Yang Xiaocong. Test study on cemented rock-tailings fill- ing[J]. Journal of Wuhan University of Technology,2008,30(11): 3 . 3. 2ꢀ 矿尾粉与水泥 2 种胶凝材料成本对比分析 7 5-78. 根据矿尾粉胶凝材料生产原料计算出矿尾粉材 [ 5]ꢀ 李云武,陈闻舞 . 全尾砂碎石膏体充填材料试验研究[J]. 中国 矿山工程,2004,33(2):4-6. 料的成本为 190 元/ t。 目前 32. 5 水泥材料费 240 元/ t 左右,42. 5 水泥材料费是 290 元/ t。 由此可见, 矿尾粉胶凝材料成本是 32. 5 水泥的 79% 左右,而充 Li Yunwu,Chen Wenwu. Test study on paste fill material of total tailings and broken rock [ J] . China Mine Engineering, 2004, 33 · 167· 总第 470 期ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金ꢀ ꢀ 属ꢀ ꢀ 矿ꢀ ꢀ 山ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2015 年第 8 期 ( 2):4-6. 6]ꢀ 王正辉 . 金川矿山废料胶结充填工艺技术研究[J]. 采矿技术, 011,11(4):32-36. [14]ꢀ 崔明义,孙恒虎 . 基于 MATLAB 的胶结充填材料线性回归研 究[J]. 矿冶工程,2002,22(3):11-12. [ [ 2 Cui Mingyi,Sun Henghu. Research on linear regression of binder backfill material based on MATLAB[J]. Mining and Metallurgical Engineering,2002,22(3):11-12. Wang Zhenghui. Study on technology of waste cemented filling in Jinchuan mine[J]. Mining Technology,2011,11(4):32-36. 7]ꢀ 王晓宇,乔登攀 . 废石全尾砂高浓度充填料浆管输阻力影响因 素分析[J]. 有色金属:矿山部分,2010,62(4):61-65. [15]ꢀ 王新民 徐东升 . 胶结充填料优化配比研究及强度预测[J]. 矿业快报,2006,(12):20-23. Wang Xiaoyu,Qiao Dengpan. Analysis of the influence of waste rock- full tailings high concentration filling on the resistance of slurry pipe- line transport[J]. Nonferrous Metal:Mining Section,2011,62(4): Wang Xinmin,Xu Dongsheng. Research on optimization proportio- ning of cemented filling material and strength forecasting [J]. Express Information of Mining Industry,2006,25 (12 ):20- 23. 61-65. [ [ 8]ꢀ 乔登攀,姚维信 . 金川矿山废石ꢁ全尾砂高浓度充填工艺试验 研究[J]. 有色金属科学与工程,2011,2(6):57-61. [16]ꢀ 常庆粮,周华强,秦剑云,等 . 膏体充填材料配比的神经网络预 测研究[J]. 采矿与安全工程学报,2009,26(1):74-77. Chang Qingliang,Zhou Huaqiang,Qin Jianyun,et al. Using artifi- cial neural network model to determine the prescription of paste fill- ing materials[J]. Journal of Mining & Safety Engineering,2009,26 (1):74-77. Qiao Dengpan, Yao Weixin. High concentrated filling process of waste rock and total tailings[J]. Nonferrous Metals Science and En- gineering,2011,2(6):57-61. 9]ꢀ 杨志强,王永前,高ꢀ 谦,等 . 全尾砂棒磨砂混合充填料浆优化 配比试验研究[J]. 中国矿山工程,2013,42(6):1-5. [17]ꢀ 董ꢀ 璐,高ꢀ 谦,南世卿,等 . 超细全尾砂新型胶结充填料水化 机理与性能[ J]. 中南大学学报:自然科学版,2013,44 (4): 1571-1577. Yang Zhiqiang,Wang Yongqian,Gao Qian, et al. Experimental re- search on the optimal ratio of compound filling materials of whole tailings and rod milling sand[J]. China Mine Engineering,2013,42 Dong Lu,Gao Qian,Nan Shiqing,et al. Performance and hydration mechanism of new super fine cemented whole-tailings backfilling materials[ J] . Journal of Central South University: Science and Technology,2013,44(4):1571-1577. ( 6):1-5. [ 10]ꢀ 韩ꢀ 斌,吴爱祥,王贻明,等 . 低强度粗骨料超细全尾砂自流胶 结充填配合比优化及应用[ J]. 中南大学学报:自然科学版, 2 013,43(6):2357-2362. [18]ꢀ 杨志强,高ꢀ 谦,陈得信,等 . 金川镍矿全尾砂-棒磨砂混合充 填材料工业充填试验研究[J]. 山东科技大学学报,2014,33 (2):40-47. Han Bin,Wu Aixiang,Wang Yiming,et al. Optimization and appli- cation of cemented hydraulic fill(CHF) with low strength aggregate and extra fine grain full tailings[J]. Journal of Central South Uni- versity:Science and Technology,2012,43(6):2357-2362. Yang Zhiqiang,Gao Qian,Chen Dexin,et al. Industrial filling ex- periment on full tailings-rod milled sands as mixed filling materials in Jinchuan nickel mine[J]. Journal of Shandong University of Sci- ence and Technology,2014,33(2):40-47. [ 11]ꢀ 张钦礼,李谢平,杨ꢀ 伟 . 基于 BP 网络的某矿山充填料浆配 比优化[J]. 中南大学学报:自然科学版,2013,44 (7):2867- 2 874. [19]ꢀ 张光存,杨志强,高ꢀ 谦,等 . 矿用尾砂固结粉在铁矿山全尾砂 现场充填试验研究[J]. 矿冶工程,2014,34(3):19-22. Zhang Guangcun,Yang Zhiqiang,Gao Qian,et al. Study on in-situ backfilling test with total tailings from iron mine with tailings con- solidation powder[J]. Mining and Metallurgical Engineering,2014, 34(3):19-22. Zhang Qinli,Li Xieping,Yang Wei. Optimization of filling slurry ra- tio in a mine based on back-propagation neural network[J]. Journal of Central South University:Science and Technology,2013,44(7): 2867-2874. [ [ 12]ꢀ 龙秀才,陈发吉 . 磷石膏充填材料及其配比试验研究[ J]. 化 工矿物与加工,2011(4):22-25. [20]ꢀ 杨志强,高ꢀ 谦,王永前,等 . 利用金川水淬镍渣尾砂开发新型 充填胶凝剂试验研究[J]. 岩土工程学报,2014,36(8):1498- 1506. Long Xiucai,Chen Faji. Ratio optimization of phosphogypsum filling material and auxiliary materials[J]. Industrial Minerals & Process- ing,2011(4):22-25. Yang Zhiqiang, Gao Qian, Wang Yongqian, et al. Experimental study on new filling cementing material using water-hardening nick- el slag tailings of Jinchuan mine[J]. Chinese Journal of Geotechni- cal Engineering,2014,36(8):1498-1506. 13]ꢀ 王洪江,吴爱祥,陈ꢀ 进,等 . 全尾砂水淬渣膏状物料可泵性指 标优化[J]. 采矿技术,2007,7(3):15-17. Wang Hongjiang,Wu Aixiang,Chen Jin,et al. Optimization study on paste pumpability index of whole tailings and water quenching slag[J]. Mining Technology,2007,7(3):15-17. ( 责任编辑ꢀ 石海林) · 168·
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