戈壁砂和全尾砂充填骨料在金川矿山的应用研究

戈壁砂和全尾砂充填骨料在金川矿山的应用研究杨志强1，2，杨啸1，高谦1，王永前2，陈得信2

(1.北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京 100083；2.金川集团股份有限公司，

甘肃金昌 737100)

摘要：充填骨料是充填材料的重要组成部分，充填骨料的选择与应用直接影响充填采矿成本和采矿经济效益。戈壁砂和全尾砂在金川充填采矿中的应用，是降低金川充填采矿成本的重要途径之一。根据金川矿山充填系统和工艺参数，采用高浓度料浆和1:4高灰砂比，开展了戈壁砂、全尾砂和棒磨砂的混合料配比试验。试验结果表明，作为充填骨料戈壁砂与棒磨砂不存在本质上差异，可以替代棒磨砂用于金川矿山充填法采矿。全尾砂与棒磨砂混合充填骨料的胶结充填体强度试验发现，当全尾砂掺量控制在30%以内，3 d充填体强度高于纯棒磨砂充填骨料，同时7 d和28 d充填体强度达到金川矿山充填体设计强度。该研究成果应用于金川矿山充填采矿生产，为戈壁砂和全尾砂的工业化应用奠定了基础。

关键词：充填骨料；戈壁砂；全尾砂；充填采矿法；应用研究

doi:10.3969/j.issn.1000-6532.2015.04.00x

中图分类号：TD863 文献标志码：A 文章编号:1000-6532(2015)04

充填料浆是由充填骨料、胶凝材料、水和外加剂混合制备而成。充填骨料的粒径、形状以及颗粒级配直接影响充填体强度和料浆的管道输送特性。降低采矿成本和保护环境是资源开发必由之路。尾砂、废石、水淬渣等废弃物作为充填材料在充填采矿中的应用，是充填采矿的发展趋势和研究课题。因此，由不同物化特性和粒级级配组成的混合充填骨料的胶结充填体强度研究，是充填采矿技术亟待研究解决的技术难题之一。郭利杰等人针对废石与尾砂混合的充填骨料，开展了不同配比的充填体强度试验。研究表明：废石-尾砂混合骨料的胶结充填体强度，随着废石含量增加而提高[1]。王晓宇等进行了废石-尾砂混合集料高浓度料浆管输阻力研究。结果表明，由于粗粒级废石骨料的加入，料浆的流变和输送特性发生很大变化[2]。

6.5:3.5和6:4两种配比的试验结果表明，废石-全尾砂配比6:4较优。李云武等通过全尾砂-碎石膏体充填骨料的试验研究，确定了全尾砂碎石膏体充填料浆的合理配比和料浆浓度[3]。龙秀才等还开展了磷石膏、粘土、红页岩等混合骨料配比的试验[4]。韩斌等进行了低强度粗骨料和超细全尾砂两种骨料的混合料浆自流胶结充填配合比优化[5]。杨志强、乔登攀等人针对金川矿山充填材料，分别开展了全尾砂与棒磨砂以及全尾砂与废石混合料的合理配比试验[6-7]。李坦平和赵三银采用RRB方程中的粒径特征值De和均匀系数n 两个参数来研究水泥特性与颗粒级配的关系[8-9]。本文以金川镍矿为工程背景，分析不同充填骨料的粒径级配，并根据不同充填骨料的试验结果，研究戈壁砂与全尾砂对充填体强度影响以及在金川矿山的应用。

1 金川充填料物化特性与粒级级配

1.1 金川矿山充填骨料选择

目前国内外选用的充填骨料主要有尾砂、棒磨砂、废石、河砂和戈壁集料等。胶结剂主要有普通硅酸

收稿日期:2014-11-09

*基金项目：国家高技术研究发展计划（863）（编号：SS2012AA062405）

*作者简介：杨志强：男（1957-），博士教授，博士生导师，主要从事金属矿充填采矿技术与废弃物综合利用等方面研究与

盐水泥、复合硅酸盐水泥、矿渣水泥和钢渣水泥等。金川矿山根据矿山所处的特殊地理环境及采矿方法对充填体强度要求，选用-3 mm棒磨砂、冲积砂（戈壁砂）、选矿尾砂和井下掘进废石（破碎至-3 mm）等材料。在大量试验研究基础上，自流输送系统采用-3 mm棒磨砂及冲积砂（戈壁砂）作为充填骨料；膏体充填系统所用棒磨砂、戈壁砂和选矿尾砂作为骨料。两种充填方式均采用32.5#增强复合水泥，并添加一定比例的早强剂。膏体充填系统另添加适量的粉煤灰。为了降低输送阻力，膏体系统中还添加一定比例的减水剂。

1.2 充填料物化特性分析

（1）棒磨砂。金川砂石厂3个棒磨机系统设计年产细砂126 万t，主体工艺是将露天采出的戈壁集料砂卵石，先经破碎筛分制成粒径小于25 mm的粗集料，除部分直接送龙首矿做充填材料外，其余经棒磨机磨成小于3 mm的细砂，供二矿区充填使用。-3 mm棒磨砂基本物化性能见表1、2，粒径级配采用S1064型激光粒度分析仪进行激光粒度测定，3 mm棒磨砂粒径级配分布见表3，粒级分布曲线见图1。

表1 棒磨砂、戈壁砂的物理性质

Table 1 Physical property of rod-mill tailings and Gobi sand

集料名称密度/tm-3容重/tm-3孔隙率/% 渗水率/（mm·h-1）含泥量/% -3 mm棒磨砂 2.67 1.501 43.78 116.2 3.89 戈壁砂 2.65 1.525 42.45 150.0 7.38

表2 棒磨砂、戈壁砂化学成份测定/%

Table 2 Chemical composition determination of rod-mill tailings and Gobi sand

Fe2O3CaO MgO Al2O3SiO2S

1.92 3.4 0.87 8.69 74.48 0.024 （2）戈壁砂。戈壁砂为露天采出的戈壁集料砂卵石，其物化参数见表1和表2，粒级分布曲线见图2。

图1 棒磨砂粒级分布曲线图2 戈壁砂粒级分布曲线

Fig. 1 Size distribution curves of rod-mill tailings Fig. 2 Size distribution curves of Gobi sand

（3）选矿尾砂。从二矿区充填站尾砂仓放出的尾砂中取样，测定其物理化学性质见表3，粒级分析结果见表4，粒级分布曲线见图3。

表3 全尾砂物理性质与化学成分

Table 3 Physical property and chemical composition of whole tailings

密度/t m-3容重/t m-3孔隙率/% Ni/% Cu/% Co/% Fe/% Au/% Pt/% Pd/% S/% CaO/% MgO/% SiO2/% Al2O3/%

2.83 1.14 59.72 0.28 0.2 0.017 9.9 0.069 0.05 0.05 1.63

3.09 27.79 36.41 7.77

表4 全尾砂粒级组成