CN105422171A - 一种提高微细粒尾砂充填体渗透速度与强度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高微细粒尾砂充填体渗透速度与强度的方法,采用金属矿浮选全尾砂作为充填料骨料,配制成重量浓度为67%~72%的充填料置于搅拌机内,按充填料浆试样体积20~35g/m3掺入聚丙稀酰胺,然后搅拌28s~30s;或采用金属矿浮选全尾砂和水泥,按水泥:尾砂为1:4的灰砂比,配制成重量浓度为67%~72%的料浆,按充填料浆体积260~460g/m3掺入聚丙稀酰胺,然后搅拌25s~35s。本发明方法提高了全尾砂充填体的渗透速度,使充填体快速凝固;有利于提高充填体强度,节约水泥,降低充填成本。

Description

一种提高微细粒尾砂充填体渗透速度与强度的方法
技术领域
本发明涉及一种矿山细颗粒尾砂充填技术,具体涉及一种提高微细粒尾砂充填体渗透速度与强度的方法。
背景技术
利用尾砂充填的要求和目的:1、充填要求渗透性好,渗透速度快,充填体无积水无糖化;2、充填体要求凝固时间短,且具有一定的抗压强度;3、最大限度的处理尾砂,包括粗颗粒与细颗粒尾砂一并充填,减少矿山固体废物的排放。
微细粒含量大的尾砂(微细粒粒度<50μm,微细粒含量45~50%),堆坝过程中渗透速度慢,尾矿库长期不能形成干堆,造成尾矿库安全隐患;这类尾砂用于充填,渗透速度慢,在采场中充填体水长期不能排出,造成积水糖化,充填体不凝固或凝固时间长,甚至1~3年都不能凝固,导致充填体强度低,甚至没有强度,制约了充填采矿的发展。
现对微细粒含量大的尾砂充填,为了解决渗透速度慢,不凝固,强度低等技术难题,采取高分级率排出细颗粒尾砂,只利用粗颗粒尾砂充填;提高水泥等胶凝材料的用量,像细颗粒多的尾砂水泥用量要提高一倍,增大充填成本;充填技术上,微细颗粒尾砂含量大,使得充填料浆浓度提不上,只能控制在62%~65%,容易导致料浆离析、脱水甚至堵管;为了实现微细粒含量大的尾砂充填,需要增加大量的粗骨料,导致充填工艺复杂,技术难度大,改变原有尾砂自流输送方式而需采用泵送。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高微细尾砂大含量充填体渗透速度与强度的方法。
本发明的技术方案为:一种提高微细粒尾砂充填体渗透速度与强度的方法,采用金属矿浮选全尾砂作为充填料骨料,配制成重量浓度为67%~72%的充填料置于搅拌机内,按充填料浆试样体积20~35g/m3掺入聚丙稀酰胺,然后搅拌28s~30s;或采用金属矿浮选全尾砂和水泥,按水泥:尾砂为1:4的灰砂比,配制成重量浓度为67%~72%的料浆,按充填料浆体积260~460g/m3掺入聚丙稀酰胺,然后搅拌25s~35s。
上述金属矿浮选全尾砂粒度<50μm的微细粒含量45~50%。
所用聚丙烯酰胺为阴离子型,分子量为1200~1600万。
聚丙稀酰胺添加地点视充填料输送条件置于地表充填站。
优选的,采用金属矿浮选全尾砂和水泥时,聚丙稀酰胺加入量270~390g/m3;只采用金属矿浮选全尾砂时,聚丙稀酰胺加入量21~27g/m3
本发明主要有下述的改进:
1、在充填体中添加聚丙稀酰胺,使充填体中水泥和微细颗粒形成憎水基团与亲水基团,水泥颗粒由絮团状分散成微细粒子,水泥与骨料比表面积增加,双方充分结合,提高水泥效用,提高充填体强度。在憎水端和亲水端形成过程中,也使微细粒尾砂絮团分散成细小的颗粒,使充填体形成水流动的微细通道,达到提高渗透速度的目的;
2、搅拌时间控制在20~35s,聚丙稀酰胺加入充填料浆中,经过搅拌均匀、水化和分散后,形成一定的凝固团体(胶体和似胶体),但当35s后再进行搅拌,会破坏已形成的絮团体,充填体会回归到到原始状态;为了确保搅拌时间控制在20~35s,添加地点视充填料输送条件置于地表充填站。
在充填体中添加聚丙烯酰胺和在混凝土中添加聚丙烯酰胺,所起作用并不相同,具体来说:
在混凝土中添加聚丙烯酰胺:聚丙烯酰胺所含有的阴离子表面活性剂使混凝土中水泥粒子互相分散,使水泥凝聚体包囊的游离水被释放出来,充分使凝聚的水泥团扩散,彻底水化,结构密实,是为了达到增加砂浆强度的技术要求。
而在充填体中添加聚丙烯酰胺的作用主要是:提高水泥效用,提高充填体强度;提高充填体渗透速度,其机理如上述。
通过运用本发明的技术做大量试验证明:
1、全尾砂非胶结充填料浆的渗透速度能明显提高,其中效果较突出的为:当每m3充填料浆掺入聚丙稀酰胺21.5g,搅拌时间控制在30s时,充填料浆的渗透速度由2.083cm/h提高到2.717cm/h,当每m3充填料浆掺入聚丙稀酰胺26.6g,搅拌时间控制在28s时,充填料浆的渗透速度由2.083cm/h提高到2.517cm/h,当每m3充填料浆掺入聚丙稀酰胺31.5,搅拌时间控制在28s时,充填料浆的渗透速度由2.083cm/h提高到2.295cm/h;
2、全尾砂胶结充填的充填体强度能显著改善,充填体早期强度发展正常且凝固时间短,后期强度提高明显,可以由2.24MPa发展到3.09MPa,最大提高幅度为0.85MPa。
本发明的优点在于:(1)提高全尾砂充填体的渗透速度,使充填体快速凝固;(2)有利于提高充填体强度,节约水泥,降低充填成本;(3)有利于全尾砂充填料浆充填后快速为人工和铲运机作业提供条件,提高生产效率;(4)掺量小,工艺简单,成本低。
附图说明
附图1为本发明一个具体实施方式的添加剂添加装置,由储料槽、进料斗、架管阀、出料斗组成。
具体实施方式
本发明所用聚丙烯酰胺为阴离子型,分子量为1200~1600万,固含量≥88%,对其他指标没有特殊要求。
本发明检验所述提高充填体渗透速度与强度的方法如下:
1、充填体渗透速度测试:
采用金属矿浮选全尾砂作为充填料骨料,全尾砂配制重量浓度为67%~72%;按同一质量浓度配制两组试样:一组充填料浆按试样体积20~35g/m3掺入聚丙稀酰胺,另一组充填料浆试样不掺入聚丙稀酰胺;将配好的充填料浆置入渗透装置内,根据不同时间段渗透水量核算渗透速度。
2、充填体强度测试:
采用金属矿浮选全尾砂与水泥作为充填料骨料,配制重量浓度为67%~72%的料浆试样;按同一质量浓度配制两组试样:一组充填料浆按试样体积260~460g/m3掺入聚丙稀酰胺,另一组充填料浆试样不掺入聚丙稀酰胺;
将配制的掺入聚丙稀酰胺的料浆试样与不掺入聚丙稀酰胺的料浆试样,分别浇筑三联试模,将试块置于20℃±1℃恒温、恒湿≥97RH的环境下养护。用TYE-2000压力机分别测出3d、7d、28d的试块抗压荷载值,后评价聚丙稀酰胺对充填体强度的影响效果。
实施例一
1、采用金属矿浮选全尾砂(粒度<50μm的微细粒含量45~50%(质量))作为充填料骨料,配制质量浓度为70%的充填料浆置于搅拌机内;
2、将聚丙稀酰胺置于添加装置内,通过控制架管阀调节掺量加入搅拌机内,按充填料浆试样体积20~35g/m3掺入;
3、聚丙稀酰胺加入搅拌机后搅拌28s~30s,将充填料浆沿充填管道输送至渗透试验装置内,测定渗透速度。
上述实施例一按下列表1进行制备充填料浆:
表1
组号 料浆浓度(%) 添加剂 掺量(g/m3) 搅拌时间(s)
1 70 0 30
2 70 聚丙稀酰胺 21.5 30
3 70 聚丙稀酰胺 26.6 30
4 70 聚丙稀酰胺 31.5 30
针对表1中制备的各组料浆进行渗透速度效果检验:组号1为料浆浓度70%不添加聚丙稀酰胺的试样,组号2-4为料浆浓度70%添加不同量聚丙稀酰胺的试样,试样在搅拌机内搅拌28s~30s,将配制好的各组充填料浆沿管道输送至渗透试验装置内,根据同一时间段渗透水量及渗透结束总水量来计算渗透速度。
各组试样检验结果见表2
表2
从试验数据来看,组号1试样的渗透速度为2.083cm/h,组号2-4试样的渗透速度分别为2.717cm/h、2.517cm/h和2.295cm/h,渗透速度提高0.212~0.634cm/h,所以本发明技术能显著提高全尾砂充填体渗透速度,在全尾砂充填采矿中,能使充填料浆快速渗水,充填体快速凝固,满足采矿时人工与铲运机的作业条件。
实施例二
1、采用金属矿浮选全尾砂作为充填料骨料,水泥作为胶结料,按水泥:尾砂为1:4的灰砂比,配制重量浓度为70%的料浆试样;
2、将聚丙稀酰胺置于添加装置内,通过控制架管阀调节掺量加入搅拌机,按充填料浆试样体积260~460g/m3掺入;
3、聚丙稀酰胺加入搅拌机后搅拌25s~35s,将充填料浆沿L管道输送,在管道端口接取料浆浇注在7.07cm×7.07cm×7.07cm三联试模中;将试块置于恒温(20℃±1℃)、恒湿(≥97RH)的环境下养护;测定充填体试样3d、7d、28d的试块强度。
上述实施例二按下列表3制备充填料浆:
表3
组号 灰砂比 料浆浓度% 添加剂 掺量(g/m3) 搅拌时间(s)
1:4 70 0 35
1:4 70 聚丙烯酰胺 270 35
1:4 70 聚丙烯酰胺 330 35
1:4 70 聚丙烯酰胺 390 35
1:4 70 聚丙烯酰胺 450 35
针对表3中制备的各组料浆制作试块进行抗压强度效果检验:组号Ⅰ为料浆浓度70%不添加聚丙稀酰胺的试样,组号Ⅱ-Ⅴ为料浆浓度70%添加不同量聚丙稀酰胺的试样,试样在搅拌机内搅拌35s,将配制好的各组充填料浆沿L管道输送,在管道端口接取料浆浇注灌模,将养护了3天、7天、28天的试块,按3~6kN/s的加速荷载进行抗压强度测试,分别获得五组充填体试样3d、7d、28d的试块强度。经对比试验结果后评价本发明对充填体强度的影响效果见表4,
表4
从试验数据来看,运用本发明的充填体试块早期和后期强度都普遍提高,其中Ⅲ、Ⅳ号试块3天强度提高0.17-0.3MPa,28天强度提高0.74-0.85MPa。
本发明能很好的解决矿山全尾砂非胶结充填时充填料浆难以凝固的技术难题,它能提高充填料浆的渗透速度,使充填水能快速渗透出来,加快充填体凝固,满足回采技术要求,提高生产效率。同时,在全尾砂胶结充填时,本发明能提高充填体的抗压强度,且充填体安定性良好,能很好的保护矿岩的稳固性,为充填后采矿作业提供良好的安全作业条件。

Claims (5)

1.一种提高微细粒尾砂充填体渗透速度与强度的方法,其特征在于:
采用金属矿浮选全尾砂作为充填料骨料,配制成重量浓度为67%~72%的充填料置于搅拌机内,按充填料浆试样体积20~35g/m3掺入聚丙稀酰胺,然后搅拌28s~30s;或
采用金属矿浮选全尾砂和水泥,按水泥:尾砂为1:4的灰砂比,配制成重量浓度为67%~72%的料浆,按充填料浆体积260~460g/m3掺入聚丙稀酰胺,然后搅拌25s~35s。
2.根据权利要求1所述的提高微细粒尾砂充填体渗透速度与强度的方法,其特征在于:金属矿浮选全尾砂粒度<50μm的微细粒含量45~50%。
3.根据权利要求1所述的提高微细粒尾砂充填体渗透速度与强度的方法,其特征在于:所用聚丙烯酰胺为阴离子型,分子量为1200~1600万。
4.根据权利要求1所述的提高微细粒尾砂充填体渗透速度与强度的方法,其特征在于:聚丙稀酰胺添加地点视充填料输送条件置于地表充填站。
5.根据权利要求1所述的提高微细粒尾砂充填体渗透速度与强度的方法,其特征在于:采用金属矿浮选全尾砂和水泥时,聚丙稀酰胺加入量270~390g/m3;只采用金属矿浮选全尾砂时,聚丙稀酰胺加入量21~27g/m3
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