安庆铜矿不同颗粒级配尾砂优化组合膏体充填技术

分级尾砂充填工艺流程一、分级尾砂充填的概念。

1.1 分级尾砂充填啊，简单来说呢，就是把尾砂进行分级处理之后，用来充填到井下采空区的这么个工艺。

这尾砂啊，以前在很多矿场那就是废弃物，就像个没人要的“小可怜”，现在可不一样啦，摇身一变成了充填的好材料。

2.1 首先是尾砂的采集。

采矿业产生的尾砂那是源源不断的。

就像从一个大仓库里把货物取出来一样，要把尾砂从尾矿库或者选矿厂的尾砂排放点采集过来。

这一步就像是盖房子打地基，是整个工艺流程的开头，马虎不得。

要是采集的时候就出问题，那后面的工序就全乱套了，那可真就是“一步错，步步错”。

2.2 接着是分级处理。

尾砂采集来之后啊，就像对一群参差不齐的学生进行分类一样，要进行分级。

这分级可大有讲究。

粗的尾砂和细的尾砂要分开，就好比把大个的苹果和小个的苹果分开装筐。

粗尾砂在充填的时候有粗尾砂的用处，细尾砂也有细尾砂的用途，各司其职嘛。

这分级的设备啊，就像一把精准的尺子，把尾砂分得清清楚楚。

2.3 然后是制备充填料浆。

分级后的尾砂可不能直接就拿去充填。

得把它和其他的材料混合起来制成充填料浆。

这就像做菜一样，尾砂是主食材，还得加上水啊、胶凝材料啊之类的配料。

这些配料的比例得拿捏得死死的，就像厨师做菜放调料，放多放少都不行。

如果胶凝材料放少了，充填体的强度不够，就像建房子用了软泥巴，不结实；要是放多了呢，又浪费材料，那就是“得不偿失”。

3.1 环保方面。

这个工艺最大的好处之一就是环保。

以前那些尾砂堆在那儿，占地方不说，还可能对环境造成污染。

现在把尾砂利用起来了，就像是把垃圾变成了宝贝。

矿山周围的环境也能变得更干净整洁，就像给矿山穿上了一件干净的衣服。

3.2 井下安全方面。

分级尾砂充填到井下采空区啊，就像给地下挖空的地方打了补丁。

可以有效地防止地面塌陷，保障井下作业人员的安全。

这就像给矿工兄弟们撑了一把保护伞，让他们在井下干活的时候心里踏实。

而且充填后的井下空间也更稳定，有利于后续的开采作业，可以说是一举多得。

高阶段大直径深孔崩矿嗣后充填采矿法在安庆铜矿的应用ISSN1671—2900CN43—1347/TD采矿技术第7卷第4期MiningTechnology,V o1.7,No.42007年12月Dec.2007高阶段大直径深孔崩矿嗣后充填采矿法在安庆铜矿的应用薛奕忠(漳州职业技术学院,福建漳州市363000)摘要:重点阐述了安庆铜矿矿床地质及开采技术条件,所采用的高效高阶段大直径深孔崩矿嗣后充填强化开采工艺,以及工艺应用和实施效果.关键词:高阶段;大直径深孔;深孔崩矿;嗣后充填安庆铜矿是一个大型地下铜铁矿床,主要矿体有1,2和3.其中1矿体厚大,占总储量的85%,铜金属量33万t.1矿体走向长度7601TI,赋存深度一180～一781m;平均厚度28m,最大厚度114m,倾角大于55..下盘以角页岩和闪长岩为主,还有轻变质粉砂岩和钙质页岩等.一400m中段以下以闪长岩为主.角页岩f<5,稳固性稍差;闪长岩f> 10,比较稳固;轻变质粉砂岩和钙质页岩稳固性差,.厂<5,遇水易软化膨胀.矿体上盘为大理岩,f>10, 围岩稳固,但有溶洞,为含水层,井下涌水量达17000～20000t/d,矿区地表为农田,地下水与地表水也有一定联系.主要含铜矿物类型有磁铁矿,矽卡岩及闪长岩.矿石容重为3.5～4.2t/m,平均为3.96t/m,除构造带外,一般均较坚硬稳固厂=10.1采矿方法及回采工艺(1)采矿方法.针对安庆铜矿的开采技术条件,采用了大直径深孔崩矿和小中段空场嗣后充填法.其中大直径深孔崩矿嗣后充填法是该矿主要的采矿法,该方法具有采场生产能力大,采矿效率高,作业成本低,矿石损失贫化小等优点.(2)采场布置.采场垂直矿体走向布置,矿房,矿柱宽度均为15m,长度为矿体厚度.(3)回采工艺.回采阶段高128m,分矿房,矿柱两步骤回采,一步骤回采矿房嗣后尾砂胶结充填; 二步骤回采矿柱嗣后尾砂充填,回采时实行分段凿岩,集中出矿,分段高60m;钻机为Sinba一261型潜孔钻机,孔径165mm,出矿用ST一5C铲运机,斗容2.8m,采场实行嗣后一次充填,回采方法见图1.2堑沟底部结构形式及工艺选择安庆铜矿对形成堑沟底部结构,采用了不同的施工工艺和技术方法:主要有浅孔留矿工艺技术形成堑沟,扇形中深孔工艺技术形成堑沟,中深孔预裂爆破与大孔相结合工艺技术形成堑沟,大直径深孔工艺技术直接形成堑沟4种.图1大直径深孑L崩矿嗣后充填法浅孔形成堑沟(见图2)是采场中间切割巷形成以后,应用浅孔留矿工艺逐层进行压顶,形成堑沟. 一营.图2底部结构布置形式及浅孑L形成底部结构堑沟工艺技术有施工工艺与装备简单,周期短,利用采场大孔孔底测量等优点.但工人施工劳动强度大,作业环境差,掌子面平场频繁,对堑沟55.～60.斜面不易控制,综合成本相对较高..黧臻毪014采石广技术扇形中孔形成堑沟是利用采场中间切割巷,作为YQ一90钻机凿岩碉室,并在切割巷适当的位置掘进一条2mX(2～2.5)m的天井作为中深孔爆破的自由面.一般中孔排距为1.2m.孔底距2.0～2.2m.爆破采用粒状炸药,装药机装药或条状炸药人工装药爆破.当自由面形成后,逐排或多排爆破形成堑沟.中深孔形成堑沟,具有施工工艺简单, 作业安全,堑沟斜面角度容易控制,爆破后斜面完整,综合成本低,当堑沟中深孔爆破矿石出完后,应用交汇法可以测到采场大孔孔底等显着优点,但也存在着周期相对长的缺点.预裂爆破技术较为广泛地应用于露天台阶爆破工程中,中深孔预裂爆破形成暂沟,是在采场中间切割巷两侧用YQ一90钻机打孔径55～60m,倾角为堑沟设计要求倾角的平行斜孔.孔距0.6m,孔深一般为8～10m.待切割巷两侧中深孔施工完成后,即采用毛竹片上间隔0.3m绑上一条32mm的2号岩石炸药,同时绑上导爆索,装入孔内,堵上大于0.4m长的黄泥,联接各孔导爆索同时起爆,即完成了中深孔预裂爆破.其线装药密度0.3kg/m.采场大直径深孔则从巷道通孔开始拉槽,扩槽,侧崩,随着采场大孔采矿,即形成堑沟底部结构.这种工艺技术形成堑沟.具有堑沟斜面完整,作业安全, 工艺技术先进等特点.大直径深孔形成堑沟,是在采场中间切割巷形成后,直接利用采场中回采的大直径深孔,实行不同的装药深度控制爆破来形成采场堑沟.由于大孔爆破药包药量相对集中,破坏性大.为了保护出矿进路眉线的稳固,安庆铜矿一般都在已形成的采场中间切割巷再用浅孔压2m,其后就是中间通孔先爆破,两侧盲孔靠调节药包埋藏深度,爆破后形成堑沟.大直径深孔形成堑沟,工艺技术简单,作业安全方便,机械化程度高,技术先进,其主要缺点为两侧的两排盲孔,都要比设计边界超深2～3m.这是因为盲孔尽管有高风压吹孔后总还有2～3m深的岩碴返回孔内.所以,大孔废孔较多,造成凿岩费用大;另一方面,堑沟靠装药调节药包高度达到堑沟斜面平整,其技术要求高,不易控制.形成每米堑沟综合比较见表1.综合评价与比较,安庆铜矿高阶段大直径深孔采矿的底部结构,大部分选择中深孔形成.采用该施工工艺不仅成本低,而且中深孔堑沟采下的矿石也有利于生产出矿品位的调节.表1形成每米堑沟综合比较3充填料浆的制备及输送工艺安庆铜矿充填系统采用的充填料为水泥,分级尾砂,不足部分用河砂补充.充填料浆采用地面集中搅拌制备方式,分级尾砂由立式砂仓(黄砂由皮带)放人搅拌桶,与水泥仓放下的水泥混合搅拌,添加黄砂用于提高充填料浓度和弥补尾砂量的不足,搅拌后的充填料浆经充填钻孔和充填输送管道输送到充填采场.胶结材料水泥为325号水泥,灰砂比有1:4,1:8,1:10,1:12,根据生产的需要按规定的配比进行采场充填.采用管道自流输送工艺,是一个自动化程度较高的充填制备矿山.4结束语目前,高阶段大直径深孔崩矿嗣后充填法工艺技术已在安庆铜矿全面推广应用.近几年来,其主要技术经济指标始终位居全国同行业的首位,采场生产能力为900t/d,凿岩机生产能力为30m/(台班),钻孔崩矿量为40t/m,铲运机生产能力为300t/(台?班),损失率为15%,贫化率为15%,充填能力为120～130m/h,浓度为71%～72%,全员劳动生产率达到37.75万人.年,相当于全国同行业的5倍以上.安庆铜矿高阶段大直径深孔崩矿嗣后充填法的成功应用,填补了国内采矿领域多项空白,扭转了我国地下金属矿山普遍存在的多中段采场作业的被动局面,为地下矿山大规模安全,高效,低成本开采提供了途径,同时也标志着我国高阶段大直径深孔采矿技术进入了世界先进行列.参考文献:[1]铜陵有色金属公司,长沙矿山研究院,等.安庆铜矿高阶段大直径深孔采矿技术试验研究[R].长沙:长沙矿山研究院, 1995?82—89.(收稿日期:2007—07—16)作者简介:薛奕忠(1963一),男,福建福清人,副教授,主要从事岩土工程教学及研究工作,E—mail:f.i—xyz@hotmail.。

第八届国际充填采矿会议论文全尾砂膏体充填技术及工艺流程的试验研究王方汉①姚中亮②曹维勤①摘要：南京栖霞山铅锌银矿地处风景区，是典型三下矿山，应用充填采矿已二十余年。

为不断提高充填质量，先后进行了一系列实验室及工业试验，研究分析了膏体充填技术特性与规律，并在此基础上，设计了新的全尾砂膏体充填工艺流程。

新的膏体充填系统具有工艺简便、流程短、稳定性强、运行成本低的特点，适合于在全国中小型以上地下矿山中推广应用。

关键词：全尾砂、膏体充填、试验研究、工艺流程1.概况：南京栖霞山铅锌银矿地处南京东北郊，北靠长江，南邻京沪铁路及沪宁高速公路，西邻南京新生圩外贸港口，沿江东侧有龙潭深水港集装箱码头，矿区有栖霞山铁路货运北站，交通十分便利。

矿区处于旅游胜地—栖霞山风景区脚下，与佛教胜地—栖霞寺及全国重点文物保护单位舍利塔和千佛岩仅一街之隔。

栖霞街居民密集，矿区有河流经过，矿区附近有金陵石化炼油厂、栖霞山化肥厂及江南小野田水泥厂等大型企业，属典型的“三下”矿山。

南京栖霞山矿为华东地区最大的铅锌矿床，现在保有矿石储量一千三百多万吨。

矿山现有采选能力为35万吨/年，采用平硐盲竖井开拓，上向水平分层全尾砂胶结充填法采矿。

由于处城市风景区，对地表及环境保护要求严格，矿山没有尾矿库，井下废石不出窿用于空区充填，选矿尾砂全部输送于井下采场进行充填；选矿过程采用清洁生产技术，废水经净化处理后全部回用；矿山已通过了ISO9000标准体系认证，并且在全国矿山中率先通过了ISO14001环境体系认证。

因此，矿山已实现了“零排放”无废开采。

2.全尾砂胶结充填系统及存在问题2.1现有全尾砂充填工艺流程矿山全尾砂胶结充填系统始建于上世纪八十年代末，几经改造，现采用的充填工艺流程如图一所示。

选矿全尾砂经300m3中转储砂池后由4PNJ衬胶泵输送到两个分别为800m3和880m3容积的立式砂仓中，起加速沉降作用的絮凝剂经搅拌后也添加于立式砂仓；然后全尾砂造浆放砂进搅拌桶进行一级、二级搅拌，同时，水泥则由水泥仓底部的双管螺旋给料进入立式搅拌桶。

多种充填采矿法在安庆铜矿的应用
方志甫;黄海云
【期刊名称】《有色金属（矿山部分）》
【年(卷),期】2005(057)001
【摘要】介绍了高阶段大直径深孔采矿嗣后一次充填、小中段分段崩落嗣后一次充填、平底浅孔留矿嗣后一次充填和浅孔水平分层上向充填等采矿方法在安庆铜矿的应用,以及采用的分级尾砂胶结充填、分级尾砂水砂充填、废石充填和废石胶结充填等充填方法;阐述了多种采矿方法的应用在矿山经济、生活、安全和环境等多方面带来的成效.
【总页数】3页(P6-7,31)
【作者】方志甫;黄海云
【作者单位】安庆铜矿;安庆铜矿
【正文语种】中文
【中图分类】TD8
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多目标条件下矿山充填材料配比优化实验吴浩;赵国彦;陈英【摘要】为准确确定某铁矿尾砂胶结充填材料最优配比,分别选择制浆水性、砂灰质量比和料浆质量浓度与充填体强度、料浆坍落度和料浆泌水率作为尾砂胶结充填材料配比优化的影响因素和充填性能评价指标.基于响应面–满意度函数耦合理论,采用Box-Behnken实验设计方法开展13组不同充填配比实验,构建充填性能评价指标的响应面函数,研究各影响因素与目标响应量的相关关系及多目标条件下的最优充填材料配比.结果表明,制浆水性对响应量影响不显著;砂灰质量比对充填体强度影响极显著;坍落度受料浆质量浓度、砂灰质量比影响较显著;砂灰质量比和料浆质量浓度对料浆泌水率的影响均极为显著,且二者之间存在极显著的交互作用.该矿尾砂胶结充填材料最优配比为:制浆水性为海水,砂灰质量比为8.44:1,料浆质量浓度为72%,该配比条件下对应的响应量预测结果为:充填体28 d龄期单轴抗压强度为2.00 MPa,料浆塌落度为27.15 cm,料浆泌水率为7.35%,与验证实验结果基本吻合,为现场工业实验提供强有力的理论支撑.%To accurately obtain the optimal mix proportioning of cemented tailings backfill ( CTB) for an iron mine, the slurrying water property, the weight ratio of tailings to binder ( T/B) and the mass concentration of CTB were selected as influencing factors, and the compressive strength, the slump and the bleeding rate of CTB were selected as performance parameters. Based on the response surface-desirability function coupling theory, Box-Behnken design method was used to carry out thirteen groups of experiments with different mix proportioning. Then the effects of influencing factors on performance parameters of CTB were assessed and response surface functions ofperformance parameters were established. The results show that the slurrying water property has little effect on response variables. T/B has an extremely significant effect on uniaxial compressive strength after 28 days curing time of CTB, and slump is affected by both mass concentration and T/B at a more significant level. Moreover, T/B, mass concentration and their interaction have an extremely significant effect on bleeding rate. The optimal mix proportioning is that the slurrying water resource is seawater; T/B is 8. 44 and the mass concentration is 72%. Under such conditions, the predicted values of response variables are 2. 00 MPa, 27. 15 cm and 7. 35%, respectively, which are in perfect agreement with the confirmatory experimental results. The results of this research provide a more comprehensive engineering approach to CTB mix proportioning.【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》【年(卷),期】2017(049)011【总页数】8页(P101-108)【关键词】采矿工程;响应面法;满意度函数;配比;尾砂胶结充填;多目标优化【作者】吴浩;赵国彦;陈英【作者单位】中南大学资源与安全工程学院,长沙410083;中南大学资源与安全工程学院,长沙410083;中南大学资源与安全工程学院,长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TD853.34充填采矿法不仅安全性高，而且可有效减少矿石损失、贫化和解决尾矿占地难题，同时有利于矿井漏风、热害、冲击地压、矿石自燃和瓦斯积聚等灾害的防治，目前在各类矿山中应用较为广泛.充填材料的配比不仅影响充填体强度，而且对料浆流动特性、充填成本和充填工艺决策也起到决定性作用. 鉴于此，刘同有等[1]开展29组不同配比的水淬渣胶结充填实验，采用灰色关联法对充填配比进行分析优选；周科平等[2]、李夕兵等[3]分别采用遗传算法和博弈树理论对安庆铜矿分级尾砂胶结充填配比进行优化，减少水泥用量；王新民等[4]将正交实验设计方法用于充填材料配比研究领域，利用Matlab软件得出充填配比和充填体强度的线性回归方程；Chang等[5]、张钦礼等[6]基于不同配比实验分别构建膏体充填体和分级尾砂胶结充填体强度的BP神经网络预测模型；艾纯明等[7]基于均匀试验，拟合出膏体充填流动特性和质量浓度、尾废比、砂灰比的二次多项式回归关系，以膏体稳定性为目标求解充填材料最佳配比；韩斌等[8]根据36组废石胶结充填实验结果对最优配比进行直观优选；文献[9-11]分别将模糊集理论、响应面法、馄饨优化神经网络法用于充填配比优化研究，均取得一定的成效. 此外，还有一些数理统计方法被用于充填配比优化，如回归正交实验法和配方实验设计等[12-13]. 由于充填性能参数及影响因素较多，当考虑多参数多因素时，往往需要大量试验，以致优化工作难以开展. 实践表明，响应面法同比正交试验等方法可靠度较高，可以连续对试验各水平进行寻优，能够定量分析自变量及交互作用与因变量的相关关系，且多水平试验次数较少[14]. 基于满意度函数的响应面法可以实现对多目标整体进行优化[15]，对此，本文将其用于某铁矿尾砂胶结充填最优配比研究，并探讨海水作为制浆水源的可行性及其与砂灰比、料浆质量浓度对充填体强度、流动特性和泌水性能的影响.1.1 响应面理论响应面理论的基本思想是通过实验设计寻找可以逼近自变量x和因变量y之间映射函数y=f(x)的响应面函数使响应量然后根据约束条件对响应面函数进行优化，继而求解自变量大小[16]. 目前，响应面函数已由一阶线性函数发展为考虑自变量之间交互作用的高阶多项式函数，常用的二阶响应面函数表示为g(x1,x2,…,xn)=βiixi2+βijxixj+βixi+β0 .式中为响应量，xi为自变量，n为自变量个数，β0、βi、βij、βii(i, j=1, 2,…, n)为待定常数，需由试验样本点迭代确定，总个数为(n+1)(n+2)/2.假设样本进行m次试验，Y为因变量向量，ε为误差向量，那么其中：；β=[β0,β1,β2,…,βn,,,…,,β1β2,β1β3,…,β1βn, β2β3,…,βn-1βn]T.为找到最接近所有试验数据点的响应面，利用最小二乘原理使ε的平方和S(β)最小，即令ΔS(β)=0，化简后可得基于试验样本，根据式(4)计算待定常数，再代入式(1)即可求出自变量对应的响应面函数. 响应面法基于实验设计进行响应面函数拟合和自变量显著性分析，常用的试验设计方法有中心组合设计、Box-Behnken设计和拉丁超立方设计等.1.2 满意度函数多目标优化法根据约束条件利用式(1)一般只能逐个对响应量独立进行优化求解，对于多响应量不能同时进行整体优化，无法求出自变量最优解. 对此，George等[17]率先提出多目标优化方法，并将其用于混凝土配方设计. 在此基础上，本文采用Candioti 等[15]提出的满意度函数法进行优化，第k(k=1, 2,…, K，K为响应量总个数)个响应量的满意度记为取值为0～1，数值越大表示响应面函数越令人满意. 构建响应量单满意度函数).式中为第k个响应量的响应值；Lk、Uk和Tk分别为k响应量设定优化取值区间的下限值、上限值和最优目标值；s、t表示响应值逼近优化目标的严格要求程度，本次优化其大小取1[15]. 式5(a)适于望大特性响应量，响应值越大，满意度越高；式5(b)适于望小特性响应量，响应值越小，满意度越高；式5(c)适于求解设定目标值的响应量，响应值越接近设定目标值，满意度越大.整体满意度D根据单满意度函数加权几何平均数求解，即.式中K、rk为响应量个数和权数. 响应量权数表示该响应量相对于其他响应量的重要程度，取值为1～5间的整数.2.1 工程背景某铁矿毗邻莱州湾，采选能力150万t/a. 采矿标高+5～-380 m，矿体破碎松软，围岩为二长花岗岩. 一直以来，矿山采用无底柱分段崩落法开采，地表塌陷坑采用选厂尾砂直接回填，第四系地层破坏严重，松散层水和海积层泥沙极易形成流沙灌入井下. 鉴于此，为避免井下泥砂透出事故，矿山拟对中部采区(3#～10#勘探线)采用尾砂胶结充填法开采，因而需要对充填材料配比进行实验研究.2.2 充填材料物理化学特性胶凝材料采用焦家金矿研发的尾砂专用固结材料C料，主要成分为矿渣、火山灰、石灰、石膏和添加剂. 和水泥相比，它具有固化效果好，料浆流动特性好且用量可减少一半，性价比较高. 尾砂选用尾矿库铁矿尾砂，室内测得尾砂的容重为15.29 kN/m3，干密度为2.55 g/cm3，含水率9.64%，孔隙率为38.8%，渗透系数为6.5 cm/h(20 ℃). 采用SimensD500型X分析仪和Mastersizer3000激光衍射粒度分析仪对尾砂化学成分和粒度分布进行测定，结果见表1、图1.根据尾砂粒度分布曲线可计算粒径特征参数d10、d30、d50、d60和d90分别为3.53 μm、13.20 μm、32.60 μm、48.27 μm和176.04 μm，根据式(7)计算不均匀系数Cu为13.67>4～5(最佳级配)，曲率系数Cc为1.02，介于1～3，这充分说明尾砂级配良好但连续性稍差，粒度分布较不均匀，细粒级含量偏多. 建议工程中对尾砂进行浓密脱泥处理，从而提高料浆的泵送性能和固化效果.式中：d60、d10和d30分别表示尾砂过筛重量占60%、10%和30%的粒径.考虑淡水成本较高，研究尝试利用该矿井下排出的丰富咸水或邻近的海水作为充填水源. 受地表水补给和径流影响，井下咸水和渤海海水成分基本相同，含有大量Cl-，具有一定的腐蚀性. 因此，研究海水作为充填水源对充填性能的影响尤为必要. 本次试验最终选择C料、尾砂、海水作为充填材料进行不同配比试验研究.2.3 配比试验设计与结果充填材料配比的优劣往往通过充填性能参数来评价，如充填体强度、料浆流动特性、泌水性能、充填成本和充填工艺操作难易程度等，相应的影响因素有尾砂成分、密度、级配、胶凝材料类别、料浆质量浓度、砂灰质量比、温度、制浆水性质和添加剂类别等[18-20]，受实际工程制约，有些影响因素水平是固定的. 对此，本文重点研究制浆水性x1、砂灰质量比x2和料浆质量浓度x33个影响因素对充填体强度(28 d)Y1、塌落度Y2和体积泌水率(90 min)Y3 3个目标的影响规律. 由于Box-Behnken方法在实验设计中没有加入轴向点，同比中心组合实验的次数较少. 因此，本文采用Box-Behnken设计开展实验，根据设计原理进行3因素3水平设计，影响因素及水平见表2. 表中，中心水平为基准组，编码值根据式(8)计算:式中：Xi为自变量xi的编码值，x0为自变量在中心点的值，Δxi为自变量变化步长.为考察海水对充填性能的影响，试验采用自来水、混合水(海水和自来水按质量比1:1混合)和海水作为制浆水性的3个水平，编码值分别为-1、0和1；砂灰比3水平为4:1、10:1和16:1；考虑到测得尾砂的最大沉降质量浓度为79.1%，料浆质量浓度的3个水平设计为68%、70%和72%. 本次研究共开展13组试验，料浆制备后先测量坍落度和不同时间的泌水率，然后将其浇入7.07 cm×7.07 cm×7.07cm标准三联试模，每组实验制作3件三联模，初凝后刮模、脱模将充填体置入HSB-40B型养护箱按照井下平均气候条件(温度20 ℃、湿度90%)进行养护，采用WHY-200万能压力试验机对不同龄期(7 d、14 d和28 d )充填体单轴抗压强度进行测试. 根据实验方案测得不同配比的充填体强度、塌落度和泌水率见表3，可见，料浆泌水率在料浆制备后0.5～1.0 h基本达到稳定.3.1 响应面函数拟合根据不同配比试验结果，采用Design-expert软件按照式(1)～(4)拟合充填体影响因素与响应量的响应面函数：Y1=0.05+0.03-0.01-5×10-3x1x2+0.02x1x3-8.54×10-3x2x3-1.08x1-0.35x2+1.63x3-56.70,Y2=-0.68-0.02+0.05-8.33×10-3x1x2-0.09x1x3-0.01x2x3+6.10x1+1.21x2-7.28x3+290.64 ,3个响应面函数拟合的相关系数平方R2分别为0.997 6、0.905 0和0.998 9. 对响应面回归模型进行方差分析，见表4. 其中，p>0.05表示该因素影响不显著，p<0.05表示该因素影响比较显著， p<0.000 1表示该因素影响极显著.3.2 响应面参数对响应量的影响由表4可知，塌落度拟合优度不及充填体强度和泌水率拟合优度，充填体强度、坍落度和泌水率拟合值和实际值的平均绝对误差分别为4.40%、1.28%、0.70%，见图2，可见各响应面总体拟合较好，可靠度较高.在充填体强度响应面回归模型中，充填体受到因素之间交互作用不显著，主要是受个别单因素制约. 根据p值大小可知，制浆水性对充填体强度影响不显著. 砂灰比对充填体强度影响极显著，随着砂灰比的增大，充填体强度逐渐降低，砂灰比在13:1以后，充填体强度变化不大. 料浆质量浓度对充填体强度影响较显著，随着料浆质量浓度的增大，充填体强度稍微增大，但增幅不剧烈，主要是料浆质量浓度越高，泌水量越小，流失的C料越少，因而充填体强度会稍变大. 充填体强度单因素影响曲线见图3(a).在坍落度响应面回归模型中，砂灰比和料浆质量浓度对坍落度的影响均较显著，且后者显著性程度高于前者，但两者之间交互作用不显著. 制浆水性对坍落度影响无规律可循，影响程度不大；坍落度随着砂灰比增大逐渐增大，砂灰比小于10:1对坍落度影响较剧烈，大于10∶1以后坍落度基本无变化；料浆质量浓度对塌落度影响最大，料浆质量浓度越大，塌落度越小，二者接近线性变化，见图3(b).在泌水率响应面回归模型中，见图3(c)，制浆水性对料浆泌水性能影响不大，加之它对充填体强度、料浆坍落度都没有显著影响. 可见，将海水用于充填制浆用水是科学合理的，可在具备条件的工程中推广应用. 砂灰比和料浆质量浓度对泌水率的影响均极为显著，且二者之间存在极显著的交互作用. 随着砂灰比的增大，泌水率随之增大，这主要是C料与水发生水化反应后包裹大量水分，C料越少，浸润粘附的水分越少，泌水量越大. 此外，泌水率还受料浆质量浓度的极显著影响，二者呈反比例关系，显然这是和工程实际是相吻合的. 从影响曲线还可看出，料浆质量浓度在71%～72%之间时，料浆泌水率基本无变化. 砂灰比和和料浆质量浓度对泌水性能的交互作用响应面见图4. 随着质量浓度的升高，料浆泌水率显著下降；随着料浆砂灰比的增大，泌水率有显著增大的趋势.3.3 充填材料配比满意度优化根据满意度函数法原理，对充填材料配比进行优化要对响应量优化区间进行设定. 对于充填体强度，若强度太大，成本太高会造成不必要的浪费；强度太小，则不能满足生产安全要求. 目前，充填体强度主要采用Mitchell等、蔡嗣经和刘志祥等提出的公式进行设计，分别如下[21-23]：σc=F,σc=(5.085lg ηγ2h2/E0+10.815 4)F .式中：σc为充填体长期强度，MPa；ρ为充填体密度，取2.1 t·m-3； H为充填体最大自立高度，取分段高10 m；h为埋深，取最大值385 m；L为充填体长度，取采场长度150 m；β为充填体底部滑动面与水平面夹角，大小为45°和内摩擦角一半之和，64.35°；F为安全系数，取2.2；a为经验系数，当H<50 m时，a=600，H>100 m时，a=1 000；η为匹配系数，取5.28[23]；γ为覆岩容重，取26.8 kN/m3；E0为围岩弹性模量，取50 GPa.根据矿山开采技术条件按式(12)～(14)分别计算充填体临界强度为0.22 MPa、1.21 MPa和1.98 MPa. 因此，设定充填体长期强度区间为0.5 MPa～4 MPa，设置目标值为1.98 MPa. 料浆坍落度范围定义为15 cm～30 cm，根据Fall等[24]研究，料浆坍落度最优目标值为18 cm. 根据充填体含水状态，泌水率区间为5%～20%，泌水率属于望小特性. 采用层次分析法计算充填体强度、料浆坍落度和泌水率在充填性能中的权重向量为(0.5, 03, 0.2)，因此，定义r1=5，r2=3，r3=2，根据式(5)、(6)可计算单指标满意度函数和整体满意度.整体满意度单因素影响规律见图5，由图可知，制浆水性对整体满意度作用不大，满意度介于0.3～0.4，这再次证实海水可作为充填水源. 砂灰比在4∶1～16∶1范围内满意度先增大后降低，在8:1左右满意度最大，满意度达到0.5以上. 料浆质量浓度对满意度影响也较为显著，质量浓度为72%对应的满意度为0.4，而质量浓度68%对应的满意度为0.1，工程中在满足输送工艺要求的条件下应尽可能提高充填料浆质量浓度. 整体满意度多因素影响规律见图6，可见，砂灰比在8∶1左右、充填水性为1、料浆质量浓度为72%配比下的条件同比其他条件的整体满意度要高. 软件拟合的最优充填配比为：制浆水性为海水，砂灰比为8.44∶1，料浆质量浓度为72%，此时满意度最大(D=0.628)，相应的响应量为：充填体强度2.00MPa，料浆塌落度27.15 cm，料浆泌水率7.35%.3.4 验证试验为验证响应面优化结果的可靠性，根据上述配比优化结果开展验证实验，测定相应的充填性能参数. 实验充填材料总质量4 kg，其中尾砂257 4.92 g，C料305.08 g，海水112 0 g，按照步骤“搅拌-灌模-脱模-养护-测试”进行试验. 实验结果为：料浆坍落度为26.92 cm；料浆泌水率为7.40%(90 min)；7 d、14 d和 28 d不同龄期充填体强度平均为0.98 MPa、1.61 MPa和1.91 MPa，见图7. 同时根据式(9)可计算7 d和14 d龄期充填体理论强度为1.08 MPa和1.66 MPa. 可见，充填配比响应面优化结果和实验结论基本吻合，采用响应面-满意度函数法优化矿山充填材料配比是行之有效的.1)海水对充填体强度、料浆坍落度和泌水率影响不显著，可作为尾砂胶结充填用水来源.2)砂灰比对充填体强度影响极显著；坍落度受料浆质量浓度、砂灰比影响较显著；砂灰比和料浆质量浓度及其交互作用对泌水率的影响均极为显著. 尾砂胶结充填最优配比为：制浆水性为海水，砂灰比为8.44∶01，料浆质量浓度为72%，相应的响应量预测结果为：充填强度2.00 MPa，料浆塌落度27.15 cm，料浆泌水率7.35%，与验证实验结果基本一致.3)需要说明的是，充填材料还包括减水剂、早凝剂、早强剂等各类添加剂，充填性能参数还包括扩散度、粘度、屈服应力、充填成本等等，今后研究将考虑更多影响因素和目标响应量以进一步提高本文结论的可靠度.【相关文献】[1] 刘同有, 韩斌, 王小卫. 镍闪速炉水淬渣胶结充填配合比优化选择与分析[J]. 中国矿业, 2000,9(6): 19-22.LIU Tongyou, HAN Bin, WANG Xiaowei. 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安庆铜矿高浓度尾砂结构流充填工艺参数设计曹三六;许文远;余小明;魏晓明【摘要】In order to solve the technical problems of the filling system in Anqing Copper Mine,the existing classified tailings filling system is transformed into the filling system with high concentration structural fluid.By sampling the tailings from Anqing Copper Mine,some related tests such as the determi-nation test of particle size and physical and chemical parameters,sedimentation and bleeding test,and measurement test of diffusion of filling slurry are carried out in laboratory.Based on the sedimentation property of tailing slurry and the flow property of diffusion test,48 groups of ratio tests of filling slurry are devised and uniaxial compressive strength of the test blocks are measured.The study results indic ated that:①fine tailings can be added in a certain proportion to the existing classified tailings of the mine(ra-tio of the fine tailings content and total tailings(the existing classified tailings and fine tailings),and the homogeneity of filling slurry can be improved significantly,besides that,the fluid type of filling slurry can be transformed from the existing two-phase fluid into structural fluid;②in the structural fluid filling slur-ry,when the cement-sand ratio is 1:1 0~1:4,concentration is 70%~72%,strength of the filling body af-ter 28 d standard maintenance is 0.9~3.47 MPa,the requirements of large diameter deep hole subse-quent filling mining technique of the mine to the strength of filling body can be met effectively.%为解决安庆铜矿充填系统工艺技术问题,将现有的分级尾砂充填系统改造为高浓度结构流充填系统.通过对该矿尾砂材料进行取样,在实验室分别进行了全尾砂粒径、物理化学参数测定试验,沉降及泌水试验以及充填料浆扩散度测定试验.根据料浆的沉降性能和扩散度试验结果,设计了48组充填料浆配比试验,并对试块进行了单轴抗压强度测定.研究表明:①在该矿现有的分级尾砂中添加一定比例的细尾砂(添加量占总尾砂量15%~20%),可使得充填料浆的均匀性得到较大提升,可以实现充填料浆由现有的两相流转变为结构流;②在结构流充填料浆中,当灰砂比为1:10~1:4、浓度为70%~72%、28 d标准养护龄期的充填体强度为0.9 ~3.47 MPa时,可以满足该矿大直径深孔嗣后充填采矿工艺对充填体强度的要求.【期刊名称】《现代矿业》【年(卷),期】2018(000)004【总页数】5页(P181-184,189)【关键词】充填开采;高浓度尾砂;胶结充填;结构流;单轴抗压强度;充填参数【作者】曹三六;许文远;余小明;魏晓明【作者单位】铜陵有色金属集团股份有限公司安庆铜矿;北京矿冶科技集团有限公司;国家金属矿绿色开采国际联合研究中心;铜陵有色金属集团股份有限公司安庆铜矿;北京矿冶科技集团有限公司;国家金属矿绿色开采国际联合研究中心【正文语种】中文安庆铜矿是我国一座典型的大型铜铁矿山，采用大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法生产，采场阶段高度为60 m，采场垂直于矿体走向布置，采用隔一采一的回采顺序，一步骤回采应用嗣后尾砂胶结充填工艺，二步骤回采应用嗣后尾砂非胶结充填工艺。