《工程科学学报》：不同粗骨料对膏体凝结性能的影响及配比优化

工程科学学报 Chinese Journal of Engineering 不同粗骨料对青体凝结性能的影响及配比优化 尹升华刘家明陈威邹龙寇永渊李希雯 Optimization of the effect and formulation of different coarse aggregates on performance of the paste backfill condensation YIN Sheng-hua,LIU Jia-ming.CHEN Wei,ZOU Long.KOU Yong-yuan,LI Xi-wen 引用本文： 尹升华，刘家明，陈威，邹龙，寇永渊，李希雯.不同粗骨料对膏体凝结性能的影响及配比优化).工程科学学报，2020,42(7)： 829-837.doi:10.13374.issn2095-9389.2019.07.14.005 YIN Sheng-hua,LIU Jia-ming,CHEN Wei,ZOU Long.KOU Yong-yuan,LI Xi-wen.Optimization of the effect and formulation of different coarse aggregates on performance of the paste backfill condensation[J].Chinese Journal of Engineering,2020,42(7):829- 837.doi:10.13374j.issn2095-9389.2019.07.14.005 在线阅读View online::https://doi.org/10.13374j.issn2095-9389.2019.07.14.005 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 含硫充填体膨胀裂隙发育特性与单轴抗压强度的关联分析 Association analysis of expansion crack development characteristics and uniaxial compressive strength property of sulphide- containing backfill 工程科学学报.2018.40(1：9 https:/1doi.org10.13374.issn2095-9389.2018.01.002 泵送剂对高含泥膏体流变特性影响及机理 Effects and mechanism of pumping agent on rheological properties of highly muddy paste 工程科学学报.2018.408：918 https:/doi.org10.13374.issn2095-9389.2018.08.004 高硫膏体强度劣化机理实验研究 Experimental study on the strength deterioration of sulfidic paste backfill 工程科学学报.2017,39(10：1493htps:/doi.org10.13374.issn2095-9389.2017.10.005 浓密增效剂对尾砂料浆浓密性能的影响及机理 Effect and mechanism of synergist on tailings slurry thickening performance 工程科学学报.2019,41(11：1405htps:doi.org/10.13374.issn2095-9389.2019.01.16.002 低温对某铜矿膏体充填早期强度影响及工程建议 Effect of low temperature on early strength of cemented paste backfill from a copper mine and engineering recommendations 工程科学学报.2018,40(8：925htps:ldoi.org/10.13374.issn2095-9389.2018.08.005 基于膏体稳定系数的级配表征及屈服应力预测 Grading characterization and yield stress prediction based on paste stability coefficient 工程科学学报.2018,4010)：1168htps:1doi.org/10.13374.issn2095-9389.2018.10.003

不同粗骨料对膏体凝结性能的影响及配比优化 尹升华 刘家明 陈威 邹龙 寇永渊 李希雯 Optimization of the effect and formulation of different coarse aggregates on performance of the paste backfill condensation YIN Sheng-hua, LIU Jia-ming, CHEN Wei, ZOU Long, KOU Yong-yuan, LI Xi-wen 引用本文: 尹升华, 刘家明, 陈威, 邹龙, 寇永渊, 李希雯. 不同粗骨料对膏体凝结性能的影响及配比优化[J]. 工程科学学报, 2020, 42(7): 829-837. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.07.14.005 YIN Sheng-hua, LIU Jia-ming, CHEN Wei, ZOU Long, KOU Yong-yuan, LI Xi-wen. Optimization of the effect and formulation of different coarse aggregates on performance of the paste backfill condensation[J]. Chinese Journal of Engineering, 2020, 42(7): 829- 837. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.07.14.005 在线阅读 View online: https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.07.14.005 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 含硫充填体膨胀裂隙发育特性与单轴抗压强度的关联分析 Association analysis of expansion crack development characteristics and uniaxial compressive strength property of sulphide￾containing backfill 工程科学学报. 2018, 40(1): 9 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.01.002 泵送剂对高含泥膏体流变特性影响及机理 Effects and mechanism of pumping agent on rheological properties of highly muddy paste 工程科学学报. 2018, 40(8): 918 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.08.004 高硫膏体强度劣化机理实验研究 Experimental study on the strength deterioration of sulfidic paste backfill 工程科学学报. 2017, 39(10): 1493 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.10.005 浓密增效剂对尾砂料浆浓密性能的影响及机理 Effect and mechanism of synergist on tailings slurry thickening performance 工程科学学报. 2019, 41(11): 1405 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.16.002 低温对某铜矿膏体充填早期强度影响及工程建议 Effect of low temperature on early strength of cemented paste backfill from a copper mine and engineering recommendations 工程科学学报. 2018, 40(8): 925 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.08.005 基于膏体稳定系数的级配表征及屈服应力预测 Grading characterization and yield stress prediction based on paste stability coefficient 工程科学学报. 2018, 40(10): 1168 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.10.003

工程科学学报.第42卷，第7期：829-837.2020年7月 Chinese Journal of Engineering,Vol.42,No.7:829-837,July 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.07.14.005;http://cje.ustb.edu.cn 不同粗骨料对膏体凝结性能的影响及配比优化 尹升华)，刘家明☒，陈威”，邹龙2，寇永渊)，李希雯) 1)北京科技大学土木与资源工程学院，北京1000832)金川集团股份有限公司，镍钴资源综合利用国家重点实验室，金昌737100 ☒通信作者，E-mail:1605920727@qq.com 摘要甘肃金川铜镍矿似膏体充填料浆水化凝结时间迟缓、粗骨料离析程度大，严重影响充填浆体的质量.本文以金川二 矿区全尾砂、废石和棒磨砂为实验材料，采用全面实验设计法，研究不同质量分数、粗骨料及尾骨比（全尾砂与粗骨料质量 比)对膏体充填凝结性能、抗压强度和流变特性的影响规律.实验结果表明：全尾砂-粗骨料膏体中，粗骨料的比表面积和化 学成分（活性MgO和CO)是影响凝结时间的主要因素；凝结时间随尾骨比增加而缩短，屈服应力随尾骨比增加而增加，塑性 黏度（全尾砂-废石、全尾砂-棒磨砂膏体）随尾骨比增加而增加：全尾砂-废石膏体抗压强度优于全尾砂-废石-棒磨砂膏体抗 压强度：最短凝结时间及最佳抗压强度（全尾砂-废石膏体、尾骨比5：5）比矿用凝结时间和抗压强度分别缩短2.1和增加 33%以上.最后对凝结性能进行单目标及多目标回归优化，多目标回归优化表明：全尾砂-废石-棒磨砂膏体最佳凝结时间为 270~300min、尾骨比10：6：6~10：7：7、屈服应力为167.0~169.0Pa:全尾砂-棒磨砂膏体最佳凝结时间为300~330min、 尾骨比10：14~10：16、屈服应力为164.0~167.0P,满足矿山生产要求. 关键词粗骨料：凝结性能：膏体充填：抗压强度：流变特性：回归优化 分类号TD862.2 Optimization of the effect and formulation of different coarse aggregates on performance of the paste backfill condensation YIN Sheng-hua,LIU Jia-ming,CHEN Wei,ZOU Long?),KOU Yong-yuan),LI Xi-wen 1)School of Civil and Resources Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)National Key Laboratory of Nickel and Cobalt Resources Comprehensive Utilization,Jinchuan Group Co Ltd,Jinchang 737100,China Corresponding author,E-mail:1605920727@qq.com ABSTRACT Hydration and setting time of paste-like backfill slurry in the Gansu Province's Jinchuan copper and nickel mine is slow, and the degree of segregation of coarse aggregate is high,seriously affecting the quality of cemented paste backfill.In this paper,by taking the unclassified tailings,waste rock and rod milling sand in Jinchuan's No.2 mining area as the experimental materials,and adopting the comprehensive test design method,the effects of different mass fraction,coarse aggregates and tailings-coarse aggregate ratio (mass ratio of unclassified tailings to coarse aggregate)on the setting performance,unconfined compressive strength and rheological properties of cemented paste backfill were studied.The experimental results show that the coarse aggregate's specific surface area and chemical composition(active MgO and CaO)in the unclassified tailings-coarse aggregate paste are the main factors influencing the setting time.Increasing the tailings-coarse aggregate ratio decreased the setting time of the paste backfill theory.Increasing the tailings-coarse aggregate ratio increased the yield stress of paste backfill slurry.With the increase in the tailings-coarse aggregate ratio, the plastic viscosity of paste backfill slurry (unclassified tailings-waste rock,unclassified tailings-waste rock-rod milling sand paste) 收稿日期：2019-07-14 基金项目：国家优秀青年科学基金资助项目(51722401)：国家自然科学基金重点资助项目(51734001)：中央高校基本科研业务费专项资金 资助项目(FRF-TP.18-003C1):镍钻资源综合利用国家重点实验室基金资助项目(201902)

不同粗骨料对膏体凝结性能的影响及配比优化 尹升华1)，刘家明1) 苣，陈    威1)，邹    龙2)，寇永渊2)，李希雯1) 1) 北京科技大学土木与资源工程学院，北京 100083    2) 金川集团股份有限公司,镍钴资源综合利用国家重点实验室，金昌 737100 苣通信作者，E-mail：1605920727@qq.com 摘    要    甘肃金川铜镍矿似膏体充填料浆水化凝结时间迟缓、粗骨料离析程度大，严重影响充填浆体的质量. 本文以金川二 矿区全尾砂、废石和棒磨砂为实验材料，采用全面实验设计法，研究不同质量分数、粗骨料及尾骨比（全尾砂与粗骨料质量 比）对膏体充填凝结性能、抗压强度和流变特性的影响规律. 实验结果表明：全尾砂–粗骨料膏体中，粗骨料的比表面积和化 学成分（活性 MgO 和 CaO）是影响凝结时间的主要因素；凝结时间随尾骨比增加而缩短，屈服应力随尾骨比增加而增加，塑性 黏度（全尾砂–废石、全尾砂–棒磨砂膏体）随尾骨比增加而增加；全尾砂–废石膏体抗压强度优于全尾砂–废石–棒磨砂膏体抗 压强度；最短凝结时间及最佳抗压强度（全尾砂–废石膏体、尾骨比 5∶5）比矿用凝结时间和抗压强度分别缩短 2.1 h 和增加 33% 以上. 最后对凝结性能进行单目标及多目标回归优化，多目标回归优化表明：全尾砂–废石–棒磨砂膏体最佳凝结时间为 270～300 min、尾骨比 10∶6∶6～10∶7∶7、屈服应力为 167.0～169.0 Pa；全尾砂–棒磨砂膏体最佳凝结时间为 300～330 min、 尾骨比 10∶14～10∶16、屈服应力为 164.0～167.0 Pa，满足矿山生产要求. 关键词    粗骨料；凝结性能；膏体充填；抗压强度；流变特性；回归优化 分类号    TD862.2 Optimization  of  the  effect  and  formulation  of  different  coarse  aggregates  on performance of the paste backfill condensation YIN Sheng-hua1) ，LIU Jia-ming1) 苣 ，CHEN Wei1) ，ZOU Long2) ，KOU Yong-yuan2) ，LI Xi-wen1) 1) School of Civil and Resources Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) National Key Laboratory of Nickel and Cobalt Resources Comprehensive Utilization, Jinchuan Group Co Ltd, Jinchang 737100, China 苣 Corresponding author, E-mail: 1605920727@qq.com ABSTRACT    Hydration and setting time of paste-like backfill slurry in the Gansu Province’s Jinchuan copper and nickel mine is slow, and the degree of segregation of coarse aggregate is high, seriously affecting the quality of cemented paste backfill. In this paper, by taking  the  unclassified  tailings,  waste  rock  and  rod  milling  sand  in  Jinchuan ’s  No.  2  mining  area  as  the  experimental  materials,  and adopting the comprehensive test design method, the effects of different mass fraction, coarse aggregates and tailings-coarse aggregate ratio  (mass  ratio  of  unclassified  tailings  to  coarse  aggregate)  on  the  setting  performance,  unconfined  compressive  strength  and rheological properties of cemented paste backfill were studied. The experimental results show that the coarse aggregate's specific surface area and chemical composition (active MgO and CaO) in the unclassified tailings-coarse aggregate paste are the main factors influencing the  setting  time.  Increasing  the  tailings-coarse  aggregate  ratio  decreased  the  setting  time  of  the  paste  backfill  theory.  Increasing  the tailings-coarse aggregate ratio increased the yield stress of paste backfill slurry. With the increase in the tailings-coarse aggregate ratio, the  plastic  viscosity  of  paste  backfill  slurry  (unclassified  tailings-waste  rock,  unclassified  tailings-waste  rock-rod  milling  sand  paste) 收稿日期: 2019−07−14 基金项目: 国家优秀青年科学基金资助项目 (51722401)；国家自然科学基金重点资助项目 (51734001)；中央高校基本科研业务费专项资金 资助项目 (FRF-TP-18-003C1)；镍钴资源综合利用国家重点实验室基金资助项目 (201902) 工程科学学报，第 42 卷，第 7 期：829−837，2020 年 7 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 42, No. 7: 829−837, July 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.07.14.005; http://cje.ustb.edu.cn

830 工程科学学报，第42卷，第7期 increased.The unconfined compressive strength of the unclassified tailings-waste rock paste is better than that of the unclassified tailings-waste rock-rod milling sand paste.The shortest setting time and the best unconfined compressive strength (the unclassified tailings-waste rock paste,tailings-coarse aggregate ratio 5:5)were reduced by 2.1 h,individually.They were also increased by more than 33%relative to the setting time,and unconfined compressive strength of the mine.Finally,the setting performance was optimized for single-objective and multi-objective regression.The multi-objective regression optimization showed that optimum setting time for the unclassified tailings-waste rock-rod milling sand paste was approximately 270 to 300 min,while for the unclassified tailings waste rock rod milling sand was approximately 10:6:6-10:7:7 and yield stress was about 167.0to 169.0 Pa.The optimum setting time of the unclassified tailings-rod milling sand paste was found to be about 300-330 min for the single-objective regression,the unclassified tailings rod milling sand was approximately 10:14-10:16,and yield stress was about 164.0-167.0 Pa,which met the mine production requirements. KEY WORDS coarse aggregate;condensation performance;paste backfill;compressive strength;rheological property;regression optimization 膏体充填具有不分层、不离析、不沉淀、强度 响充填体料浆水化反应，粒径主要影响充填体（细 均匀和水泥耗量少等特性，目前已经得到绝大多 骨料与粗骨料)整体级配，比表面积主要影响粗骨 数矿山的青睐-)膏体充填凝结时间的快慢，直 料所占充填体的空间及表面积.目前金川二矿区 接影响着充填料浆的凝结硬化速度.若充填料浆 采用下向分层进路式胶结充填采矿方法，其充填 凝结过快，则其有可能还未到达待充采空区就已 工艺采用河沙-废石-棒磨砂似膏体回填地下采空 经凝结，从而造成充填管路的堵塞，影响充填作 区，充填质量分数76%~80%，灰砂比（质量比）为 业；若充填料浆凝结时间过长，则其有可能在较长 1:4;但由于料浆中粗骨料离析严重，且需三次充填、 的一段时间内还呈液态，致使充填挡墙失稳，无法 三次脱水，凝结性能差，导致充填体凝结强度不够 保证采场作业的安全性.近年来，国内外学者对充 而造成垮塌等安全事故，给矿山安全生产组织造成 填体凝结性能进行大量研究.Luo)等介绍了在充 极大困难.因此，为改善矿山井下采场安全生产环 填料浆中加入超细矿渣作为细骨料，研究表明：超 境、二次利用矿山废弃物、防止地表环境污染，探 细矿渣细骨料能替代部分水泥，起到胶凝作用，且 究粗骨料对充填体的凝结性能、强度性能及流变 超细矿渣随用量增加而缩短料浆凝结时间：王洪 特性影响就显得十分必要，其主要参考指标为初 江)等分析了在全尾砂胶结膏体中摻人锗废渣作 凝凝结时间、抗压强度、屈服应力与塑性黏度] 为粗骨料，研究表明：锗废渣粗骨料中Zn2对膏体 本文从该矿充填体周期长、凝结性能差等问 凝结起到了促凝的作用，而且掺量越大，效果越明 题出发，探究不同质量分数、配比和充填骨料对膏 显；邓树峰阿阐述了在混凝土中掺入钢渣粉作为 体凝结时间、抗压强度以及流变特性的影响.并 细骨料，研究表明：钢渣粉细骨料可以提高混凝土 对膏体凝结时间、抗压强度和流变特性进行多元 强度延长混凝土凝结时间，当混凝土中钢渣粉的 回归分析.选用全尾砂、废石和棒磨砂作为充填物 质量分数为40%时，延长混凝土凝结时间最长；王 料，在充填质量分数77%（矿山现用）、灰砂比1：4、 方正等将不同比例的尾砂与废石制备成全尾 全尾砂-废石、全尾砂-棒磨砂、全尾砂-废石-棒磨 砂-废石膏体，研究表明：废石和尾砂比表面积对 砂尾骨比（全尾砂与粗骨料质量比）分别为6： 水泥水化凝结起到重要作用，随着比表面积的减 4、5:5、4:6.6:2:2、5:2.5:2.5和4：3：3下 小，膏体初凝时间呈现先升高后降低的趋势； 进行凝结时间（初凝）和3、7和28d抗压强度以及 Elyamany)等分析了不同骨料对混凝土凝结性能 流变性能的测定，为工业应用提供理论参考依据 影响.研究表明：掺入硅灰（细骨料）及矿渣（粗骨 1 实验材料 料)会改变混凝土整体级配，缩短混凝土的凝结时 间，当参入质量分数15%的硅灰及35%矿渣时， ()全尾砂.取自金川二矿区浓密后泵池，其 混凝土级配连续，效果最佳 密度为2.785gcm3,容重为1.217gcm3,孔隙率 根据国内外大量研究，粗骨料对充填体凝结 为56.29%.利用LMS-30型激光粒度分析仪对全 性能的影响大致分为三类因素：化学成分、粒径和 尾砂进行粒度分析，全尾砂粒级组成见图1，其中 比表面积.化学成分主要是粗骨料中所含成分影 全尾砂主要粒径在10~80um:采用X射线荧光光

increased.  The  unconfined  compressive  strength  of  the  unclassified  tailings-waste  rock  paste  is  better  than  that  of  the  unclassified tailings-waste  rock-rod  milling  sand  paste.  The  shortest  setting  time  and  the  best  unconfined  compressive  strength  (the  unclassified tailings-waste rock paste, tailings-coarse aggregate ratio 5∶5) were reduced by 2.1 h, individually. They were also increased by more than 33% relative to the setting time, and unconfined compressive strength of the mine. Finally, the setting performance was optimized for single-objective and multi-objective regression. The multi-objective regression optimization showed that optimum setting time for the unclassified tailings-waste rock-rod milling sand paste was approximately 270 to 300 min, while for the unclassified tailings waste rock rod milling sand was approximately 10∶6∶6–10∶7∶7 and yield stress was about 167.0 to 169.0 Pa. The optimum setting time of the unclassified  tailings-rod  milling  sand  paste  was  found  to  be  about  300 –330  min  for  the  single-objective  regression,  the  unclassified tailings rod milling sand was approximately 10∶14–10∶16, and yield stress was about 164.0–167.0 Pa, which met the mine production requirements. KEY  WORDS    coarse  aggregate； condensation  performance； paste  backfill； compressive  strength； rheological  property； regression optimization 膏体充填具有不分层、不离析、不沉淀、强度 均匀和水泥耗量少等特性，目前已经得到绝大多 数矿山的青睐[1−2] . 膏体充填凝结时间的快慢，直 接影响着充填料浆的凝结硬化速度. 若充填料浆 凝结过快，则其有可能还未到达待充采空区就已 经凝结，从而造成充填管路的堵塞，影响充填作 业；若充填料浆凝结时间过长，则其有可能在较长 的一段时间内还呈液态，致使充填挡墙失稳，无法 保证采场作业的安全性. 近年来，国内外学者对充 填体凝结性能进行大量研究. Luo[3] 等介绍了在充 填料浆中加入超细矿渣作为细骨料，研究表明：超 细矿渣细骨料能替代部分水泥，起到胶凝作用，且 超细矿渣随用量增加而缩短料浆凝结时间；王洪 江[4] 等分析了在全尾砂胶结膏体中掺入锗废渣作 为粗骨料，研究表明：锗废渣粗骨料中 Zn2+对膏体 凝结起到了促凝的作用，而且掺量越大，效果越明 显；邓树峰[5] 阐述了在混凝土中掺入钢渣粉作为 细骨料，研究表明：钢渣粉细骨料可以提高混凝土 强度延长混凝土凝结时间，当混凝土中钢渣粉的 质量分数为 40% 时，延长混凝土凝结时间最长；王 方正[6] 等将不同比例的尾砂与废石制备成全尾 砂–废石膏体，研究表明：废石和尾砂比表面积对 水泥水化凝结起到重要作用，随着比表面积的减 小 ，膏体初凝时间呈现先升高后降低的趋势 ； Elyamany[7] 等分析了不同骨料对混凝土凝结性能 影响. 研究表明：掺入硅灰（细骨料）及矿渣（粗骨 料）会改变混凝土整体级配，缩短混凝土的凝结时 间，当掺入质量分数 15% 的硅灰及 35% 矿渣时， 混凝土级配连续，效果最佳. 根据国内外大量研究，粗骨料对充填体凝结 性能的影响大致分为三类因素：化学成分、粒径和 比表面积. 化学成分主要是粗骨料中所含成分影 响充填体料浆水化反应，粒径主要影响充填体（细 骨料与粗骨料）整体级配，比表面积主要影响粗骨 料所占充填体的空间及表面积. 目前金川二矿区 采用下向分层进路式胶结充填采矿方法，其充填 工艺采用河沙–废石–棒磨砂似膏体回填地下采空 区，充填质量分数 76%～80%，灰砂比（质量比）为 1∶4；但由于料浆中粗骨料离析严重，且需三次充填、 三次脱水，凝结性能差，导致充填体凝结强度不够 而造成垮塌等安全事故，给矿山安全生产组织造成 极大困难. 因此，为改善矿山井下采场安全生产环 境、二次利用矿山废弃物、防止地表环境污染，探 究粗骨料对充填体的凝结性能、强度性能及流变 特性影响就显得十分必要，其主要参考指标为初 凝凝结时间、抗压强度、屈服应力与塑性黏度[8] . 本文从该矿充填体周期长、凝结性能差等问 题出发，探究不同质量分数、配比和充填骨料对膏 体凝结时间、抗压强度以及流变特性的影响. 并 对膏体凝结时间、抗压强度和流变特性进行多元 回归分析. 选用全尾砂、废石和棒磨砂作为充填物 料，在充填质量分数 77%（矿山现用）、灰砂比 1∶4、 全尾砂–废石、全尾砂–棒磨砂、全尾砂–废石–棒磨 砂尾骨比（全尾砂与粗骨料质量比）分别为 6∶ 4、5∶5、4∶6，6∶2∶2、5∶2.5∶2.5 和 4∶3∶3 下 进行凝结时间（初凝）和 3、7 和 28 d 抗压强度以及 流变性能的测定，为工业应用提供理论参考依据. 1    实验材料 （1）全尾砂. 取自金川二矿区浓密后泵池，其 密度为 2.785 g·cm–3，容重为 1.217 g·cm–3，孔隙率 为 56.29%. 利用 LMS-30 型激光粒度分析仪对全 尾砂进行粒度分析，全尾砂粒级组成见图 1，其中 全尾砂主要粒径在 10～80 μm；采用 X 射线荧光光 · 830 · 工程科学学报，第 42 卷，第 7 期

尹升华等：不同粗骨料对膏体凝结性能的影响及配比优化 831· 谱(XRF)分析全尾砂主要化学成分，结果见表1， 价公式表2可知，废石碱性率、活性率和质量指数 其中全尾砂主要成为SiO2、MgO和FeO3.根据国 分别为1.0、0.19和1.35，属于活性充填材料（中等 家标准GB/T20491一2006、GB203一2008及GB/T 活性).棒磨砂碱性率、活性率和质量指数分别为 18046一2008，采用矿渣碱性率、矿渣活性率及矿 0.53、0.14和0.2，属于惰性充填材料 渣质量指数对全尾砂进行活性评价.其评价公式 (3)水泥.来自市售，其型号为PC32.5R型普 如表2，全尾砂碱性率为0.93，活性率为0.15，质量 通硅酸盐水泥.密度为3.100gcm3,容重为 指数为12.，属于活性充填材料（低活性） 1.05gcm3 2实验 3.5 100 3.0 2.1实验方案 yuonnq!nsip 2.5 为了全面分析各因素对充填体凝结性能影 2.0 60 响，实验方案分为两个阶段.阶段一选取金川二矿 1.5 区现用河沙-废石-棒磨砂、灰砂比1：4、尾骨比 1.0 20 0.5 为5.0：2.5：2.5及质量分数(75%~80%)6个水 0 平.阶段二选取质量分数77%、灰砂比1：4、不同 0.1 10 100 1000 物料（全尾砂-废石、全尾砂-棒磨砂及全尾砂-废 Particle size/um 石-棒磨砂)3个水平和尾骨比(6：4、5：5及4：6) 图1全尾砂粒径分布 3个水平.具体实验设计方案如表4所示 Fig.I Particle size distribution of unclassified tailings 2.2实验设备 (2)粗骨料.废石、河沙及棒磨砂等粗骨料取 根据GB/T1346一2001《水泥净浆标准稠度 自二矿区充填站料仓.废石密度为2.876gcm3, 用水量、凝结时间、安全性验证方法》规定，采用 容重为1.675gcm3,孔隙率为41.76%：河沙密度为 智能水泥凝结时间自动测定仪对不同配比膏体 2.609gcm3,容重为1.386gcm3,孔隙率为37.83%； 进行凝结时间的测定测定时，降低试针与水 棒磨砂密度为2.794gcm3,容重为1.558gcm3, 泥净浆表面接触再拧紧螺丝1~2s后，突然放 孔隙率为44.24%.其废石、河沙及棒磨砂粒级组 松，使试针垂直自由的沉入水泥净浆中，观察试 成如表3所示，废石主要粒径在2~15mm:河沙主 针停止沉入或释放30s时指针的计数.当试针距 要粒径在0.3~4.75mm;棒磨砂主要粒径在 底版4mm±1mm时，为充填体达到初凝状态，此 0.45~10mm.废石及棒磨砂化学分析结果见表1， 时所对应的时间为膏体初凝时间.抗压强度测 由表1可见，废石主要成分为SiO2、CaO和MgO, 试则是将配制的料浆浇灌入7.07cm×7.07cm× 棒磨砂主要成分为SiO2、Al,O3和CaO.由活性评 7.07cm标准三联模具内，脱模后的试块分别放至 表1 物料化学成分（质量分数） Table 1 Chemical constituents of materials Materials SiO2 Cao Mgo A203 Fe2O S03 K2O TiO,MnO Loss Unclassified tailings 34.20 3.73 32.71 5.04 19.14 3.370.390.33 0.00 1.09 Waste rock 36.71 16.39 27.22 6.81 7.17 2.58 1.95 0.54 0.12 0.51 Rod milling sand 75.75 3.58 1.05 10.95 2.35 1.45 2.50 0.33 0.00 2.04 表2矿物活性评价指标公式 Table 2 Formula of mineral activity evaluation index Evaluation Alkalinity rate Activity rate Mass index m(CaO)+m(MgO) m(CaO)+m(Al203)+Mgo Formula Mo=m(SiO2)+m(Al2O3) M-m20) K= m(SiO2) m(SiO2)+m(TiO2)+m(MnO) M>1:alkaline slag M.>0.25:high activity K>1.9:high active slag Value M=1:neutral slag 0.15<M,<0.25:moderate activity 1.2<K<1.9:moderate active slag Mo<1:acid slag M<0.15:low activity K<1.2:low active slag

谱（XRF）分析全尾砂主要化学成分，结果见表 1， 其中全尾砂主要成为 SiO2、MgO 和 Fe2O3 . 根据国 家标准 GB/T20491—2006、GB203—2008 及 GB/T 18046—2008，采用矿渣碱性率、矿渣活性率及矿 渣质量指数对全尾砂进行活性评价. 其评价公式 如表 2，全尾砂碱性率为 0.93，活性率为 0.15，质量 指数为 1.2，属于活性充填材料（低活性）. （2）粗骨料. 废石、河沙及棒磨砂等粗骨料取 自二矿区充填站料仓. 废石密度为 2.876 g·cm–3 ， 容重为 1.675 g·cm–3，孔隙率为 41.76%；河沙密度为 2.609 g·cm–3，容重为 1.386 g·cm–3，孔隙率为 37.83%； 棒磨砂密度为 2.794 g·cm–3，容重为 1.558 g·cm–3 ， 孔隙率为 44.24%. 其废石、河沙及棒磨砂粒级组 成如表 3 所示，废石主要粒径在 2～15 mm；河沙主 要 粒 径 在 0.3～ 4.75  mm； 棒 磨 砂 主 要 粒 径 在 0.45～10 mm. 废石及棒磨砂化学分析结果见表 1， 由表 1 可见，废石主要成分为 SiO2、CaO 和 MgO， 棒磨砂主要成分为 SiO2、Al2O3 和 CaO. 由活性评 价公式表 2 可知，废石碱性率、活性率和质量指数 分别为 1.0、0.19 和 1.35，属于活性充填材料（中等 活性）. 棒磨砂碱性率、活性率和质量指数分别为 0.53、0.14 和 0.2，属于惰性充填材料. （3）水泥. 来自市售，其型号为 PC32.5R 型普 通 硅 酸 盐 水 泥 . 密 度 为 3.100  g·cm–3， 容 重 为 1.05 g·cm–3 . 2    实验 2.1    实验方案 为了全面分析各因素对充填体凝结性能影 响，实验方案分为两个阶段. 阶段一选取金川二矿 区现用河沙–废石–棒磨砂、灰砂比 1∶4、尾骨比 为 5.0∶2.5∶2.5 及质量分数（ 75%～80%） 6 个水 平. 阶段二选取质量分数 77%、灰砂比 1∶4、不同 物料（全尾砂–废石、全尾砂–棒磨砂及全尾砂–废 石–棒磨砂）3 个水平和尾骨比（6∶4、5∶5 及 4∶6） 3 个水平. 具体实验设计方案如表 4 所示. 2.2    实验设备 根据 GB/T1346—2001《水泥净浆标准稠度 用水量、凝结时间、安全性验证方法》规定，采用 智能水泥凝结时间自动测定仪对不同配比膏体 进行凝结时间的测定[9] . 测定时，降低试针与水 泥净浆表面接触再拧紧螺丝 1～2 s 后，突然放 松，使试针垂直自由的沉入水泥净浆中，观察试 针停止沉入或释放 30 s 时指针的计数. 当试针距 底版 4 mm ± 1 mm 时，为充填体达到初凝状态，此 时所对应的时间为膏体初凝时间[10] . 抗压强度测 试则是将配制的料浆浇灌入 7.07 cm × 7.07 cm × 7.07 cm 标准三联模具内，脱模后的试块分别放至 表 1 物料化学成分 (质量分数) Table 1  Chemical constituents of materials % Materials SiO2 CaO MgO Al2O3 Fe2O3 SO3 K2O TiO2 MnO Loss Unclassified tailings 34.20 3.73 32.71 5.04 19.14 3.37 0.39 0.33 0.00 1.09 Waste rock 36.71 16.39 27.22 6.81 7.17 2.58 1.95 0.54 0.12 0.51 Rod milling sand 75.75 3.58 1.05 10.95 2.35 1.45 2.50 0.33 0.00 2.04 表 2 矿物活性评价指标公式 Table 2 Formula of mineral activity evaluation index Evaluation Alkalinity rate Activity rate Mass index Formula M0= m(CaO)+m(MgO) m(SiO2)+m(Al2O3) Ma= m(Al2O3) m(SiO2) K = m(CaO)+m(Al2O3)+MgO m(SiO2)+m(TiO2)+m(MnO) Value M0>1: alkaline slag M0=1: neutral slag M0<1: acid slag Ma>0.25: high activity 0.15<Ma <0.25: moderate activity Ma<0.15: low activity K>1.9: high active slag 1.2<K<1.9: moderate active slag K<1.2: low active slag 3.5 3.0 2.5 1.5 0.5 2.0 1.0 0 1 Particle size/μm Differential distribution/ % 100 60 20 80 40 0 Cumulative distribution/ % 0.1 10 100 1000 Differential distribution Cumulative distribution 图 1    全尾砂粒径分布 Fig.1    Particle size distribution of unclassified tailings 尹升华等： 不同粗骨料对膏体凝结性能的影响及配比优化 · 831 ·

832 工程科学学报，第42卷，第7期 表3粗骨料粒径组成（质量分数） Table 3 Particle size distribution of coarse aggregate % Particle size content -0.3mm +0.3~-0.45mm +0.45-2mm +2~4.75mm +4.75~-10mm +10~-15mm+15mm Waste rock 5.67 8.92 10.31 19.73 38.60 6.12 10.64 Rod milling sand 17.56 16.37 33.53 16.43 10.28 2.06 3.78 River sand 23.93 27.70 19.77 19.67 7.83 0.93 0 表4膏体凝结性能试验设计方案 Table 4 Test design of condensation performance of paste backfill Phases Proportioning Raw materials Mass fraction/% 5:2.5:2.5 River sand-waste rock-rod milling sand 75 5:2.5:2.5 River sand-waste rock-rod milling sand 也 5:2.5:2.5 River sand-waste rock-rod milling sand 77 Phase 1 5:2.5:2.5 River sand-waste rock-rod milling sand 他 5:2.5:2.5 River sand-waste rock-rod milling sand 79 5:2.5:2.5 River sand-waste rock-rod milling sand 呢 6:4 Unclassified tailings-waste rock 77 5:5 Unclassified tailings-waste rock 77 4:6 Unclassified tailings-waste rock 77 6:4 Unclassified tailings-rod milling sand 77 Phase 2 5:5 Unclassified tailings-rod milling sand 77 4:6 77 6:2:2 Unclassified tailings-waste rock-rod milling sand 77 5:2.2:2.5 Unclassified tailings-waste rock-rod milling sand 77 4:3:3 Unclassified tailings-waste rock-rod milling sand 77 养护箱养护，养护温度为20℃，养护湿度为90% 3结果与分析 养护3、7及28d后，用WEW-600D万能试验机进 3.1各因素对充填膏体凝结性能影响 行单轴抗压试验，测定不同龄期单轴抗压强度山 按照单一变量原则，每组实验测定三次，取三者 用BROOKFIELD R/S plus型流变仪，配备规格v4O- 平均值作为每组实验结果.探究不同质量分数、粗 20桨式转子进行流变实验，测定不同料浆流变 骨料和尾骨比对膏体初凝时间影响.图2所示为不 特性 同质量分数、粗骨料和尾骨比与初凝时间曲线图. 500 500 (a) (b) 450 milling sand 450 400 350 300 350 250 200 300 150 77 78 4:6 5:5 6:4 Mass fractions/% Taillings-aggregate ratios 图2不同因素下料浆初凝时间.(a)质量分数：(b)尾骨比 Fig.2 Initial setting time of slurry with different factors:(a)mass fractions,(b)tailings-aggregate ratios

养护箱养护，养护温度为 20 ℃，养护湿度为 90%. 养护 3、7 及 28 d 后，用 WEW-600D 万能试验机进 行单轴抗压试验，测定不同龄期单轴抗压强度[11] . 用 BROOKFIELD R/S plus 型流变仪，配备规格 v40- 20 桨式转子进行流变实验，测定不同料浆流变 特性. 3    结果与分析 3.1    各因素对充填膏体凝结性能影响 按照单一变量原则，每组实验测定三次，取三者 平均值作为每组实验结果. 探究不同质量分数、粗 骨料和尾骨比对膏体初凝时间影响. 图 2 所示为不 同质量分数、粗骨料和尾骨比与初凝时间曲线图. 表 3 粗骨料粒径组成 (质量分数) Table 3  Particle size distribution of coarse aggregate % Particle size content –0.3 mm +0.3 ~ –0.45 mm +0.45 ~ –2 mm +2 ~ –4.75 mm +4.75 ~ –10 mm +10 ~ –15 mm +15 mm Waste rock 5.67 8.92 10.31 19.73 38.60 6.12 10.64 Rod milling sand 17.56 16.37 33.53 16.43 10.28 2.06 3.78 River sand 23.93 27.70 19.77 19.67 7.83 0.93 0 表 4 膏体凝结性能试验设计方案 Table 4 Test design of condensation performance of paste backfill Phases Proportioning Raw materials Mass fraction / % Phase 1 5∶2.5∶2.5 River sand–waste rock–rod milling sand 75 5∶2.5∶2.5 River sand–waste rock–rod milling sand 76 5∶2.5∶2.5 River sand–waste rock–rod milling sand 77 5∶2.5∶2.5 River sand–waste rock–rod milling sand 78 5∶2.5∶2.5 River sand–waste rock–rod milling sand 79 5∶2.5∶2.5 River sand–waste rock–rod milling sand 80 Phase 2 6∶4 Unclassified tailings–waste rock 77 5∶5 Unclassified tailings–waste rock 77 4∶6 Unclassified tailings–waste rock 77 6∶4 Unclassified tailings–rod milling sand 77 5∶5 Unclassified tailings–rod milling sand 77 4∶6 Unclassified tailings–rod milling sand 77 6∶2∶2 Unclassified tailings–waste rock–rod milling sand 77 5∶2.2∶2.5 Unclassified tailings–waste rock–rod milling sand 77 4∶3∶3 Unclassified tailings–waste rock–rod milling sand 77 500 450 300 400 350 River sand–waste rock–rod milling sand Mass fractions/% Initial setting time/min 76 77 78 79 450 500 (a) (b) 400 200 250 150 350 300 Taillings-aggregate ratios Initial setting time/min 4:6 5:5 6:4 Unclassified tailings–waste rock Unclassified tailings–waste rock–rod milling sand Unclassified tailings–rod milling sand 图 2    不同因素下料浆初凝时间. （a）质量分数；（b）尾骨比 Fig.2    Initial setting time of slurry with different factors: (a) mass fractions; (b) tailings-aggregate ratios · 832 · 工程科学学报，第 42 卷，第 7 期