有色金属科学与工程  2011, Vol. 2 Issue (3): 55-57,66
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刘洪兴, 谢志华, 赵奎. 某铜矿不同水泥标号的分级尾砂胶结充填体力学试验研究[J]. 有色金属科学与工程, 2011, 2(3): 55-57,66. DOI:.
LIU Hong-xing, XIE Zhi-hua, ZHAO Kui. Mechanics Experimental Study on the Different Indicia and Grade Cemented Tailings Backfill in a Copper Mine[J]. Nonferrous Metals Science and Engineering, 2011, 2(3): 55-57,66.DOI: .
某铜矿不同水泥标号的分级尾砂胶结充填体力学试验研究[PDF全文]
刘洪兴1a,2, 谢志华1b, 赵奎1a,2    
1a. 江西理工大学, 工程研究院, 江西 赣州 341000;
1b. 江西理工大学, 建筑与测绘工程学院, 江西 赣州 341000;
2. 钨资源高效开发及应用技术教育部工程研究中心，江西 赣州 341000
基金项目：国家自然科学基金项目（51064009）；江西省自然科学基金项目（2009GQC0036）
作者简介：刘洪兴（1980－），男，讲师, 在读博士, 主要从事采矿工程及地压控制方面的研究，E-mail:lhx-lhx971@163.com
收稿日期：2011-04-18
摘要：对42.5 (R)普通硅酸盐水泥和52.5 (R)普通硅酸盐水泥两种不同标号的分级尾砂胶结充填体试件进行单轴抗压强度和纵波波速测定，结果表明：52. 5 (R)比42.5 (R)的充填体的稳定性高，所以，矿山选用52. 5 (R)代替42.5 (R)可以降低充填体的配比，从而减少矿山水泥的使用量，达到提高经济效益的目的.
关键词：水泥    胶结充填    单轴抗压强度    纵波波速    
Mechanics Experimental Study on the Different Indicia and Grade Cemented Tailings Backfill in a Copper Mine
LIU Hong-xing1a,2, XIE Zhi-hua1b, ZHAO Kui1a,2    
1a. Jiangxi University of Science and Technology, Engineering Research Institute, Ganzhou 341000, China;
1b. Jiangxi University of Science and Technology, Faculty of Architectural and Surveying Engineering, Ganzhou 341000, China;
2. Engineering Research Center of High-efficiency Development and Application Technology of Tungsten Resources, Ministry of Education, Ganzhou 341000, China
Abstract: Experiments were conducted to test the uniaxial compressive strength and longitudinal wave velocities of tailing cemented backfills which are made of 42.5 (R)and 52.5 (R)normal silicate cement separately. Testing Results show that backfill with 52.5 (R)cement is more stable than that with 42.5 (R) cement. Cement 52.5(R), instead of cement 42.5 (R), can reduce the backfill proportion by decreasing the cement usage in the mining industry.
Key words: cement    cemented backfill    uni-axial compressive strength    longitudinal wave velocity    
0 引言

20世纪60年代初期，我国胶结充填技术开始在金属矿山应用，其中分级尾砂充填工艺是我国应用最为广泛的充填工艺[1].胶结充填采矿法是一种回收率高、贫化损失率低和采矿成本比较高的采矿方法，适用于矿岩稳定性差的贵金属地下矿床以及有特殊要求的矿床开采.采用充填采矿法的矿山，其采场地应力的分布与围岩的稳定状，不仅依赖于矿区的地质构造、原岩应力、矿岩质量等，而且还与充填体的强度、充填体的整体性和充填工艺等密切相关.

某铜矿采用下向进路式充填采矿法，回采断面为3×3 m2，充填材料使用矿山排放的尾砂和42.5 (R)普通硅酸盐水泥胶结充填.回采分条分上、下两个部分按不同的灰砂比进行充填，灰砂比为：充下部时按1:4(水泥20 %)，充填高度为1.2 m；充上部时按1:8 (水泥11 %)，充填为1.8 m.通过长期的采矿实践证明，这种采矿方法和工艺比较适合矿山的实际，并且能充分的保证矿山的开采安全.为了进一步提高充填效果和降低水泥使用量，矿山将42.5 (R)普通硅酸盐水泥改成了52.5 (R)普通硅酸盐水泥.但是否能达到预期的效果和目的，必须对两种水泥的充填体稳定性进行强度对比试验研究.

1 试件制作 1.1 试验材料的准备

包括矿山全尾尾砂、42.5 (R)普通硅酸盐水泥、52.5 (R)普通硅酸盐水泥以及PPC管的准备.

1.2 试件的制作

本次试验试件主要为尾砂和水泥混合制作而成.制作试件60个，分为42.5 (R)水泥(配比1:4)、42.5 (R)水泥(配比1:8)、52.5 (R)(配比1:4)、52.5 (R)(配比1:8)4组，每组15个.试件采用圆柱形，其高度等于直径的两倍，试件具体尺寸为：长度L 15.2 cm，直径D 7.6 cm，试件两个端面都采用细砂纸磨平成水平面[2]，加工后的充填体试件见图 1.

图 1 加工后的充填体试件

2 强度的测定

充填体单轴抗压强度作为材料的一种力学特性，反映了充填体受外力作用被破坏的主要指标.充填体的单轴抗压强度是指充填体在单向压力作用下抵抗压碎破坏的能力，在数值上等于岩石受压达到破坏的极限应力.充填体的抗压强度是在单向压力无侧向约束的条件下测得的[3-5].

本次强度试验是通过MT-150C型岩石力学试验系统进行的.RMT-150C型岩石力学试验系统是由中国科学院武汉岩土力学研究所研制.其采用了独特的多功能设计方案和模糊控制技术，精度高，响应快，操作方便.其测定结果如图 2.

图 2 充填体试件单轴抗压强度

通过图 2可以发现，52.5 (R)水泥和42.5 (R)水泥在相同配比的情况下，52.5 (R)水泥制作的试件的单轴抗压强度明显大于42.5 (R)水泥制作的试件. 42.5 (R)水泥(配比为1:4)的试件的单轴抗压强度基本在6~8 MPa之间，42.5 (R)水泥(配比为1:8)的试件的单轴抗压强度基本在3~4 MPa之间；52.5 (R)水泥(配比为1:4)的试件的单轴抗压强度基本在10~12 MPa之间，52.5 (R)水泥(配比为1:8)的试件的单轴抗压强度基本在5~7 MPa之间.因此，可以得出结论水泥的标号越高，其充填体的单轴抗压强度越大.

3 波速测定

声波法属于一种现代物理技术，它既是物理方法，主要应用声学原理，采用声电转换的测试技术，它的基础又是弹性波力学，反映介质质点运动的力学特性.超声波测试技术在岩石力学领域得到广泛的应用.通过测试纵、横波在岩石内的传播速度可以确定动态杨氏模量、泊松比等参数；根据岩石的超声波速度可以对岩石进行分级，利用超声波的传播速度、衰减特性可以研究岩石的构成及内部孔隙情况.一般认为岩石的强度、杨氏模量与超声波通过速度通常具有正相关性，这已经得到大量试验结果的证实.充填体的材料组成、材料性质跟岩石比较区别较大，其强度与波速之间还没有很确定的关系，因此本次试验对充填体进行了纵波波速的测定[6].

本次试验采用RSM-SY5型智能声波检测仪对充填体试件进行纵波波速的测定.其测定结果如图 3.

图 3 充填体试件纵波波速图

通过图 3可以发现，52.5 (R)水泥和42.5 (R)水泥在相同配比的情况下，52.5 (R)水泥制作的试件的纵波波速明显大于42.5 (R)水泥制作的试件. 42.5 (R)水泥(配比为1:4)的试件的纵波波速Vp基本在2100~2200 m/ms之间，42.5 (R)水泥(配比为1:8)试件的纵波波速Vp基本在1600~1700 m/ms之间；52.5 (R)水泥(配比为1：4)的试件的纵波波速Vp基本在2300~2500 m/ms之间，52.5 (R)水泥(配比为1:8)的试件的纵波波速Vp基本在2000~ 2100 m/ms之间.因此，充填体试件的波速与水泥的标号具有正相关性，水泥的标号越高，其充填体试件的纵波波速越大.

4 强度与波速的关系

应用数理统计方法，对上述充填体试件的实验数据采用一元线性数学模型进行回归分析处理，得到回归方程为：σ = 0.0085Vp-11.42978，充填体的单轴抗压强度与其纵波波速具有一定的线性关系[7].充填体试件强度与纵波波速关系见图 4.

图 4 充填体试件强度与纵波波速关系图

5 结束语

(1) 通过对试件测量其纵波波速和单轴抗压强度发现，52.5 (R)水泥和42.5 (R)水泥在相同配比的情况下，52.5 (R)水泥制作的试件在纵波波速和抗压强度等方面都明显大于42.5 (R)水泥制作的试件.

(2) 通过对充填体试件的实验数据采用一元线性数学模型进行回归分析，充填体的单轴抗压强度和纵波波速成线性关系，抗压强度越高的充填体，纵波波速对应越高.

(3) 矿山将42.5 (R)普通硅酸盐水泥改成了52.5 (R)普通硅酸盐水泥，充填体的强度和波速都相应的有所提高，因此在原有的基础上可适当降低其配比，以减少矿山水泥的使用量，达到提高经济效益的目的.

参考文献
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