·926· 工程科学学报，第40卷，第8期 the addition of high-temperature water to the paste backfill system.Using a practical paste ratio at the JCM,the paper calculated a the- oretical high-temperature water flow of 6-8 m'h.When the water temperature ranges between 70-100 C,the temperature of the paste can be improved from 6C to 15-19C.The paper recommends the use of an industrial water heater for providing the hot water, with a conservative power output of 400 kW.The use of this water heater will yield a cost improvement of 2.9 RMB per cube of filling material. KEY WORDS paste;low temperature;hydration degree;strength;addition of high-temperature water 膏体是一种以全尾砂为主要集料，根据需要添 表1全尾砂物理性质 加水泥、碎石、戈壁集料、河沙、炉渣等材料复合而成 Table 1 Physical property of full talings 的一种结构流体).由于其良好的输送性能以及采 密度/ 松散容重/密实容重/松散孔隙 密实孔隙 场无需排水、均质性好等优点，被认为是一种新型环 (tm-3) (tm3)(tm-3) 率/% 率/% 保充填材料].因此，我国越来越多的矿山开始接 2.662 1.19 1.604 55.3 39.74 受并推广使用该材料[3-6) ,100 膏体材料被用于井下空区充填很重要的原因在 于其具有固结硬化的特性，可以支撑围岩，为井下采 80 矿提供一个相对安全的作业环境[-].膏体材料的 60 硬化主要归因于其中的胶凝材料水化作用，众所周 知，水泥水化反应对温度又是极为敏感的).范特 40 霍夫根据大量的实验事实，归纳出一个近似规律：对 20 一般反应来说，温度每升高10℃，反应速率加快2~ 4倍0].而我国绝大部分膏体充填矿山四季分明， .1 1.0 10.0 100.0 1000.0 粒径μm 冬季低温较为常见，尤其是在东北、西北地区，最低 图1全尾砂粒级组成曲线 温度达到零下40℃，如此低的环境温度，必然对充 Fig.I Particle size distribution curve of full tailings 填集料以及集料中的水的温度造成较大影响，最终 导致膏体料的温度较低.较低的温度将减缓膏体材 填料进行五次不同时间随机取样，测量其温度分别 料中的水泥水化作用)]，这就会使得原本设计的膏 为7、99、11和13℃，平均温度为9.8℃，不足10 体材料配比在该温度条件下无法达到目标强度，从 ℃.根据前期研究结果，此温度对膏体早期强度发 而造成采场膏体料缓凝，延长采充周期，同时也为二 展不利.基于这一认识，开展了大量低温条件下膏 步骤回采等带来安全隐患， 体力学性能室内实验.实验采用水温不足6℃的自 为此，本文以新疆伽师铜矿冬季低温膏体料为 来水，用该水与各种集料混合，配置的膏体料温度实 研究对象，系统开展了该矿冬季不同水质、水泥种 测为10℃，可以较好的模拟该矿冬季实际充填料 类、水泥添加方式、泵送剂掺量、骨料添加量膏体试 温度. 块的力学特性研究，并提出了相应的工程调控措施， 实验分别完成了不同水质（自来水和选矿水）、 为减轻该矿由于低温效应对膏体强度造成的不良影 水泥种类（标号为32.5、42.5和52.5）、水泥添加方 响提供技术支持 式（湿式添加和干式添加）、泵送剂掺量(0~2%水 泥干料质量比)、骨料添加量（尾废比3：1~6：1）等 1 实验材料及方法 因素下的不同实验43组，为了保证实验结果的可靠 新疆伽师铜矿膏体料以全尾砂为主，添加10 性，每组实验3个试块，最终强度为3个试块的平均 mm以下的商品化连续级配碎石作为粗骨料来改善 值.这些实验的共同点是膏体料温度较低，但是一 强度和流动性，采用32.5水泥作为胶凝材料.全尾 旦膏体被输送至井下采场，其养护温度并非很低. 砂基本物理性能如表1所示，粒度筛析结果如图1 因此，选择在养护温度20℃、湿度为95%的标准养 所示，该尾砂-200目质量分数为64.32%，-20m 护箱中进行，测量养护龄期为3、7和28d的强度. 的细颗粒质量分数为29.8%，平均粒径为58m. 在此需要说明的是，考虑较多影响因素是要收集大 伽师铜矿冬季较为寒冷，气温低于零下20℃. 量的低温膏体强度数据，通过不同因素大量实验数 对冬季(12月~1月)膏体充填系统二级搅拌槽充 据，探索低温膏体在正常养护条件下的强度演化工程科学学报,第 40 卷,第 8 期 the addition of high鄄temperature water to the paste backfill system. Using a practical paste ratio at the JCM, the paper calculated a the鄄 oretical high鄄temperature water flow of 6鄄鄄8 m 3·h - 1 . When the water temperature ranges between 70鄄鄄100 益 , the temperature of the paste can be improved from 6 益 to 15鄄鄄19 益 . The paper recommends the use of an industrial water heater for providing the hot water, with a conservative power output of 400 kW. The use of this water heater will yield a cost improvement of 2郾 9 RMB per cube of filling material. KEY WORDS paste; low temperature; hydration degree; strength; addition of high鄄temperature water 膏体是一种以全尾砂为主要集料,根据需要添 加水泥、碎石、戈壁集料、河沙、炉渣等材料复合而成 的一种结构流体[1] . 由于其良好的输送性能以及采 场无需排水、均质性好等优点,被认为是一种新型环 保充填材料[2] . 因此,我国越来越多的矿山开始接 受并推广使用该材料[3鄄鄄6] . 膏体材料被用于井下空区充填很重要的原因在 于其具有固结硬化的特性,可以支撑围岩,为井下采 矿提供一个相对安全的作业环境[7鄄鄄8] . 膏体材料的 硬化主要归因于其中的胶凝材料水化作用,众所周 知,水泥水化反应对温度又是极为敏感的[9] . 范特 霍夫根据大量的实验事实,归纳出一个近似规律:对 一般反应来说,温度每升高 10 益 ,反应速率加快 2 ~ 4 倍[10] . 而我国绝大部分膏体充填矿山四季分明, 冬季低温较为常见,尤其是在东北、西北地区,最低 温度达到零下 40 益 ,如此低的环境温度,必然对充 填集料以及集料中的水的温度造成较大影响,最终 导致膏体料的温度较低. 较低的温度将减缓膏体材 料中的水泥水化作用[11] ,这就会使得原本设计的膏 体材料配比在该温度条件下无法达到目标强度,从 而造成采场膏体料缓凝,延长采充周期,同时也为二 步骤回采等带来安全隐患. 为此,本文以新疆伽师铜矿冬季低温膏体料为 研究对象,系统开展了该矿冬季不同水质、水泥种 类、水泥添加方式、泵送剂掺量、骨料添加量膏体试 块的力学特性研究,并提出了相应的工程调控措施, 为减轻该矿由于低温效应对膏体强度造成的不良影 响提供技术支持. 1 实验材料及方法 新疆伽师铜矿膏体料以全尾砂为主,添加 10 mm 以下的商品化连续级配碎石作为粗骨料来改善 强度和流动性,采用 32郾 5 水泥作为胶凝材料. 全尾 砂基本物理性能如表 1 所示,粒度筛析结果如图 1 所示,该尾砂 - 200 目质量分数为 64郾 32% , - 20 滋m 的细颗粒质量分数为 29郾 8% ,平均粒径为 58 滋m. 伽师铜矿冬季较为寒冷,气温低于零下 20 益 . 对冬季(12 月 ~ 1 月)膏体充填系统二级搅拌槽充 表 1 全尾砂物理性质 Table 1 Physical property of full talings 密度/ (t·m - 3 ) 松散容重/ (t·m - 3 ) 密实容重/ (t·m - 3 ) 松散孔隙 率/ % 密实孔隙 率/ % 2郾 662 1郾 19 1郾 604 55郾 3 39郾 74 图 1 全尾砂粒级组成曲线 Fig. 1 Particle size distribution curve of full tailings 填料进行五次不同时间随机取样,测量其温度分别 为 7、9、9、11 和 13 益 ,平均温度为 9郾 8 益 ,不足 10 益 . 根据前期研究结果,此温度对膏体早期强度发 展不利. 基于这一认识,开展了大量低温条件下膏 体力学性能室内实验. 实验采用水温不足 6 益 的自 来水,用该水与各种集料混合,配置的膏体料温度实 测为 10 益 ,可以较好的模拟该矿冬季实际充填料 温度. 实验分别完成了不同水质(自来水和选矿水)、 水泥种类(标号为 32郾 5、42郾 5 和 52郾 5)、水泥添加方 式(湿式添加和干式添加)、泵送剂掺量(0 ~ 2% 水 泥干料质量比)、骨料添加量(尾废比 3颐 1 ~ 6颐 1)等 因素下的不同实验 43 组,为了保证实验结果的可靠 性,每组实验 3 个试块,最终强度为 3 个试块的平均 值. 这些实验的共同点是膏体料温度较低,但是一 旦膏体被输送至井下采场,其养护温度并非很低. 因此,选择在养护温度 20 益 、湿度为 95% 的标准养 护箱中进行,测量养护龄期为 3、7 和 28 d 的强度. 在此需要说明的是,考虑较多影响因素是要收集大 量的低温膏体强度数据,通过不同因素大量实验数 据,探索低温膏体在正常养护条件下的强度演化 ·926·