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