浅谈充填体质量与充填工艺的关系

惠 林，贺茂坤

（1.冬瓜山铜矿，安徽 铜陵 244000；2.中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038）

浅谈充填体质量与充填工艺的关系

惠 林1，贺茂坤2

（1.冬瓜山铜矿，安徽 铜陵 244000；2.中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038）

随着充填采矿法应用的日益广泛，提高充填体质量就成为一个重要问题。充填料浆浓度控制、采场脱水、胶凝材料选取等相关充填工艺的改进可以提高充填质量。本文介绍了在高浓度充填中，选择合适的充填挡墙改善采场脱水、采用低水化热高强度的充填胶凝材料等技术，以建立可靠、高效的充填系统，保证矿山安全生产。

高浓度充填；级配；胶凝材料

1 前言

地下分多步骤大规模回采的矿山，充填系统能否高效运行，胶凝充填体的抗压、抗剪强度和接顶如何，采充是否平衡，直接影响着矿山的连续生产，因此，通过对尾矿性质的控制保障尾矿料浆输送流畅，搅拌设施均匀的制备以保证胶凝充填料浆质量，适宜的挡墙设施和采场脱水系统，通过改善和提高充填工艺水平，建立一套完善的充填质量保障体系是提高充填体质量的重要途径。

2 充填料浆特性的研究和控制

大量的试验表明，尾矿制备、输送浓度与尾矿的粒径、泥性物质的含量、尾矿的细度及粘度有着密切关系，通过对尾矿级配和尾矿输送参数的研究，砂浆粘度—浓度—流速之间存在着十分密切的关系，在尾矿输送过程中，粘度这一特性对确定充填料输送方法是十分重要的。对于粘度低的充填料，即对于含水量过高的充填料，料浆中的固体容易沉淀而引起堵塞。对于粘度高或含水量很低的充填料，摩擦阻力过大也会引起堵塞。这就要求在充填过程中不同时期需要进行相应粘度控制。通过实际生产表明，在充填输送过程中，高浓度尾砂具有固体兼液体的特性，它对尾矿充填的浓缩、输送等方面有着非常重要的作用，因此选择适宜的浓度是十分重要的，应以高浓度较好，而当料浆进入采场时，充填体自身的内聚力对挡墙的侧压力甚为重要，应尽早提高充填体的粘结力。当充填体初始强度较大时，充填体自身强度即可承受其自重作用从而不对充填挡墙产生压力。因此，提高粘结力可以显著降低挡墙受力。但全尾砂胶凝充填料强度增加缓慢，因而对挡墙压力的减少也较缓慢。为了尽快提高粘结力，可适当加入絮凝剂、早强剂等。

试验研究表明，充填体的强度，不仅取决于胶凝材料添加量的多少，还取决于充填料浆的浓度和级配。在一定条件下，充填料浆浓度的提高，可以增加充填体早凝，并且可以减少采场脱水和胶凝材料的损失，在一定程度上提高胶凝充填体强度，某矿不同灰砂比的充填料浆凝结时间和形成的强度试验数据见表1,充填试块抗压强度测定结果见表2。充填料浆凝结和抗压强度试验表明：①充填料浆随着其浓度的增大，凝结时间相应减少，试块强度增加。②料浆脱水速度加快，凝结时间相应减少。

通过上述试验表明，相同条件下，充填体的凝结时间和形成的强度与其浓度有着重要的关系，对充填料浆性态的研究和控制是保证充填体输送和强度的基础，采取膏体或高浓度制备和输送是一个重要的发展方向，而作为充填料浆主要骨料的尾矿，其粒级的组成，对充填料浆的制备和采场脱水有着很大关系，因此需要首先确定尾砂的级配以确定合理的充填料浆制备和输送浓度。某矿全尾砂胶结充填接顶情况见图1。

表1 某矿充填料浆凝结时间测定结果

表2 某矿不同灰砂比及浓度的试块抗压强度测定结果

3 设置可靠合理的采场充填设施

3.1 采场挡墙的设置

图1 某矿全尾砂胶结充填接顶情况

大空场嗣后全尾砂充填工艺技术研究首先要解决的问题是充填挡墙的稳定性。由于全尾砂充填料浆性能的特殊性，充填挡墙任何形式的破坏及充填料浆的泄漏，将导致充填体质量下降，污染井下工作环境甚至是灾害性的安全事故，所以必须研究确定合理的充填挡墙形式及结构，同时采取切实可靠的技术措施，使其在充填及随后的生产过程中均保证挡墙的可靠性，以确保矿山生产的正常、安全运行。为保障采场充填料浆不泄露，对挡墙设置要考虑以下几方面因素：①正确的充填挡墙设置地点。充填挡墙上的总压力与其面积大小成正比。因此选择挡墙位置时，只要不影响生产和充填，最好是选在距采场较远的、巷道断面较小且便于设置挡墙的位置。这样不仅可以降低挡墙构筑费用，而且挡墙的可靠性、安全性也可以大大提高。②选择合理的挡墙设置方式。从施工和安全的角度来看，尽管目前国内外有多种形式构筑、用材不同的充填挡墙，但最常用的和最简便的还是木材构筑的挡墙。

因此采场挡墙的设置是保证充填采场安全、可靠、降低充填成本的重要条件。

3.2 采场脱水

国内采场脱水一般采用采场周边布置排水井或采场内架设泄水井等设置进行脱水，这些设计仅局限于中小型采场，对于高大型的采场，施工人员不能进入采场施工作业。针对高大型采场充填的特点，国内矿山一般依靠矿岩裂隙渗漏进行脱水，不考虑采场脱水系统。过去国内深孔采场分级尾砂胶凝充填时，采场采用脱水管脱水，使用效果较好。

在采用极细粒级的全尾砂充填时，当充填料面未超过挡墙时，充填料所泌出的水可以从透水挡墙渗透或溢流排出。而当充填料面超过挡墙时，充填料泌水一小部分通过充填体自身渗透并由挡墙及空区周边围岩或矿石裂隙排出。由于充填体凝固后渗透系数小，该部分水量仅占总泌水量的5%～10%。而剩余的90%以上的泌水必须通过采场中的脱水设施而排出，以达到下次充填时表面无积水的目的，否则充填料表面积水将导致充填料浆的严重离析而使充填体质量严重下降。

4 低热高强胶凝材料的应用

4.1 新型胶凝材料

对于大规模深井充填矿山来说，由于深井高温的特殊性，加之大型机械化设备的使用和水泥在水化过程中产生的大量水化热，不仅井下环境处于高温状态，而且充填成本增高。针对不同的尾矿，选择不同的胶凝材料提高充填体强度这一点是非常重要的，特别对于高硫尾矿充填胶凝材料的选择尤为重要。笔者提出应用一种低热高强胶凝材料，其来源和应用效果分析如下：在我国有色冶炼炉渣丰富，因此，在我国采矿工业应考虑有色冶炼炉渣在充填混合料中的利用问题。研究表明，矿山充填料使用铜冶炼炉渣可取代部分硅酸盐水泥，这种配比的胶凝料尚未在我国采矿工业中大范围应用。

4.2 新型胶凝材料与添加水泥的试块强度比较

通过大量的实验室实验，利用工业废渣钢渣、粉煤灰、矿渣、粉煤灰、硅灰和一些建筑垃圾等配制的胶凝材料抗压强度，在同一环境、同一灰砂比、同一浓度条件下，其胶凝体的抗压和抗剪强度高于水泥，这是由于这种胶凝材料各组份之间的级配和胶凝材料水化所生成的硅酸钙凝胶较多，浆体密实性好，减少了水泥的水化热，抗硫酸盐侵蚀性好，特别是在集料含硫时(如含硫尾砂)，具有更强的与全尾砂的胶凝能力，充填集料粒径越小，这种优势越明显。新型胶凝材料和以水泥为胶凝材料的充填试块强度对比如表3。

表3 某矿新型胶凝材料与水泥全尾砂充填试块强度对比（浓度73%）

5 结语

通过上述研究和论述可得出如下结论。

（1）膏体或高浓度尾砂充填是今后深井矿山充填的发展方向，胶凝充填体质量不仅与浓度有关，而且与尾砂粒径、级配、胶凝材料等有关，选择合适的充填料浆浓度和合理的尾砂级配可使充填体强度显著提高。

（2）充填采场设置合理、可靠的挡墙，是提高采场安全、保证充填效果的有效途径，强制多次接顶是采场接顶到位的基本保证。

（3）对于胶凝充填来说，利用工业废渣和炼铜炉渣不失为一种降低水化热、提高充填体强度的重要方法,低温高强的胶凝材料是保证井下工作环境、降低充填作业成本的一条重要途径。

（4）完善的充填系统、合理的充填工艺是满足充填能力和实现充填体目标强度的前提，充填控制系统、料浆配比、胶凝材料、尾砂粒级的选择对充填质量、可靠性有着至关重要的作用。

Discussion on the relation of filled body and filling technology

With more and more filled stope mining method being used,it’s important to improve the quality of the filled body.Filling techniques,such as pulp density,stope dehydration,binding material,were improved in order to improve filled body quality.In high density backfilling,appropriate bulkhead to improve stope dehydration,low temperature and high strength binding material,which can establish stable,high efficiency filling system.

high density backfilling；grade；binding material

1672-609X（2010）05-0017-03

TD853.34

B

2010-09-30

惠 林（1963-），男，安徽舒城人，高级工程师，从事采矿工程技术管理工作。