金属矿山充填技术的相关研究

周光信

（新疆喀拉通克矿业有限责任公司，新疆 富蕴 836107）

为充分发挥金属矿山充填技术所具有的优势，首先需要全面掌握充填体的力学特性，并对采场进行全方面的力学性能测试，得到充填体力学性能参数，将其作为后续施工的重要依据。在降低外界各项因素的影响下，完成相应的施工作业，达到预期处理效果。

1 充填体与围岩力学作用机理

国内外对金属矿山充填体与周围岩体之间的作用机理展开了丰富研究，例如以充填体支护作用为基础，提出表面支护作用、总体支护作用以及局部支护作用理论；或者是从充填体与围岩相互作用时间和空间尺度角度来对其力学作用机理进行了阶段分析，即围岩产生位移且与充填体接触产生支撑作用，随着围岩位移程度的加深，充填体逐渐被挤密，支撑作用加强，可以阻止围岩的持续位移，最后当围岩离层被破坏后，充填体支撑作用持续作用，将会与围岩组合形成全新的压力拱。总结所有研究结果，可以对两者力学作用机理进行简单概括，即与围岩相比，充填体密度低、刚度小且孔隙率大，具有转移以及吸收应力的作用，同时可以达到隔离应力与共同支撑效果。对金属矿山进行充填施工，主要目的就是利用其与围岩之间的力学作用机理，在不改变应力分布的前提下，对围岩的变形与位移进行限制[1]。同时还可以向围岩提供支撑，避免暴露岩体的剥落，达到改善围岩受力状态的目的，使得岩体承载能力提高。另外，进行充填技术施工后，还能够降低岩体能量的释放速度，避免岩体受到外力影响损坏。

2 金属矿山充填技术实施要点

2.1 金川镍矿特征

金川镍矿为世界著名多金属共生大型硫化铜镍矿床，在针对其进行充填技术选择以及施工前，需要确认矿床特点以及现存问题，综合各项条件作为分析依据。第一，高应力。第二，矿体厚。第三，岩体破碎[2]。

2.2 充填技术施工

充填材料主要包括集料、胶结剂、水以及各种添加剂，在前期需要科学设计填充料配比，且为提高作业安全性，下向进路充填采矿法要求3d、7d、28d充填体单轴抗压强度应该达到1.5MPa、2.5MPa以及5.0MPa，确保正式施工时可以将填充料顺利输送到设计位置。

（1）充填集料。总结以往经验可以确定，戈壁砂、3mm棒磨砂等均可以作为充填集料应用，并且两者可以相互替代使用，对成本要求较低。在实际施工时还可以适量添加尾砂来对料浆的和易性与保水性进行调整，提高管道输送效率。为避免添加量较多而降低集料强度，需要严格控制好尾砂添加量，控制在骨料总料的40%以内，并采取泵送的方式输送。

（2）胶结剂。一般可选择32.5级增强复合水泥作为充填凝胶材料，控制初凝时间在45min以上，终凝时间在10h以内。其中，3d与28d对应抗折强度应不小于2.5MPa与5.5MPa，抗压强度则应不小于10.0MPa与32.5MPa。基于经济性考虑，条件允许情况下可适量应用粉煤灰，来代替部分水泥，在不影响充填效果的前提下，降低成本投入。

（3）水。所选用水应符合相关标准规定，要求pH值与不溶物含量在允许值内，一般为工业用水或者是井下排至地面的矿坑水。

（4）添加剂。常用的为减水剂和早强剂，其中减水剂的作用是减少充填浆料的用水量，在不改变流动性与坍落度的情况下，使得充填料浓度更高，达到改善充填强度的效果。而早强剂的应用则可以缩短充填体凝结时间，使得早期强度提高，其而不会对后期强度产生影响。

2.3 管道输送

为达到充填浆料的最佳管道输送效果，需要保证各输送参数的准确性，因此需要提前进行理论分析、实验室实验、环管试验以及L型管道自流输送试验。建立流变力学模型，通过应用NXS-Ⅱ型旋转黏度计、十字桨叶式测量头以及德国RV-Ⅱ黏度计，对全尾砂膏体流变参数进行准确测定。并利用管式黏度计与两点式工作度仪对粗骨料全尾砂膏体流变参数进行测定。然后建立砂浆泵水力输送环管试验系统，确定高浓度砂浆管输特性。

在实际施工中，可对充填浆料输送管道安装流量计、浓度计、无纸记录仪以及远传压力表等装备，完成不同配比高浓度以及膏体充填料浆的环管试验，提高充填浆料管道输送效果。

2.4 输送管网

经过试验后最终确定充填施工以3mm棒磨砂作为主体集料，利用高浓度料浆管道自流动完成输送胶结充填。为避免在输送过程中出现堵管问题，要严格控制好输送速度，一般不得小于2m/s临界速度。

并且，基于棒磨砂所具有的尖锐棱角、强磨蚀性特点，传统充填施工中，需要对磨损严重的管道进行反复修复或者重新打孔，因此一般钻孔网复杂度较高。为进一步提高金属矿山充填施工综合施工效果，必须要针对此类问题进行调整优化。

（1）充填钻孔与井下管。生产初期井筒多采用φ152mm普通钢管，在后期采矿作业中逐渐体现出材质差、管壁薄、同心度以及垂直度差问题。为延长其服务寿命，减少磨损漏浆问题的发生，最终确定以钼铬双金属耐磨管与刚玉耐磨管代替，可将填充量提升到1×106m3。

（2）充填钻孔与水平管径。充填钻孔套管与水平管道均采用耐磨管，控制料浆流速大于临界流速，并通过卡箍连接方式处理水平管道，选择耐磨柔性接头施工，同时为避免充填钻孔底部弯头被磨穿，将其埋入到高标号混凝土内，即便是被磨穿，也可以通过混凝土内的远行通道继续输送浆料，不会影响充填效果。

3 结语

金属矿进行充填技术施工，对提高采矿安全性与作业效率具有重要意义，面对较多的充填材料以及技术工艺，需要结合矿区实际条件来对比选择，并针对存在的问题进行控制，保证每道工序实施的高效性，达到最佳充填效果。

[1]刘晓慧.三项大规模金属矿山充填技术通过成果评价[N].中国矿业报,2016-06-02(001).

[2]张静文.铁矿矿山充填采矿用胶结充填料研究[D].北京科技大学,2015.