充填材料及级配,充填工艺与充填质量和安全经济效益的关系

充填材料及级配,充填工艺与充填质量和安全经济效益的关系

王文凯

淄博顺达矿业有限公司 山东省淄博市 255419

【摘要】当前我国非常重视环保工作，为了合理减少污染问题，避免在高硫矿床中发生着火问题，在地下开采过程中需要利用填充采矿法，当前利用的充填材料比较多，为了合理减少充填成本，需要尽量选择本地的充填材料。选择的充填材料直接影响到充填工艺和充填成本，因此需要合理选择充填材料，保证矿山生产的安全性和经济效益。

关键词：充填材料；级配；充填工艺；充填质量；安全经济效益

我国不断发展冶金行业，为了提高矿产资源利用率，高效性地回收金属，并且对围岩结构和地面建筑物移动发挥出控制作用，在地下开采过程中需要利用充填采矿法，当前在各类矿山中都开始广泛利用充填采矿法。因为国家非常重视环保工作，并且推出各种约束法制，在矿山采空区开始充填矿山尾矿和废料等，经过多年应用和研究，逐渐丰富了充填原料。

一、充填材料的种类

当前主要利用的充填材料包括尾砂和河沙、海沙、大块石、破碎岩石、冶金炉渣、粉煤灰等。不同的矿山在采矿区充填过程中主要是利用本矿和附近工厂的废料，为了节省生产成本，避免发生安全问题，需要合理选择充填采矿法，提高资源回收率，避免发生环境污染问题。

二、充填材料和充填工艺的关系

（一）粗骨料充填工艺

粗骨料主要包括熔炼炉渣和干粉煤灰以及破碎块石等。破碎块石的含砂率通常在35%以上，主要是来源于戈壁集料和露天开采过程中的废石【1】。利用的胶结料属于普通的硅酸盐水泥。粗集料具有合理的级配，同时具有较高的强度，但是缺乏流动性，需要耗费较多的运输资金，尤其在运输大块石的过程中需要配置卡车，为了节省运输资金，降低填充工艺的难度，需要丰富粗骨料填充料的制备工艺和运输工艺。

在制备粗骨料的时候，需要结合当地交通条件，利用自翻车向搅拌站卸入破碎的戈壁集料，利用砂石井和地表砂石仓中存储集料，因为矿石体积较大，需要控制砂石井的直径在3.5m以上。

在充填过程中选用混凝土材料。因为混凝土通过管道的难度较大，同时需要投入较多的资金，尤其在输送砂石料的时候，还需要经过竖井，整体材料提升难度比较大，因此需要在矿山井下设置搅拌站，在地表砂仓利用抓斗吊抓取井下搅拌站的材料，再通过皮带机向砂石井中倒运材料，然后利用制浆站供灰系统调整配料比例。制备灰浆之后，再通过泵送方式向井下运输混凝土。

在填充部位综合利用斜溜槽和电耙道输送混凝土。设计斜溜槽的坡度在30°左右，控制每个电耙道的长度在40~55m范围内，利用电耙绞车向主填充净重运输混凝土，再向采场充填道中。控制粗骨料的充填系统水平距离在200~540m范围内。

如果利用胶凝材料，需要利用散装汽车罐拉，在现场利用水泥圆筒仓进行存储。粗骨料的搅拌站主要包括搅拌楼和供料系统以及地面料仓等部分，在实际工作中利用微机自动化调控制备的灰浆材料【2】。注意利用专业计量仪表精准性的计量水和水泥以及粉煤灰的使用量。利用微机自动化调节给料量。

（二）细砂充填系统

1. 细砂充填系统：细砂管道自流充填系统中主要是利用计算机和DCS控制系统控制充填配料，可以结合实际情况选择手动或者自动方式完成切换控制工作，保障物料配比精度符合相关标准。当前常用的充填材料主要包括水淬渣和粉煤灰等，利用的胶结材料通常是普通的硅酸盐水泥。
2. 搅拌站：搅拌站主要包括地表细沙仓和搅拌楼以及水泥仓等设施，搅拌楼中包含搅拌桶和给料机以及皮带运输机等设备。

三、细骨料充填工艺

细砂充填过程中，相关工作人员需要严格控制灰浆和砂浆的浓度以及各物料配比，因此保障混凝土质量，顺利推进井下生产。工作人员需要根据配比标准控制不同物料的配比，同时控制砂浆的浓度在76%~78%范围内。因为在细砂中包含水碎渣和河砂等，主要是为了节省资金投入量，但是要注意控制水碎渣和河砂的使用量在7%~23%范围内【3】。因为掺加水碎渣会提高砂石料的重量，在管道中将会发生力学问题，因此需要严格控制碎渣使用量。通过利用粉煤灰可以优化水碎渣的使用性能，有利于提高整体浆体的流动性。

选用河砂的过程中，要求控制其含土量在7%范围内。在制备灰浆的过程中，需要严格遵守规定的水灰比。利用给料机保障给料的均匀性，再利用冲板流量计计量之后，引入到灰浆 搅拌桶中，和水混合之后将会形成灰浆。制浆过程中利用水之前，需要电磁流量计精准计量水量，再通过微机自动化调整用水量，保证灰浆浓度符合标准。完成灰浆制备工作之后，需要利用管道引入到砂浆搅拌桶中，完成搅拌工作之后在砂仓中存储，在后续使用过程中利用抓斗取料放入到漏斗中，再通过给料机和抓斗放置在振动筛中，将杂物筛除之后再放入到皮带机上，利用皮带机上的电子皮带秤进行计量之后，再送入到砂浆搅拌筒中，经过搅拌处理之后形成砂浆，综合利用管道自流输送系统向井下采空区输送砂浆，因此完成充填工作。

四、胶凝材料选择和输送工艺

本文分析的胶凝材料属于高水固化材料，主要包括甲料和乙料两种类型，单独运输浆料的过程中，整体反应速度比较慢，不会发生沉淀和结底问题，如果混合将会快速发生反应。因此在系统区域中充填全尾高水固体，需要选用三通管道，混合充填两套管道的甲料和乙料。因为全尾高水固体材料的水灰比和浓度等直接关系到最终充填强度。如果统一了甲乙料配比，将会提高充填体的强度，为了保障计量结果的准确性，甲乙料浆制备系统中利用的仪表设备的型号要保持统一。

高水固拌材料主要包括甲乙两种材料，甲料主要发挥出凝结硬化作用，其中主要包括硫铝酸盐水泥和混凝剂等。乙料主要发挥出速凝作用，主要包括石膏和石灰以及速凝剂等【4】。高水速 凝材料具有显著的固水作用和流动性，可以快速地凝固，显著提高整体结构的强度。

五、具体的充填工艺

（一）干式充填

为了处理废弃物，在上个世纪50年代，国内已开始使用干法回填技术。干式充填是指采用输送装置将开挖过程中废弃的干填充物（如隧道废料）通过输送装置输送到待充点进行填充的方法，其效率低、生产能力小、工人劳动强度大，无法满足强采强出、强填充的要求。近些年我国逐渐降低了干式充填的使用率。

（二）水砂充填

水砂充填是将填充物掺入水中搅拌均匀后，通过管道、溜槽和钻孔等自流动运输至需要填充位置的方法。在水砂充填过程中，水主要发挥出物料输送的作用，进入到采空区中在采空区留下充填料，而水分则从地下渗漏处流出，沿着巷内沟渠进入集水井，经排淤设备将渗透后的清水及随着清水损失的细粒泥沙排放到地面。

（三）胶结充填

20世纪六七十年代，国内就开展了胶结填充工艺的研究与实践。通过混合各种材料形成浆体，再通过钻孔和管道，将其运至需要填充的位置进行充填。充填回采场内的水泥灰浆，在一段时期内形成固化体，对于低压发挥出控制作用。

结束语：

经过本文的分析，可以确定所选的充填材料关系到充填制备和输送技术等，因此对于整体工作成本发挥出决定作用。因此在实际工作中，需要结合矿区实际情况合理选择充填骨料和充填浓度以及胶凝材料类型，优化整体充填效果，顺利完成采矿工作。

参考文献：

[1]罗英嘉,陈晓青.某露天铁矿地下采空区废石充填胶结加固研究[J].矿业研究与开发,2022,42(03):28-33.

[2]李志朝,王剑,郏威等.罗河铁矿全尾砂胶结充填配比优化试验研究[J].金属矿山,2021(06):136-140.

[3]荆倩婧,徐帮树,董山等.稀土矿尾砂胶结充填材料配合比优化研究[J].人民长江,2019,50(12):157-162.

[4]毛瑞坤,赵继忠,郭晨等.某铁矿尾砂充填材料的力学性能试验研究[J].有色金属(矿山部分),2019,71(03):22-25.