国内外块石胶结充填技术综述.pdf

／ C ．----- 7 国 _内 外 块 石 胶 结 充 填 技 术 综 述 夕 f ，， 长沙矿山研究院陈鼎初 【 摘要 】概述了国外三种有 代表性的 块石腔结充填工艺．国内近年 来的 应用 情况． 并对 两种主要的块石胶结充填工艺进行了比较 通过本文、可略见块石胶结充填的国内外概貌。 关 键 兰 互 ／欣 後 ， 一 、一J 一 一． r I入 ， ，， ， GENERAL REⅧW S oF BLoCK E 卫ME NT J F Ⅱ工 G E 伽NoLoGY Ch a n g s h a Re s e a r c h I n s t i t u t e o f M i n e s Ch e n Dl n g c h u 【 A B S T R A C T】 T h is p a p e r s u m ma r iz e d t h r e e k in d s o f t y i p ic a l b l o c k s t o n e o e n l 舶 t i l曙f il l i n g t e c h n o l o g y i n h o me a n d a b r o a d， a nd i t s r e c e n t a p p l i c a t i o n i n Ch i n a ， c o mp a r e d t wo k i n d s o f b l o c k s t o n e c e me n t i n g f i l l i n g t e c h no l o g y 、 Th e g e n e r a l d e v do p me n t s i t u a t i o n wa s d med i n t he wo rl d ． K E Y W OR D S B l o c k st o n e A g g r e g a t Mo r t a r s P o s t mi n i n g f il li n g m e t h o d 1 国外块石胶结充填概况 国外块石胶结充填已有多年的历史，最 有代表性的是澳大利亚的芒特艾萨矿 M o u n t Is a ，加拿大的基德克里克矿 K i d d C r e e k 和吉科矿 G e c o 。这三个矿山同时也代表 着三种不同的块石胶结充填工艺。 1 ． 1 芒特艾萨矿的块石砂浆胶结充填 芒特艾萨矿是一个年产矿石 1 0 0 0 万 t 以 上的地下矿山，全部采用充填法，是世界上 年充填量最大的矿山。 由于该矿的尾砂不足以满足充填量的需 要，该矿在回采 l 1 0 0 号铜矿体时，决定采用 块石砂浆胶结充填。 经过多次试验，选用块 石和砂浆从同一天井同时下放采场进行充填 的工艺，这样做能形成最好的充填体。 块石是采自 该矿附近的肯尼迪粉砂岩， 质地坚硬， 化学稳定性良 好 。 该矿的采场大都是 4 0 mX4 0 m的方形采 场，少量也有长方形的。块石和砂浆从采场 中部上方的同一天井充入采场中，在投料的 过程中混合 。充填井位于方形采场中央时， 可以使水泥砂浆均匀地包裹在块石的周围， 形成一个胶结良好的外壳。方形采场的充填 可以使块石的用量达到最大，当然也就最经 济。1 9 8 9 年笔者到该矿考察时得知，正方形 采场块石砂浆 干料比可达到 5 l ，当时 正在充填中的4 0 mX6 0 m的长方形采场可达 ． 石艟绪克填技术练述一陈鼎 邮犏 ’ 维普资讯 3 1。 芒特艾萨矿对块石胶结充填体的暴露高 度 ，有一个很长的认识过程 。该矿曾在矿房 内崩落矿石的上部填入大量的废石，使采场 中的物料总是处于充满状态，因其在复盖岩 下放矿，故称之为 “ 崩落法 ” 采场后来发展 到 4 0 mX9 0 m， 4 0 mX2 0 0 m ，高度越来越大 ， 并且不是在复盖岩下放矿 ，采场放空 ，充填 体充分暴露，充填体仍然直立 良好 。最近已 有暴露高度达 3 0 0 m的报道 。 该矿对作胶结料的水泥砂浆并无特别的 要求，和用于水平分层填法的水泥砂浆一样， 水泥和磨碎炉渣的含量为 6 ％。 对 于块石 ，要求 一3 0 0 ～ 2 5 mm 占 7 5 ％ ， 一2 5 m m应在 2 5 ％以内。块石要求 一 3 0 0 m m是为了便于皮带运输机的运输。 对 于 一2 5 mm 2 5 ％的要求比较严格 。因为多年 来经验表明， 一2 5 ra m的含量太多，会造成 对胶结料水泥砂浆的贫化，对充填体的强度 是不利的。 采用块石腔结充填使芒特艾萨矿的充填 能力提高，每小时高达 1 6 0 0 t 约台充填体积 7 00 m． 使得年产 1 0 0 0 万 L 的矿山仍然能达 到采充平衡，矿量达 1 0 0 万 【 的采场不到两 个月就充填完毕 。 1 ． 2 基德克里克矿的碎石水泥浆胶结充填 该矿是年产铜 、铅 、锌 、银矿石约 3 5 0 万 t 的地下矿山，年充填量约2 5 0 万 ‘是世 界上充填仅次于芒特艾萨的第二大充填矿山。 在借鉴了某水电站的经验之后 ．认识到 碎石只要级配合理，加水泥浆混合后，就具 有较高的强度。于是决定采用该矿早期露天 开采的剥离废石，经两段破碎后的 一1 5 0 ra m 的碎石作为充填料，其标准的粒级组成 一 1 5 0 ～l O m m为7 5 ％ ， 一1 O m m为 2 5 ％ 。 充填料基本不用砂 ，尽管试验证明．如 添加少量的砂子将会增加碎石问的胶结面积， 提高填体抗爆破动载荷的能力 。但考虑成本 的原因 ，一般不加砂子．采用波特兰水泥， 磨细的炉渣和电厂排出的粉煤灰作为胶结剂。 水泥的用量为 l O O k g m ，水量应控制在 3 9 ％左右 ，以保证充填体的质量 。 碎石和水泥浆经充填井口 上的混合漏斗 同时放入采场中，充填体的抗压强度可达到 5 ～7 MP a 。从 l 9 7 6年至 1 9 9 1 年，该矿的充 填量超过 1 5 0 0 万 充填了 1 5 0余个采场 ， 1 7 0 个暴露面。暴露的充填体昂太高度达 1 4 0 m ， 宽 5 0 m ， 充填料混入矿石的贫化率为 3 ％～l 0 但控制得好可达 3 ％。 1 ． 3 加拿大吉科矿，先充块石后注砂浆的块 石胶结充填 吉科矿采用分段空场法，在大量出矿前， 在崩落的矿石上铺放废石充填料，使采场在 出矿过程中是经常充满 ，以便有效地控制两 帮的岩层移动。 通过有效地控制放矿，保持 矿石与废石的界面成水平状态 ，直到矿石放 完为止 。 在的有放矿口和通路都筑好挡水墙和安 装排水设施。灰砂比 1 3 0的水砂胶结充填 料通过钻孔 一管道输送系统送到井下，并压 入采场 。为了回采房问矿柱，用充填料包裹 住矿房与矿柱界面处的块石，以形成胶结充 填壁 。 块石是露天专门开采的 ，水砂胶结料采 用的是分级尾砂，输送浓度的 6 5 ％--6 7 ％。 胶结壁形成的好坏取决于水砂胶结料能 否穿过充填块石，填补岩石中的空隙，并使 块石胶结良好 。矿柱回采和矿房一样 ，先在 采场充满的状态下出矿，不要求充填体暴露 ． 但也曾发现过充填体暴露高度达 6 0 m仍然很 稳固的事倒。 2 块石胶结充填在 国内的应用 2 ， l 芒特艾萨方式一块石砂浆胶结充填 芒特艾萨方式的块石砂浆胶结充填 1 9 9 3 年在大厂铜坑锡矿试验成功，已广泛应用于 生产。 有色矿 L 【J 一】 9 9 8 4 维普资讯 - 铜坑锡矿的二期工程，初期用水泥棒磨 砂浆胶结充填。棒磨砂是用铜坑矿上部一期 工程所 产 一2 0 ra m重价质尾矿来源断绝 。长 坡矿有重介质尾矿，但数量较少，只能采用 露天采石经粗中细碎后的 一2 O m m碎石，充 填成本增加 。为降低成本，加大充填能力， 提高充填体强度，笔者于 1 9 8 6 年提出建议， 改用块石砂浆胶结充填。 铜坑矿的采场长7 0 ～l O O m ， 宽 1 5 ～1 8 m ， 与芒特艾特萨矿的方形采场有很大的不同。 在长条形采场中采用这种充填工艺，如何保 证充填体质量是技术关键。 { 1 地表模拟试验。工业试验之初，在 地表进行了模拟试验，以判定在长条形采场 条件下此工艺是否可行。 长条形采场中仅采用单点下料是不可行 的，因胶结砂浆与粗粒块石极易分离而流向 远方，很难形成良好的胶结体，且块石的用 量少，成本高 。 为使模拟试验有代表性，又要减少试验 工作量，决定取矩形中的一个象限，即四分 之一个料锥进行试验。且几何尺寸只取实际 尺寸的一半，即长7 ． 5 m ， 宽4 m ， 下料点在其 一 个角上 。 表1 模拟试验的有关参数 { 1 9 9 0 年 6 ～7 月 灰砂 砂浆重量块石砂浆模拟充填充填料 每 水 锥体 比 浓度千重量比 体体积 堆积角 泥单耗高 ％ k g m l l 0 6 8 2 ．8 l 230 2 。 4 6 55 ．4 9 ．6 模拟充填体至今屹立于山坡上，其两个 远侧边即是充填体与矿柱的接触面，胶结情 况良好 。代表充填体内部剖面的两个侧面， 胶结情况也比预期的好些。模拟试验表明， 对于矩形采场，即长短边之比接近 2 的采场， 充填体的情况较理想，其块石砂浆干料比可 达 3 l 。 { 2 块石砂浆胶结充填在长条形采场中 的应用。模拟试验说明，长 7 o ～l O O m，宽 l 3 ～1 8 m的采场，应该将其分为三个矩形采 场，在矩形采场的中心下料，是可以保证其 充填质量的。 在实际生产中，水泥砂浆采用 三支管分流，块石采用三条皮带运输，使块 石和砂浆同时以同一天井充入采场中，这样 有三点同时下料，相当于三个矩形采场在同 时进行充填。 有意识地调整块石量，达到与 砂浆量按干料重量为 3 1 ， 采场的小时充填 体积达 2 5 4 m 。 实际生产中，对于长条形采场要做N- 点总是同时下料是困难的，有时根本做不到。 由于三个料锥把长条形采场分割成四个互相 偏离的区域，水泥砂浆胶结料不会流向远方， 短时间内的两点甚至是单点下料也并不会影 响充填体的质量，只要相互隔离的状态一直 不被打破就行。但一旦隔离状态被打破．水 泥砂浆与块石料离折，水泥砂浆流向远方， 充填体质量就无法保证了。这样的情况是允 许发生的。实践证明，三点同时下料在技术 上是可以做到的。在生产管理方面溜井中是 否经常贮存有块石和皮带运输机是否经常处 于良好状态，是能否保证实现三点同时下料 的关键 。 把长条形采场划分为三个矩形区段，并 在三个矩形区段的中部实现同时下料，这是 保证块石胶结充填体质量的工艺手段，并且 达到了3 1 的块石砂浆比，使其充填成本低 廉。在少数情况下，也允许单点或两点下料， 具有相当的灵活性。这是在我国长条形采场 条件下，块石砂浆胶结充填工艺的创新，产 生了很大的经济效益和社会效益。 2 ． 2 基德克里克方式碎石水泥浆胶结充填 铜坑锡矿上部的细脉带矿体，矿体厚大， 倾角6 0 。左右，含锡品位较低，曾采用无底 柱分段崩落法开采。1 9 8 0 年开始发生自然火 灾，且越来越严重。1 9 8 6 年起，改用分段空 场嗣后充填法开采。但因种种原因，已建成 的水砂充填系统不能为细脉带矿体生产服务． 且因无砂而被迫采用不用砂的基德克里克方 国内外块石腔结充填技术综述睬鼎初 f 邮编 4 I O O ] 2 3 维普资讯 式的碎石水泥浆胶结充填 。 碎石水泥浆胶结充填工艺尚处于试验的 过程 中。通过 已做过的试验，发现因未严格 按这种工艺的技术要求，充填体的质量未尽 如人意，充填工艺的待进一完善。 1 工艺要求， 一1 0 ra m的细粒级应达 到 2 5 ％。可实际上集料的级配很不合理， 一 1 0 ram细料级几乎没有 ， 1 0 ～1 5 0 mm的部 分也不是各种粒级的连续搭配，而是集中在 4 0 ra m的范围内。几乎没有细粒级以及粒 级组合不当，使集料问的接触面太少，很难 形成胶结良好的充填体。 2 集料的含水量应严格控制在 3 ． 9 ％ 以下，基德克里克矿实践证明，雨天集料含 水量偏高时， 甚至被迫停产数天，以保证集 料含水时低于 s ． 9 ％的要求。因为，集料中 含水每增加 l ％ ， 实际上集料含水即增加 2 5 ％ ， 情况是严重的。 3 水泥浆和碎石集料必须同时进入混 合漏斗后下料，以保证充分混合，使碎石表 面都被水泥浆所包裹 。 4 充填井间距 1 5 m ，以保证碎石和水 泥浆不过分离析 。 若不能严格执行上过要求，就不能得到 理想的充填体效果 。 2 ． 3 块石砂浆胶结充填与碎石水泥浆胶结充 填 的比较 尽管都用块石，胶结剂也都主要是用波 特兰水泥，但两矿对其充填工艺采用了不同 的命名。艾萨矿称之为 C e m e n t r o c k f ,ll, 基德 克里克矿称之为 C o r m o l l t a t e d r o c k衄l ，翻译成 中文，人们往往都称之为块石胶结充填。考 虑到其块石的粒级组成不同 ，而且还有用砂 和不用砂的区别，故将前者称之为块石砂浆 胶结充填，后者称之碎石水泥浆胶结充填， 以便顾名思义 。 至今，还未见对这两种粗骨料胶结充填 进行比较的先例 。一个是用砂，块石较粗， 另一个不用砂，集料较细，有明显不同。比 较似乎是多余的，但笔者仍想作一比较，以 便于我国矿业界选用参考。 仔细研究表 2不难发现，集料粒级 ，集 料含水量，充填料锥积角，接顶，抗爆破动 载荷能力，成本等都有区别。对于不同矿山， 根据各自的实际情况是不难作出抉择的。 表 2 块石砂浆和碎石水泥浆胶结充填的比较 3 国内外其他种类的 块石胶结充填 国内外都有一些充填量较小， 采用简便方 式进行粗骨料胶结充填的矿山。如国外芬兰 的克雷蒂 K e n t i 矿 ，范玛拉 V a n l n il a ， 下转第 1 5 页 一 4一 蚴 一 山 矿 邑 ． 有 维普资讯