全尾砂和废石联合胶结充填体最佳配比及应用.pdf

全尾砂和废石联合胶结充填体最佳配比及应用 ① 张 静１， 刘再涛２， 李永新２， 王云强１， 施绍威１， 彭 康１ （１．重庆大学 资源与安全学院，重庆 ４０００４４； ２．赤峰山金红岭有色矿业有限责任公司，内蒙古 赤峰 ０２５４５０） 摘 要 针对红岭铅锌矿分级充填骨料来源不足、地表废石堆积污染环境的情况，提出将该矿选厂产生的全尾砂和地表废石作为 充填骨料的联合胶结充填方案。 分别测试了全尾砂和地表废石的物理化学性质，验证了碎石和全尾砂作为联合充填骨料的可行 性。 通过充填配比试验，分析了不同配比全尾砂废石充填体强度特性，得出了最佳充填配比。 结果表明，充填试块的强度随灰砂比 减小而减小，随养护龄期增加呈增大趋势，随充填料浆质量浓度增大而增大，最佳配比为胶结充填灰砂比 １ ∶ ８、普通充填灰砂比 １∶１２，全尾砂∶废石配比 ４∶ ６，质量浓度 ７８％。 根据研究结果，在红岭铅锌矿进行了全尾砂废石充填技术工业应用，证实该技术可行。 关键词 灰砂比； 充填骨料； 全尾砂； 碎石； 胶结充填； 充填体； 配比； 抗压强度 中图分类号 ＴＤ８２３文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０２０．０３．００３ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０２０）０３－００１０－０５ Ｏｐｔｉmｕm Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｏｔａｌ Ｔａｉｌｉｎｇｓ ａｎｄ Ｗａｓｔｅ Ｒｏｃｋ ｆｏｒ Ｃｅmｅｎｔｅｄ Ｂａｃｋｆｉｌｌ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ＺＨＡＮＧ Ｊｉｎｇ１， ＬＩＵ Ｚａｉ-ｔａｏ２， ＬＩ Ｙｏｎｇ-ｘｉｎ２， ＷＡＮＧ Ｙｕｎ-ｑｉａｎｇ１， ＳＨＩ Ｓｈａｏ-ｗｅｉ１， ＰＥＮＧ Ｋａｎｇ１ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４４， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｈｉｆｅｎｇｓｈａｎ Ｊｉｎｈｏｎｇｌｉｎｇ Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ Ｍｉｎｉｎｇ Ｃｏ Ｌｔｄ， Ｃｈｉｆｅｎｇ ０２５４５０， Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｐｒｏｂｌｅｍｓ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ ｓｏｕｒｃｅ ｏｆ ｇｒａｄｅｄ ｂａｃｋｆｉｌｌ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｉｎ Ｈｏｎｇｌｉｎｇ Ｌｅａｄ-Ｚｉｎｃ Ｍｉｎｅ ａｎｄ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｂｙ ｔｈｅ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｓｔｅ ｒｏｃｋ ｏｎ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ， ｉｔ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｔａｉｌｉｎｇｓ ｆｒｏｍ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｐｌａｎｔ ｔｏｇｅｔｈｅｒ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｗａｓｔｅ ｒｏｃｋ ｂｅ ｔａｋｅｎ ａｓ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｆｏｒ ｃｅｍｅｎｔｅｄ ｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇ． Ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔａｉｌｉｎｇｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｗａｓｔｅ ｒｏｃｋ ｏｎ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｗｅｒｅ ｔｅｓｔｅｄ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ， ｗｈｉｃｈ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｔｈａｔ ａ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｗｏ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｔａｋｅｎ ａｓ ｂａｃｋｆｉｌｌ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｗａｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ． Ｔｈｅｎ， ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｉｎｇ ｔｅｓｔｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｅｍｅｎｔｅｄ ｂａｃｋｆｉｌｌ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｂａｃｋｆｉｌｌ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｔｏｔａｌ ｔａｉｌｉｎｇｓ ｔｏ ｗａｓｔｅ ｒｏｃｋ， ａｎ ｏｐｔｉｍａｌ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ ｗａｓ ｆｉｎａｌｌｙ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｃｋｆｉｌｌ ｓａｍｐｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｃｅｍｅｎｔ-ｓａｎｄ ｒａｔｉｏ， ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ａｓ ｐｒｏｌｏｎｇｉｎｇ ｔｈｅ ｃｕｒｉｎｇ ａｇｅ ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ ｍａｓｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｃｋｆｉｌｌ ｓｌｕｒｒｙ． Ｉｔ ｉｓ ｆｉｎａｌｌｙ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎｃｌｕｄｅ ａ ｃｅｍｅｎｔ-ｓａｎｄ ｒａｔｉｏ ｏｆ １∶ ８ ｆｏｒ ｃｅｍｅｎｔｅｄ ｂａｃｋｆｉｌｌ， ａ ｃｅｍｅｎｔ-ｓａｎｄ ｒａｔｉｏ ｏｆ １∶ １２ ｆｏｒ ｎｏｒｍａｌ ｂａｃｋｆｉｌｌ， ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｔａｉｌｉｎｇｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｗａｓｔｅ ｒｏｃｋ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ４∶ ６ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｓｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ７８％ ｆｏｒ ｂｏｔｈ ｂａｃｋｆｉｌｌ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ， ｓｕｃｈ ｋｉｎｄ ｏｆ ｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｕｓｉｎｇ ｔｏｔａｌ ｔａｉｌｉｎｇｓ ｔｏｇｅｔｈｅｒ ｗｉｔｈ ｗａｓｔｅ ｒｏｃｋ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ Ｈｏｎｇｌｉｎｇ Ｌｅａｄ-Ｚｉｎｃ Ｍｉｎｅ， ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｐｒｏｖｅｎ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｕｃｈ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｃｅｍｅｎｔ-ｓａｎｄ ｒａｔｉｏ； ｂａｃｋｆｉｌｌ ａｇｇｒｅｇａｔｅ； ｔｏｔａｌ ｔａｉｌｉｎｇｓ； ｇｒａｖｅｌ； ｃｅｍｅｎｔｅｄ ｂａｃｋｆｉｌｌ； ｆｉｌｌｉｎｇ ｂｏｄｙ； ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｉｎｇ ｒａｔｉｏ； ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈ 目前，随着充填材料与充填技术的突破，全尾砂和 废石等固体废物再生利用以及料浆浓度、灰砂比和龄 期对充填体强度影响等研究已取得了新进展［１－３］。 随 着以全尾砂作为主要充填材料的充填技术不断发展及 应用［４－９］，原常用的分级尾砂充填存在以下弊端一是 为满足尾矿坝筑坝安全的需要，选厂尾砂可被利用于 充填的分级尾砂产率低，通常还需要外购其他骨料予 以补充；二是分级尾砂充填体料浆浓度低、采场滤水现 ①收稿日期 ２０２０－０１－０８ 基金项目 国家自然科学基金（５１９７４０４３，５１７７４０５８）；重庆市科技计划项目基础科学与前沿技术研究专项（ｃｓｔｃ２０１８ｊｃｙｊＡ３３２０） 作者简介 张 静（１９９５－），男，贵州遵义人，硕士研究生，主要研究方向为金属矿山充填采矿。 第 ４０ 卷第 ３ 期 ２０２０ 年 ０６ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．４０ №３ Ｊｕｎｅ ２０２０ 象突出、排水清淤费用高、井下污染严重等。 我国选厂每年产生大量尾砂，此外多数矿山在建 设和生产时，往往在地表堆积大量废石，既占用土地资 源又污染周围环境。 因此，若将选厂产生尾砂和矿山 地表废石用于制备井下采空区充填材料，既可解决充 填材料不足的问题，又可减少地表尾砂及废石堆积对 环境的污染［１０］。 １ 工程概况 山东黄金赤峰山金红岭铅锌矿（简称红岭铅锌 矿）于１９８８ 年开始筹建，经过多年的开采和技改，生产 能力已经达到 ５ ０００ ｔ／ ｄ。 矿山前期采用空场采矿法回 采，崩落围岩处理采空区，地表出现塌陷坑，后改用充 填采矿法，采空区地压及地表塌陷情况得以改善。 矿 山原充填系统采用分级尾砂充填，随着矿山开采规模 和矿石开采总量不断增加，尾砂产量不断增长，大量细 粒级尾砂不仅占有土地，使土地酸化，还增加了尾矿库 管理成本。 此外，由于早期开采及井下掘进开拓导致 地表堆放有大量废石占用土地，对环境造成严重破坏。 因此，将全尾砂及废石作为充填骨料充填到采空区，变 废为宝，有效解决现有充填系统问题和地表堆积废石 对环境造成的破坏问题，成为矿山当前可持续发展及 绿色矿山建设中的技术难题。 ２ 充填材料性能 ２．１ 碎 石 实验所用废石为矿山实际生产过程中产生的废 石。 井下掘进废石运至地表后，经过废石破碎站处理， 参考国内外碎石充填经验，综合考虑破碎成本及管道 输送性能来确定合理粒径组成，碎石粒径最大为 １０ ｍｍ 左右，其粒径分布曲线见图 １。 42μm 100 80 60 40 20 0 0.10.04500101100 ,5 图 １ 碎石粒径分布曲线 ２．２ 全尾砂 尾砂取自红岭铅锌矿选厂所产生的全尾砂，全尾 砂密度 ３．３６ ｇ／ ｃｍ３，松散容重 １．８１３ ｇ／ ｃｍ３，松散孔隙 率 ４６．９９％。 采用 Ｘ 射线衍射实验对其进行化学成分 测定，结果如表 １ 所示。 由表 １ 可知，尾砂中有毒有害 元素很少，用于井下采空区充填不会对井下环境及工 人身体健康产生影响。 全尾砂粒径分析结果见表 ２。 表 １ 全尾砂化学成分（质量分数） ／ ％ ＭｇＡｌＫＣａＦｅＭｎＴｉＣｕＺｎＰｂ １．２３２．６８０．４３１６．７１２．６０．７７０．１２０．０２０．１５０．０１ 表 ２ 全尾砂粒径分析结果 粒径／ μｍ产率／ ％ ＋７４ ３１．０ －７４＋４３ １６．０ －４３＋３８ ３．０ －３８＋２８ ７．０ －２８＋２６ １．５ －２６＋２３ ２．８ －２３＋２０ ２．２ －２０＋１８ １．８ －１８＋１３ ５．０ －１３ ２９．７ 合计１００．０ ２．３ 胶凝材料 选用新型胶结材料（Ｃ 料），用该材料作充填胶结 剂，与普通硅酸盐水泥相比，在料浆泵送性、流动性、早 期强度等方面更具优势，且对金属回收率没有影响。 其主要化学成分为 ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳＯ３， 无毒，无害。 根据碎石与全尾砂的粒径分析结果可知全尾砂 粒级适中，主要分布在＋０．０３８ ｍｍ 粒级（占 ４７％）以及 －０．０２ ｍｍ 粒级（占 ３６．５％），其中尾砂粒级较细的不利 于充填脱水和快速硬化，影响胶结充填体强度。 此外， 当碎石粒径在 １０ ｍｍ 以下时，最大粒径小于 ０．２５ ｍｍ 的碎石占 １７．３％，大部分碎石粒径都在 ０．２５ ｍｍ 以上， 这些较粗粒径的碎石对管道磨损严重，且输送能力差。 当碎石粒径在 ５ ｍｍ 以下时，最大粒径小于 ０．２５ ｍｍ 的碎石占 ２９．１％，碎石粒度大小较均匀，因此骨料输送 性能较好，能降低管道磨损，但是相比较而言，减小碎 石粒径会增加骨料的破碎成本。 因此，单独将红岭铅 锌矿的全尾砂或地表废石作为充填骨料不是很理想， 将碎石与全尾砂按一定配比混合作为充填骨料，可有 效解决以上问题，但其混合充填骨料的力学性能怎样 才能达到最优，需要通过室内充填配比试验来确定。 １１第 ３ 期张 静等 全尾砂和废石联合胶结充填体最佳配比及应用 ３ 充填配比试验 在全尾砂物理力学性能测定基础上，将制备好的 不同充填配比参数的充填浆体注入１０．０ ｃｍ １０．０ ｃｍ １０．０ ｃｍ 的标准三联模具中制作充填体试块。 将经刮 平、脱模后的充填体试块放至恒温养护箱养护，养护温 度 ２０ ℃，养护湿度大于 ９５％。 采用重庆大学煤矿灾 害动力学与控制国家重点实验室中心的岛津试验机 测试养护 ７ ｄ，２８ ｄ 和 ６０ ｄ 后的充填体试块单轴抗压 强度。 ３．１ 不同灰砂比充填体试块单轴抗压强度分析 灰砂比是指胶凝材料与充填骨料的比例。 不同灰砂比条件下的充填体单轴抗压强度特性曲 线如图 ２～４ 所示。 由图可见，强度特性曲线呈下凹的 变化趋势，即随着灰砂比减小（即充填骨料比例增 加），所有充填体试块的单轴抗压强度都呈减小的趋 势。 在灰砂比较小时，不同质量浓度、不同全尾废石比 充填体试块的单轴抗压强度相差不大。 3.5 2.8 2.1 1.4 0.7 0.0 / D28, MPa a 7 d 28 d 60 d                   4.5 3.6 2.7 1.8 0.9 0.0 / D28, MPa b 7 d 28 d 60 d                   6.5 5.2 3.9 2.6 1.3 0.0 / D28, MPa c 7 d 28 d 60 d                  1 41 81 121 161 201 41 81 121 161 201 41 81 121 161 20 图 ２ 全尾砂废石比 ２∶８时充填体强度随灰砂比变化特性曲线 料浆质量浓度 （ａ） ７４％； （ｂ） ７６％； （ｃ） ７８％ 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 / D28, MPa a 7 d 28 d 60 d                   / D28, MPa b 7 d 28 d 60 d                   / D28, MPa c 7 d 28 d 60 d                   1 41 81 121 161 201 41 81 121 161 201 41 81 121 161 20 图 ３ 全尾砂废石比 ３∶７时充填体强度随灰砂比变化特性曲线 料浆质量浓度 （ａ） ７４％； （ｂ） ７６％； （ｃ） ７８％ 3.5 2.8 2.1 1.4 0.7 0.0 / D28, MPa a 7 d 28 d 60 d                  6 5 4 3 2 1 0 / D28, MPa b 7 d 28 d 60 d                  7 6 5 4 3 2 1 0 / D28, MPa c 7 d 28 d 60 d                   1 41 81 121 161 201 41 81 121 161 201 41 81 121 161 20 图 ４ 全尾砂废石比 ４∶６时充填体强度随灰砂比变化特性曲线 料浆质量浓度 （ａ） ７４％； （ｂ） ７６％； （ｃ） ７８％ ３．２ 不同养护龄期充填体试块单轴抗压强度分析 不同养护龄期充填体单轴抗压强度特性曲线见图 ５～７。 由图５～７ 发现，随养护龄期增加，充填体试块的 单轴抗压强度基本上都呈增大的趋势，且试块的单轴 抗压强度在前期养护龄期增长较为缓慢，试块的长期 强度与早期强度可能会相差较大。 此外，随灰砂比降 低，充填体试块单轴抗压强度受养护龄期的影响呈下 降趋势。 ２１矿 冶 工 程第 ４０ 卷 3.5 2.8 2.1 1.4 0.7 0.0 72860 /48d D28,MPa a 4.5 3.6 2.7 1.8 0.9 0.0 72860 /48d D28,MPa b  6.5 5.2 3.9 2.6 1.3 0.0 72860 /48d D28,MPa c     1 4 1 8 1 20 1 6 1 12      1 4 1 8 1 20 1 6 1 12      1 4 1 8 1 20 1 6 1 12                                                图 ５ 全尾砂废石比 ２∶８时充填体强度随养护龄期变化特性曲线 料浆质量浓度 （ａ） ７４％； （ｂ） ７６％； （ｃ） ７８％ 4.0 3.2 2.4 1.6 0.8 0.0 72860 /48d D28,MPa a 4.0 3.2 2.4 1.6 0.8 0.0 72860 /48d D28,MPa b  5.5 4.4 3.3 2.2 1.1 0.0 72860 /48d D28,MPa c      1 4 1 8 1 20 1 6 1 12      1 4 1 8 1 20 1 6 1 12      1 4 1 8 1 20 1 6 1 12                                               图 ６ 全尾砂废石比 ３∶７时充填体强度随养护龄期变化特性曲线 料浆质量浓度 （ａ） ７４％； （ｂ） ７６％； （ｃ） ７８％ 3.5 2.8 2.1 1.4 0.7 0.0 72860 /48d D28,MPa a 6 5 4 3 2 1 0 72860 /48d D28,MPa b  7 6 5 4 3 2 1 0 72860 /48d D28,MPa c      1 4 1 8 1 20 1 6 1 12      1 4 1 8 1 20 1 6 1 12      1 4 1 8 1 20 1 6 1 12                                               图 ７ 全尾砂废石比 ４∶６时充填体强度随养护龄期变化特性曲线 料浆质量浓度 （ａ） ７４％； （ｂ） ７６％； （ｃ） ７８％ ３．３ 不同质量浓度充填体试块单轴抗压强度分析 不同质量浓度充填体试块单轴抗压强度特性曲线 如图 ８～１０ 所示。 由图 ８～１０ 可以看出，试块单轴抗压 强度随料浆浓度增大而增大，这种增大的速率随料浆 浓度增大而降低。 此外，当试块的灰砂比较小时，其单 轴抗压强度受料浆浓度的影响较小。 3.0 2.4 1.8 1.2 0.6 0.0 747678 D47, D28,MPa a 6 5 4 3 2 1 0 747678 D47, D28,MPa b  6.5 5.2 3.9 2.6 1.3 0.0 7478 D47, D28,MPa c     1 4 1 8 1 20 1 6 1 12      1 4 1 8 1 20 1 6 1 12      1 4 1 8 1 20 1 6 1 12             76                                    图 ８ 全尾砂废石比 ２∶８时充填体强度随料浆质量浓度变化特性曲线 养护龄期 （ａ） ７ ｄ； （ｂ） ２８ ｄ； （ｃ） ６０ ｄ ３１第 ３ 期张 静等 全尾砂和废石联合胶结充填体最佳配比及应用 3.5 2.8 2.1 1.4 0.7 0.0 747678 D47, D28,MPa a 4.0 3.2 2.4 1.6 0.8 0.0 747678 D47, D28,MPa b  5.5 4.4 3.3 2.2 1.1 0.0 7478 D47, D28,MPa c     1 4 1 8 1 20 1 6 1 12      1 4 1 8 1 20 1 6 1 12      1 4 1 8 1 20 1 6 1 12             76                                    图 ９ 全尾砂废石比 ３∶７时充填体强度随料浆质量浓度变化特性曲线 养护龄期 （ａ） ７ ｄ； （ｂ） ２８ ｄ； （ｃ） ６０ ｄ 3.5 2.8 2.1 1.4 0.7 0.0 747678 D47, D28,MPa a 5 4 3 2 1 0 747678 D47, D28,MPa b  7 6 5 4 3 2 1 0 7478 D47, D28,MPa c     1 4 1 8 1 20 1 6 1 12      1 4 1 8 1 20 1 6 1 12      1 4 1 8 1 20 1 6 1 12             76                                    图 １０ 全尾砂废石比 ４∶６时充填体强度随料浆质量浓度变化特性曲线 养护龄期 （ａ） ７ ｄ； （ｂ） ２８ ｄ； （ｃ） ６０ ｄ ４ 最佳充填配比及应用 ４．１ 最佳充填配比 红岭铅锌矿采用上向水平分层充填采矿法进行开 采，每一分层采场分两步进行充填。 其中非胶结面采 用低配比进行非胶结充填，胶结面采用高配比胶结充 填。 每一分层充填胶结面充填体的 ２８ ｄ 龄期抗压强 度不低于 １．５ ＭＰａ，非胶结充填要求充填体 ２８ ｄ 龄期 抗压强度不低于 ０．５ ＭＰａ［１１］。 根据上述要求及室内试 验结果，推荐最佳充填配比及相对应的抗压强度结果 如表 ３ 所示。 表 ３ 推荐的最佳配比及其抗压强度结果 充填 部位 灰砂比 （Ｃ 料∶骨料） 骨料配比 （全尾砂∶废石） 质量浓度 ／ ％ 单轴抗压强度／ ＭＰａ ７ ｄ２８ ｄ６０ ｄ 胶结面１∶８４∶６７８１．４３１．６０２．８１ 普通充填１∶１２４∶６７８０．５３０．７１１．３５ ４．２ 工程应用 根据红岭铅锌矿矿山实际情况，充填时碎石由装 载机给料到配料站，经骨料计量机称重后由皮带输送 到搅拌机内；尾砂浆流入浓密机内，经计量后，泵送至 搅拌机内；胶凝材料通过压气卸入立式筒仓，经计量后 输送至搅拌机内；充填用水通过水泵从蓄水池内引水 经计量后加入搅拌机内。 上述所有充填原料在搅拌机 内制备成质量浓度 ７８％的充填料浆，通过充填泵加压 后经管道输送至井下待充填区域进行充填。 根据采场 现场工业试验，得出以下结论 １） 充填配比满足充填料浆泵送要求，充填料浆质 量浓度能够控制在 ７８％左右，采场泌水小，充填接顶 效果好，未对采场稳定性产生较大影响。 ２） 全尾砂废石充填系统的应用，保证了井下充填 法开采时采场地压的稳定性，不论是采场普通充填体 还是胶结面充填体的强度均能达到安全生产要求。 ３） 采用全尾砂和废石作为主要充填骨料，使得充 填材料级配更合理，减少了胶凝材料的使用，达到低成 本运营和安全可靠输送的目的。 ５ 结 论 １） 全尾砂废石充填材料的物化性质测试结果表 明，单独将全尾砂或地表废石作为充填骨料不理想，而 将碎石与全尾砂按一定配比混合作为充填骨料，可弥 补 ２ 种材料单独作为充填骨料时的缺点。 ２） 充填体试块的单轴抗压强度随着灰砂比减小 而减小，随养护龄期增加呈增大趋势，随充填料浆质量 浓度增大呈增大趋势，并得到了最佳充填配比。 （下转第 １９ 页） ４１矿 冶 工 程第 ４０ 卷 ３ 结 论 采用自主研发的三轴压缩渗流试验装置，针对采 用 ＭＩＣＰ 技术填充的裂隙宽度分别为１．０ ｍｍ、１．５ ｍｍ、 ２．０ ｍｍ、２．５ ｍｍ 的４ 种类型试样，在围压分别为 ０．２ ＭＰａ、 ０．３ ＭＰａ、０．４ ＭＰａ 条件下进行渗流试验，并测量了裂 隙宽度为 ２．５ ｍｍ 试样上部、中部、下部的波速，取得了 以下研究成果 １） ＭＩＣＰ 充填裂隙岩体试样渗透系数受裂隙宽度 的影响，也受填充率影响。 ２） 不同宽度的 ＭＩＣＰ 充填裂隙岩体渗透系数随 围压升高呈下降趋势，最高可下降 ５８．０３％；当围压较 小时，渗透系数下降较快，随着围压增大，渗透系数下 降速度逐渐减慢。 ３） 同一岩性 ＭＩＣＰ 充填裂隙岩体渗透系数随波 速增加而减小。 ４） ＭＩＣＰ 充填裂隙岩体的渗透系数计算公式可拟 合为自然对数波速与负指数围压之和的形式。 参考文献 ［１］ Ｄｕｆｆａｕｔ Ｐ． Ｔｈｅ ｔｒａｐｓ ｂｅｈｉｎｄ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ Ｍａｌｐａｓｓｅｔ ａｒｃｈ ｄａｍ， Ｆｒａｎｃｅ， ｉｎ １９５９［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｏｃｋ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ２０１３（５）３３５－３４１． ［２］ 李夕兵，刘志祥，彭 康，等． 金属矿滨海基岩开采岩石力学理论 与实践［Ｊ］． 岩石力学与工程学报， ２０１０，２９（１０）１９４５－１９５３． ［３］ 刘爱华，彭述权，李夕兵，等． 深部开采承压突水机制相似物理模 型试验系统研制及应用［Ｊ］． 岩石力学与工程学报， ２００９，２８（７） １３３５－１３４１． ［４］ 贺玉龙，陶玉敬，杨立中． 不同节理粗糙度系数单裂隙渗流特性试 验研究［Ｊ］． 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微生物诱导碳酸钙沉淀填充裂 隙岩体渗流规律试验研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０２０，４０（３）１５－１９． �������������������������������������������������������������������������������������������������� （上接第 １４ 页） ３） 根据现场应用效果，把红岭铅锌矿选厂全尾砂 和地表废石作为主要充填骨料用于井下采场充填在技 术上可行，有效利用了选厂尾砂及地表堆积废石，达到 绿色矿山生产的目的，为国内具有相似情况的同类矿 山采用全尾砂与废石混合充填提供了借鉴。 参考文献 ［１］ Ｅｌｈａｋａｍ Ａ Ａ， Ｍｏｈａｍｅｄ Ａ Ｅ， Ａｗａｄ Ｅ． Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓｅｌｆ-ｈｅａｌｉｎｇ， ｍｉｘｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ａｄｄｉｎｇ ｓｉｌｉｃａ ｆｕｍｅ ｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｒｅ- ｃｙｃｌｅｄ ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ ｃｏｎｃｒｅｔｅ［Ｊ］． Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ＆ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， ２０１２，３５４２１－４２７． ［２］ 张小瑞，赵国彦，李地元，等． 磷石膏膏体充填材料强度优化配比 试验研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１５，３５（４）９－１１． ［３］ 孙恒虎，黄玉诚，杨宝贵． 当代胶结充填技术［Ｍ］． 北京冶金工 业出版社， ２００２． ［４］ 温震江，杨志强，高 谦，等． 金川矿山早强充填胶凝材料配比试 验与优化［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１８，３８（６）２９－３２． ［５］ 任少峰，张忠辉，杨纪光，等． 全尾砂与分级尾砂胶结充填强度的 试验研究［Ｊ］． 采矿技术， ２０１４，１４（２）３１－３２． ［６］ 姚 囝，叶义成，王其虎，等． 低强度胶结充填体相似材料配比试 验研究［Ｊ］． 中国安全生产科学技术， ２０１７，１３（８）３０－３５． ［７］ 杨 啸，杨志强，高 谦，等． 混合充填骨料胶结充填强度试验与 最优配比决策研究［Ｊ］． 岩土力学， ２０１６，３７（Ｓ２）６３５－６４１． ［８］ 张钦礼，陈秋松，王新民，等． 全尾砂絮凝沉降参数 ＧＡ-ＳＶＭ 优化预 测模型研究［Ｊ］． 中国安全生产科学技术， ２０１４，１０（５）２４－３０． ［９］ 王建栋，吴爱祥，王贻明，等． 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