膠結充填

膠結充填指的是一種單漿膠結充填材料及其使用方法。膠結充填技術的出現和發展對於礦業的進步具有重要的推動作用。單漿膠結充填材料採用快硬硫鋁酸鹽水泥熟料作為基本膠凝活化材料，以生石灰為激發劑，摻加大量工業廢渣經磨細製成。

基本介紹

• 中文名：膠結充填
• 外文名：cement-filling
• 學科：採礦工程
• 出現時間：20世紀50年代
• 分類：水泥砂漿/混凝土膠結充填
• 出現地點：加拿大

歷史起源

膠結充填是在加拿大發展起來的。早在20世紀50年代，加拿大的礦山就以浮選細顆粒尾砂的水砂充填取代粗骨料充填。但由於水砂充填料缺乏內聚特性，不能形成穩固自立的充填體，因此，自1960年以來，INCO公司又進一步試驗，通過在水砂充填料中當加入添加劑的的辦法來使水砂充填體得以固結。首次在水砂充填料中添加水泥的試驗是1962年在Frood礦進行的，當時水泥生產商也參加了這項實驗。差不多在同一時期，鷹橋鎳礦有限公司採用了一種廢石與水泥的混合物作為采場底部的鋪墊，以減小電耙出礦的分層充填法中的礦石貧化和回採損失，

由於這種充填方式運行結果良好，20世紀60-70年代這種充填採礦法在金屬礦山得到了廣泛的推廣和套用，特別是早房柱採礦中，對采完後的礦房進行膠結充填，可以全部回採礦柱。

採集和加工砂和石，貯存砂、石和水泥，製備膠結充填材料漿體，向採空區輸送和堆放漿體，使漿體在採空區中脫去多餘的水，以及處理污水等所需要的設備、設施、井巷和構築物等的綜合。在膠結充填系統中，對漿體濃度的控制嚴格。

充填系統原理

按固體材料的粒度，將膠結充填系統分為水泥砂漿膠結充填系統和混凝土膠結充填系統。前一個系統所用的固體材料為水泥和細砂或尾砂。後一個系統所用的固體材料為水泥、砂和碎石。

水泥砂漿膠結充填系統

系統中的砂倉和漿體製備站一般集中布置在地面(圖1)。將採集和加工好的尾砂或細砂用水力輸送到濕式砂倉中，也可以用車輛或帶式輸送機輸送到乾式砂倉中。立式濕式砂倉用重力或用高壓水噴嘴攪拌放砂到攪拌筒中，臥式濕式砂倉用電耙和螺旋輸送機向攪拌筒中送料，乾式砂倉用給料機向攪拌筒中供料。水泥用散裝罐車通過壓氣裝置吹入水泥倉，用螺旋餵料機或葉輪給料機經計量裝置向攪拌筒中加水泥，同時向攪拌筒中定量供水，在攪拌筒中將水泥、砂和水攪拌成水泥砂漿。螺旋槳攪拌筒的直徑為1.5～3m，高為1.5～3m。對漿體的流量和濃度分別用電磁流量計和γ射線濃度計測定。尾砂或細砂膠結充填系統中脫水和處理污水等所用的設備、設施和構築物等均與水砂充填系統大致相同。尾砂或細砂膠結充填系統的輸送距離可達2500～3000m，它的生產能力約為100～120m/h。這種充填系統得到了廣泛套用。

1—輸送尾砂管道;2—尾砂倉;3—水力旋流器;

4—用風力吹送水泥管道;5—水泥倉;6—螺旋餵料機;

7—螺旋槳攪拌筒;8—用自然壓頭輸送漿體的管道;

9—用泵壓輸送漿體的管道

混凝土膠結充填系統

這個系統與水泥砂漿膠結充填系統在許多方面相同，不同之處是混凝土膠結充填系統包括非膏體混凝土膠結充填系統和膏體混凝土膠結充填系統。非膏體混凝土膠結充填系統又有集中製備系統和分離製備系統。在集中製備系統中，非膏體混凝土膠結充填材料漿體在地表攪拌站用連續攪拌機製備好，然後向井下輸送。

在分離製備系統中，地表攪拌站將製備好的水泥漿用砂泵經管道輸送到井下製備站，與砂和碎石攪拌成非膏體混凝土膠結充填材料。用這種系統可以避免長距離輸送膠結充填材料。對於膏體混凝土膠結充材料多使用分離的膏體混凝土膠結充填系統。這種系統是將各種固體材料分別輸送到井下設在充填地點附近的攪拌站加水製備，然後用鏟運機、氣力充填機、拋擲充填機或高揚程柱塞泵等向充填地點輸送和堆放，也可以利用漿體自重或漿體自重加氣力輸送和堆放。這種系統無需脫水和處理污水，多用於充填量不大或充填材料輸送距離短的礦山。

膠結充填材料

膠結充填材料形成的膠結充填體的支撐能力較大，而且在其邊界的約束被全部或部分解除後都不會片落或冒落。常用的膠結充填材料分為混凝土和水泥砂漿兩種類型，前者是由粗細骨料和水泥漿混合成的，可以用輸送普通混凝土的方式輸送，不需要在充填區脫水，後者是由細砂或尾砂和水泥漿混合成的，常用管道水力輸送，需要在充填區脫去多餘水分後形成膠結充填體。水泥含量相同時，混凝土充填體的強度較高，一般超過3或4MPa，而水泥砂漿充填體的強度不超過2或3MPa。

普通矽酸鹽水泥是廣泛使用的膠凝材料，通常，1m膠結充填體中大約含150～350kg水泥。為了降低膠結充填成本，需要從包裝和運輸等方面降低水泥的成本，減少膠凝材料的使用量，以及用代用膠凝材料。混凝土膠結充填材料中的粗骨料，可將塊石經兩段破碎形成的50～5mm碎石自然級配而成。細骨料的粒徑為0.15～5mm。用分級後的粗尾砂作為細骨料時，最小粒徑可取0.037mm。水泥砂漿膠結充填材料中細砂的粒徑一般為0.25～0.35mm。用尾砂作為水泥砂漿膠結充填材料時，需使粒徑大於0.037mm的顆粒達90%。否則水泥消耗多，不易脫出多餘的水分，並且所形成的充填體的強度低。尾砂中的含硫量若超過1%或3%時，充填體後期強度受到有害影響。尾砂中含有已氧化的硫化礦物時，充填體後期強度受到的有害影響更大，甚至充填體會自行崩解。尾砂膠結充填材料的配比，一般用水泥對尾砂的重量比和固體物料重量所占百分比表示。這兩個指標對於通過管道用水力輸送這種充填材料的難易程度和所形成充填體的強度都有很大影響。

尾砂膠結充填材料的灰砂比通常為1：8～1：10，個別情況下為1：20～1：30，用來構築將來回採充填體下部礦石的假頂時為1：5～1：6，構築人工柱時為1：3～1：4。20世紀80年代，高濃度全尾砂膠結充填材料的製備和輸送工藝的研究已取得初步成果。該項研究的目標是提高尾砂利用率並且使充填材料在形成充填體時不需要脫水。其他不脫水的新型充填材料正處於研究開發之中，尋求降低充填成本chong 充是今後努力的方向。

套用意義

膠結充填採礦技術的出現和發展，給金屬礦山，特別是有色金屬礦、金礦、鈾礦的開採帶來了巨大的深遠的影響，使得坑內採礦的諸多複雜技術難題從此找到了解決的途徑，具體表現在以下幾方面：

(1)膠結充填採礦技術可以套用到水平礦體、緩傾斜礦體、急傾斜礦體、分枝複合礦體等各種角度、各種厚度、各種複雜多變的礦體，特別是厚大礦體，能夠大幅度提高礦柱回採率和出礦品位，因此可以最大限度地回收貴重金屬和高品位礦石；

(2)採用膠結充填採礦技術可以有效地控制地壓活動，緩解深部採礦時岩爆的威脅；

(3)採用膠結充填採礦技術可以有效地阻止岩層發生大規模移動，實現水體下、建築物下採礦，同時保護了地表不遭破壞，維持原有的生態環境；

(4)採用膠結充填採礦技術可以對某些需要優先開採下部或底盤富礦的礦山實現“采富保貧”而不會造成礦產資源的破壞和損失；

(5)膠結充填採礦技術能有效地隔離和窒息內因火災，因而成為開採有自燃性硫化礦床的有效手段。