学文网摘要：本文主要介绍尾砂胶结充填法在唐山某矿的应用情况，为类似矿山处理空区起到了一定的借鉴作用。
关键词：胶结 充填 应用
1 概述
该矿山由六家矿权整合而成，矿山以前采用浅孔留矿法，自然通风，开拓系统零乱，七家采矿点基本上是各成体系，均不正规。矿区范围内共形成了11个采空区。采空区体积共约115×104m3。在空区拐角及矿柱或岩柱处，均存在应力集中现象，这会引起岩体的剪切破坏，一旦发生大规模的冒落，将会形成大的地压活动，对矿山造成灾难性的事故，是重大的危险因素；随着矿山开采深度的增加，空区体积不断增大，受力随之增大，当应力集中到空区某一处超过岩石的强度时，就可能引起大规模的地压活动。由于矿山采用空场法回采矿石，人员在空场下作业，部分运输在空区上方通过，冒落隐患大，控制困难，危险程度加大。因此矿山必须处理采空区。
2 矿床开采技术条件
矿石以条纹状、片麻状磁铁石英岩为主，普氏硬度f=12～
15，松散系数1.5，矿石极限抗压强度为1307～1746kg/cm2，致密坚硬。围岩主要为片麻岩，矿岩接触比较规整，界限清楚。普氏硬度f=9～11，松散系数1.5。岩石极限抗压强度为862～1805kg/cm2，极限抗剪强度86～159kg/cm2，抗拉强度17～108kg/cm2，矿体顶底板围岩均坚硬稳定。
3 充填工艺和充填设施
3.1 充填材料 由于尾砂充填价格低廉（废物利用，仅发生输送费用，还可减少尾矿库的投资），制备和输送工艺简单，根据该矿山矿体厚度不大，空区高度相对不高的特点，选用尾砂做充填料。该矿选矿厂在采区内，取料方便，尾矿量能满足充填空区的需求。
3.2 采空区充填方案
3.2.1 充填管路下放方式及方案工艺。将矿区内竖井作为充填井。充填管道由矿区充填井（竖井）进入井下。
在地表充填井附近设置尾砂堆场，尾砂经汽车运输到尾砂堆场，脱泥后与水、水泥混合，由6管经泵加压后输送到井下，再经充填平巷到采空区充填口，充填料自流到空区充填。工艺流程见***1。
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***1 尾砂空区充填方案工艺流程***
3.2.2 充填倍线。充填料浆自流输送是以自身的势能为动力克服管道沿程阻力而流动，实现自流的条件是在系统中具备的势能必须大于流径管道系统时克服沿程阻力所须消耗的能量。管道的长度（L）和管道进出口之间的高差（H）是决定膏体能否自流的关键因素，根据充填倍线公式：N=■
式中：N――充填倍线；L――管道长度，m；H――管道进出口之间高差，m。
各空区充填倍线计算参数见表1
表1 矿山空区统计表
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***2 充填倍线示意***
相关数据带入公式得最大充填倍线Nmax=6.5。
按我国矿山水砂（细纱）充填的经验，充填倍线N
3.2.3 采空区充填工艺。采空区充填前要先封闭采空区的所有出口，封闭挡墙上设两个泄水管，泄水管打上孔之后，用土篷布包好，封闭挡墙要求坚实严密，不能跑浆。
充填平巷工程布置在空区顶板下盘岩石移动界线外，断面4m2，掘规格2m×2m的水平巷道与空区连通，充填巷道底板标高比空区顶板标高低1～1.5m左右，铺设充填管路至空区充填口。
充填站设在充填井口，脱泥后的尾砂和水泥通过皮带运至搅拌桶搅拌，搅拌好的浆液通过井筒充填管路和平巷充填管路自流到空区充填口进行充填。充填采用1：8的胶结配比，重量浓度65%。采用滤水比较好的材料加高封堵充填口。当充填到距空区顶板2m时，停止充填，进行平整养护，养护期28天，以此做回采顶柱的拉底巷。
为了达到更好的滤水效果，在采空区下盘掘一泄水天井，每隔4～5m掘联络平巷与空区相通，在空区与平巷连接处
设滤水挡墙，泄水天井还有检查空区充填情况的作用。充填
井和泄水井内设梯子间，以便人员上下，同时作为回风天井。
3.2.4 充填顺序及充填强度。为了空区处理的施工安全，采取由下向上、由外向里的充填顺序，即在垂直方向上，先充填最深部的空区，再充填浅部空区；在水平方向上，由充填井附近空区向远离充填井空区充填。
经现场试验，充填后4小时胶结体强度即达到0.2MPa。养护期28天后，充填强度在4Mpa左右。
3.3 充填投资 矿山纯充填成本86元/m3，矿山充填投资为9890万元。
4 结论
采空区采用尾砂胶结充填后，采空区被充填体充填，采空区围岩的受力状态由原来的单轴受力改变为三轴应力状态，因而增加了矿柱的承载能力和矿柱的支撑面积。此外，采空区采用胶结充填后，尽管充填体的强度远不及原岩强度高，但还是能有效的支撑顶板，减少围岩移动和地表下沉量，该矿埋藏较深，矿体开采厚度不大，地表的下沉量完全可以控制在安全范围内。
我国许多有色矿山和黄金矿山，由于采用了充填法开采，有效的控制了岩层的移动，保证了地表建筑的安全。其中湖南锡矿山南矿采用房柱法开采，采空区未充填时，曾先后发生两次地表大冒落事故，地表下沉量最大值分别为1.1m和1.7m；西部采空区采用了尾砂充填，地表从未发生冒落事故，地表下沉最大值仅0.08m。
该矿采空区有天然岩柱支撑，采空区全部充满后，将有效控制围岩移动，地表不会发生冒落和塌陷事故，地表下沉量也将会控制在安全范围内。因此从另一方面来说矿山采用尾砂胶结充填，增加了社会效益，保护了地表环境。
该矿山尾砂胶结充填技术的应用也给类似矿山处理空区起到了一定的借鉴作用。
参考文献：
[1]彭福***，蔡曙光，崔新玉.西部铜业公司胶结充填采矿法实践与探索[J].中国矿山工程.
[2]刘勇.充填采矿工程设计手册[M].矿业科技出版社.
[3]梅国栋.尾矿综合利用与无尾矿山建设探讨[J].金属矿山，2010总第412期.
作者简介：鲍世超（1985-），男，河北保定人，助理工程师部门经理。
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