高水速凝废石浇注充填试验及充填特性.pdf

2 0 0 3年 6月 第 3 2卷第 3期 有 色 矿 山 No nf e r r ou s M i n e s J u n． ， 2 0 0 3 Vo 1 ． 3 2 No． 3 高水速凝废石浇注充填试验及充填特性 王 劬 ， 王洪江2 ， 陈小平 1 ． 山东理 工大学资源与环境工 程学院 ， 山东 淄博 2 5 5 0 4 9 ； 2 ．中南 大学 资源与安 全工程学 院， 湖南 长 沙 4 1 0 0 1 2 ；3 ． 西 北矿 冶研究院 ， 甘肃 兰州 7 3 0 9 0 0 【 关键词]浇注充填； 废 ； 高水速凝 ；充填特性 [ 摘要 ]在山东某金矿竖 井保 安矿柱 回收试验研 究中， 采用 了高 水速凝 废石浇 注 充填 的新工 艺， 它具有 聚高 水速凝材料 、 块石胶结 充填 、 普通尾胶 充填的充填特性 ， 其充填体对 采场及井筒 帮壁的位 移和应 力变化 起到 了 良好 的抑制作用 。 [ 中图分类号]T D 8 5 3 ． 3 9 1 ． 1 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 2 8 9 5 1 2 0 0 3 0 3 0 0 0 6 0 3 Fi l l i ng t r i a l a nd i t s p e c u l i a r i t y of hi g h wa t e r r a pi d - s o l i d i f y i ng m a t e r i a l po ur i n g i n r o c k WANG J i e ， WANG Ho n g j i a n g ， CHE N Xi a o p i n g 1 ． S c h o o l o fR e s o u r c e E n v i r o n me n t E n g i n e e r i n g，S h a n d o n g Un i v e r c i t y of S c i e n c e E n g i n e e r i n g ，Z i b o 2 5 5 0 4 9 ，C h i n a； 2 ． S c h ool of R e s o u r c e S a f e t y En g i n e e r i n g，C e n t r a l S o u t h U n i v e r c i t y，C h a n g s h a 4 1 0 0 1 2 ， C h i n a； 3 ． No r t h we s t R e s e a r c h I n s t i t u t e of Mi n i n g Me t a l l u r g y ，L a n z h o u 7 3 0 9 0 0 ，C h i n a Ke y wo r d s p o u r i n g f i l l i n g；wa s t e r o c k；h i g h wa t e r r a p i d s o l i d i f y i n g ；f i l l i n g p e c u l i a r i t y Abs t r a c t I t i s a p pl i e d i n t h e t r i a l o f r e c o v e r i n g s h a f t s e c u r i t y p i l l a r i n s o me go l d mi n e i n Sh a nd o n g p r o v i nc e ， whi c h i s a n e w f i l l i ng t e c hn i q u e o f h i gh wa t e r r a p i d sol i d i f y i ng m a t e r i a l p ou r i n g f i l l i ng．I t h a s f i l l i n g p e c u l i a r i t y o f hi gh wa t e r r a p i d so l i d i f y i n g ma t e r i a l ，m a s s r o c k c e me n t i n g f i l l a nd c o mmo nl y r a i l i n g s c e me nt i n g f i l l ，a nd i t s f i l l i n g b o d y t a ke s a go od r e f r a i n i mp a c t o n t he i m p l a c e me n t o f s t o pe a nd s h a f t wa l l a n d t h o s e s t r e s s v a r y i n g． 1 前 言 在 山东某金矿竖井保安矿柱 回收试验研 究中， 采用了高水速 凝废石 浇注 充填采矿法 回采n ] 。其 采场布置形式为 矿块长度 1 0 ～2 0 m， 高度为阶段高 度 4 0 m， 宽度为矿体厚度 约为 1 0 m ， 留 4 m底柱和 2 m顶柱保护中段平巷。在矿块 中央掘进 一条 先行 天井作为采场通风和充填井 。采场沿矿块长度全部 拉开， 每采高一分层后采用胶结充填， 充填体强度要 求 1 ～2 MP a 。 采场 充填采用了高水速凝废石浇注充填的新工 艺。利用高水速 凝材料速 凝早强、 采场不需脱水 的 特点， 在不建立正规的充填料制备站的情况下， 利用 [ 收稿 日期]2 0 0 3 0 3 0 4 [ 作者简介 ]王 劫 1 9 6 2一 ， 男， 湖南 安化 人， 山东理 工大学资 源与环境工程学 院教授 ， 从事教学 、 科研工作 。 简易的充填系统进行采场浇注 充填， 形 成高水速凝 废石浇注充填体， 对采场及井筒 帮壁 的位移和应力 变化起到 了良好的抑制作用。 2 室 内试验 2 ． 1 充填骨料 室内试验 充填骨料采用井下掘进 的废 石。掘进 废石的块度分布， 采用摄影法对废石块度进行 了统 计 见表 1 。废石块度大于 3 0 0 ram 的占 1 0 ． 5 9 ％， 小于 l O O mm的占 6 3 ． 5 4 ％， 平均块度为 1 1 6 ． 3 2 mm。 表 1 掘进废石 块度统计表 ％ 维普资讯 第 3期 王劫等 高水速凝废石浇注充填试验及 充填特性 7 2 ． 2 浆体渗透试验 为检测 浆体 的渗透情况， 在试验室 内进行了各 种浆体在废石体 内的渗透试验， 其结果见表 2 。 表 2 浆体渗透度验 结果 表 2 ． 3 浆体强度试验 选择了两类不同性质的浆体进行了不同龄期的 抗压强度测试试验。 普通水泥浆体， 采用 4 2 5 普通 硅酸盐水泥， 水 灰 比为 1 1 ， 浆体浓度为 5 0 ％； 高水速凝材料浆体， 采用高水速凝材料和水混合而成， 水灰 比为 3 1 ， 浆 体浓度 2 5 ％， 试验数据见表 3 。 表 3 浆体 强度试验 结果表 浆 体 名 称 l灰浓 度 比 ％ 抗 压 强 度 ／ M P a l m 浆 体 用lm 实 体 用 3天 7天 灰量／ k g 灰量／ k g 2 ． 4 浆体浇注试验 按照矿 山现场废石块度 的统计资料， 根据相似 准则原理 ， 废石采用同类型的花岗岩型金矿床的掘 进废石， 经人工级配而成， 相似 模拟 比为 1 1 5 。废 石浇注对 比试验方式 为在 1 5 0 mm试 模 内的废 石体 上浇注浆体， 其试验结果见表 4 。 表 4 浆 体浇注试验结果 2 ． 5 室内配 比试验 室 内配 比试验采用正交试验进行。所选取的因 素为水灰 比、 废石粒级和 高水速凝材料 甲乙料浆混 合时间， 测试 7天龄期的极限抗压强度。试验采用 1 5 0 mm的试模制 样， 并模拟现场 充填条件， 其正交 试验结果见表 5和表 6 。 表 5 室内配比试验正交设计表 试验 配方 7天抗压强度／ MP a l m 胶结体用 灰量／ k g 分析各种因素对抗压强度的影响， 水灰 比是影 响抗压强度最主要的因素， 其极差为 1 ． 2 8 MP a 。而 混合时 间和 废 石 粒级 的级 差 分别 为 0 ． 1 9 MP a和 0． 6 4M Pa 。 2 ． 6 试验结果分析 1 从上述试验结果分析， 采用高水速凝废石浇 注充填的结果要优于普通水泥废石胶结充填。 2 从施工工艺的难 易程度来看， 高水速凝废石 浇注充填 的浆体浓度低， 易于搅拌， 并在无废石时也 能使浆体全部凝 结。同时凝结速度快， 有利于缩短 采充循环间隙时间。 3 从充填材料成本分析， 高水速凝废石浇注充 填 比普通水泥胶结充填高 2 ． 9 ％。 综合各方面 的因素以及达到采矿工 艺的要求， 推荐采用高水速凝废石浇注充填。即采用井下掘进 废石， 高水材料料浆水灰 比 2 ． 5 ～3 1 ， 料浆混合时 间控制在 4 0 ～6 0秒， l m0 废石浇注充填体高水材料 耗量为 1 0 0 ～1 5 0 k g 。 3 工业试验 3 ． 1 废石填充 井下掘进 的废石不提升到地表 ， 只提 升至待充 填采场的上 中段， 直接 从采 场充填天 井倒入 采场。 每次填充的高度为 2 ～3 m， 采场废石 的充填面距采 场顶板 的距离控制在 1 ． 8 ～2 ． 0 m。采场填充的废石 一’ 了 _ 1 |一 _ 耵瑁噩 蕊 维普资讯 8 有色 矿 山 2 0 0 3年 第 3 2卷 浇注前需平场， 基本保持平整。 3 ． 2 料浆制浆及浇注 料浆制浆在井下中段进行 。制浆工艺采用 甲、 乙料分别制浆， 管道混合的方式。制浆设备 为两个 0 、 5 m3 的搅拌桶， 并置于平板车上， 方便设备移动和 运输 。浆体制浆 时， 两个搅 拌桶同时启动分别搅拌 甲乙料浆体。即首先把 2 5 0 ～3 0 0 k g左右的定量 加 入到搅拌桶 内， 然后放入两袋 甲料 或者 乙料 ， 保持 其水灰比为 2 ． 5 ～3 1 ， 搅 拌 3 ～5分钟后， 把两个 搅拌桶的底部阀门打开， 通过 混合器使 甲乙两种料 浆混合后用 2时软管输送至采场进行浇注。采场浇 注时． 要有人在采场用软管均 匀浇注。采场 浇注完 成， 充填体养护一天， 即可开始采场凿岩爆破作业。 3 ． 3 充填效果 在工业试验 中， 高水速凝废石浇注充填效果 良 好 ①高水速凝料浆能够在废石体中充分渗透 ； ②注 浆浇注 6 0分钟后 ， 高 水速 凝浆体 即可 完全硬结 固 化， 与废 石胶结 后形 成较 为密 实、 完整 的 充填体 ； ③充填体强度达到 1 ． 0 6 ～1 ． 3 2 MP a ， 满足了采矿工 艺 的 要 求 ； ④ 在 每 次 充 填 时，其 表 面 浇 注 一 层 2 0 0 mm厚的高水材料素浆， 使其充填面 平整， 为 采 场出矿创造 了良好条件。 4 充填特性 1 具有高水材料胶结体的基本特性 高水速凝 废石浇注充填体 的充填骨架是废石， 胶结物是高水 速凝 充填材料。在废石堆积体 的空 隙中， 填 充着高 水速凝材料， 并 由高水速凝材 料使废石堆积散体相 互粘结在一起。室 内试验和工业试验的数据及充填 效果 已说明具有速凝早强、 高结晶水等基本特征。 2 具有块石胶结体的变形特征 高水速凝废石 浇注充填体， 按照国内一些学者的说法， 相对于细骨 料的胶结充填体来说， 也可与块石胶结体一样， 称为 刚性充填体 2。它具有 较高 的残余 强度 的支持特 性， 当充填体受压后， 首先是胶凝体 内原有的裂隙被 压实， 呈现弹性变形 ； 当外力增大， 纵 向不断产生裂 纹， 使充填体变形达到屈服极限； 在外载荷的继续作 用下， 充填体并没有立即发生崩解和脆性破坏， 而是 产生较大的变形， 呈出现较高的残余强度。 在试验室内， 充填体试件达到极限破坏时， 主要 表现为拉伸破坏， 试件表面只出现纵向破坏裂纹， 仍 保持整体状态， 而不 出现试件崩解和较大的剥蚀与 脱 落 。 3 具有一般胶结充填体的充填效应 高水速凝 废石浇注充填体 的充填效应， 结合山东某金矿竖井 保安矿柱回收试验研 究工作， 主要模拟了充填体对 采场、 井筒帮壁位移和应力的变化规律。 采场充填体对竖井井筒各个高度的位移影响状 态如图 1所示， 充填体对井筒位移的影响较小， 充填 后三、 四中段井筒位移值略有下降， 一、 二、 五中段相 对应的井筒位移值稍有上升， 变化幅度均在 1 ％左 右 。 暑 暑 井筒高度 Hi m 图 1 充填前后井筒位移变化曲线 从应力变化角度分析， 充填前后采场岩壁应力 变化较为剧烈 详见图 2 。充填体使采场岩壁应力 值大幅度下降， 平均为 5 0 ％， 最大达到 2 0 0 ％。而图 3则反映 了充填体 对 竖井井筒 帮壁 应力的 改善状 态， 下降 的应力值 较 小， 下降值 一般 为 2 ％～4 ％。 这充分说 明充填体对采场 的安全影响较大， 限制 采 场岩移， 改善采场岩壁应力状态， 确保采场不发生大 面积破坏， 从而为保护竖井的安全奠定了基础。 兰 戛 图 2 充填前后采场岩壁应力变化曲线 室 i 萋 ～ 一 2 ∞ ∞ “ 下转 第2 7页 一 i l 一 司1 I ● r ‘ 维普资讯 第 3期 肖艳丽等 底卸式箕斗卸载 曲轨设计需注意的问题 2 7 以山东尹格庄新提升井塔的 1 1 ． 5 m 底卸式箕斗为 例 8 2 ． 6 5 4 2 。 ， L1 6 ． 4 4 mm， L 23 5 ． 5 2 mm， A5 mm， 极限点取 M 点， 预 留了 6 mm 允 许安装 加工误差。 由 2 式得 R4 _I _ 2 0 6 5 mm。 由图 4可以看 出 极 限点越偏左越好 。但是极 限点越往左， R i 越大， 则曲轨越长， 而为了使挂钩 不与挂钩挡板挂合， R 越大越好。因此曲轨可以设 计成图 5的形 式， 取 M 点 为极 限点， 由此确 定的 R 可以保证 在过载段 斗箱下行复 位过程 中， 摆 动轮始终与曲轨工作面接 触， 导轮挂钩 不与挂钩 挡 板滑动面接触。图 5中的曲轨下部与箕斗卸矿溜槽 连接， 还可以避免撒矿。 、|l 7 J - 长 l 1 7 l Lk 图 5曲 轨 R 设 计 图 2 ． 2 导轮挂钩的限位 箕斗过卷后继续上行， 从最大卸载位置逐渐恢 复到最初卸载状 态过程 中， 为了使导轮挂钩板 的外 缘不与挂钩挡板的下缘顶死 即图 6的情况 ， 需在 斗箱上安装一个限位板 见 图 7 ， 使斗箱在卸载 的 全过程中， 挂钩板都不会落下来。 图 6 挂 钩板与挂钩挡板顶 死的情况 图 7 斗 箱限 位板 的安装位 2 ． 3 卸载 曲轨 的内弧 N的设计 卸载 曲轨的内弧 N 见 图2中的 C型曲轨 必须 保证箕斗过卷通 过曲轨继续 上行 过程中， 摆动导轮 的摆动不受内弧 N的限制， 并 留有不小于 3 0 mm的 安全间隙。按照上述分析计算后设计 的曲轨称为 C 型曲轨， 其结构形式见图 2 。 3 结论 这种新型的固定曲轨短 、 重量轻、 安装方便， 如 果矿石的粘度允许 ， 箕斗斗底不粘结矿石。采用这 种曲轨是经济合理 的。按以上方式设计的 曲轨， 避 免了图 3 A型箕斗过卷后复位过程 中挂钩板与挂钩 挡板卡死的现象， 因此针对不同形式的底卸式箕斗， 应注意 相应的 问题。对于 图 3 B形式 的底 卸式箕 斗， 设计时不必考虑本文中提到的 问题 ； 而对于图 3 A形式 的底卸式箕斗， 必须注意本文中提 出的几个 问题 。只有这样， 才能使提升设备的调试、 投产顺利 进行 。 [ 参考文献 ] [ 1 ] 金属矿山采矿设备设计 [ M] 北京 冶金工业出版社， 1 9 75 上接 第 8页 5 结语 高水速凝废石浇注充填， 把高水速凝材料 、 块石 胶结充填进行有机结合， 使其具有两者的优点， 形成 一 种新的充填工艺和技术， 而且其 充填体 又具备 一 般胶结 充填体的 充填效应， 对采场和竖井井筒岩壁 的位移和应力起到 良好的抑制作用， 满足矿柱 回收 对充填质量的要求， 高水速凝废石浇注充填新工艺， 对 中小型矿 山采用胶结 充填法具有 一定 的参考价 值。 [ 参考文献 ] [ 1 ] 王洪江 ， 路东 尚， 熊 伟等 ． 竖井保 安矿 柱 回收试 验研 究[ J ] ． 黄金 ， 2 0 0 2 5 ． [ 2 ] 姜凡均， 玉子庆 ． 影 响块 石胶结 充填体 质量的主要 因素 [ J ] ． 湖南有色金属 ， 1 9 9 9 5 ． I_ 强 维普资讯