论文部分内容阅读
[摘 要]通过对块石尾砂胶结充填方式的研究与分析，将块石尾砂胶结充填方式确定为先下块石后下砂浆的包裹性充填工艺。根据块石的运动状态，通过力学分析得出包裹性充填方式中溜井的角度，及充填溜井端口距充填空区中央的距离。
[关键词]块石尾砂胶结充填；包裹性充填；充填溜井
中图分类号：TG441 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）20-0078-01
1、块石尾砂胶结充填工艺
块石尾砂胶结充填技术是在块石胶结充填，碎石胶结充填和尾砂胶结充填的基础上，再根据混泥土理論发展起来的一种新型的充填工艺。
1.1先下料浆再下块石
先下料浆再下块石，虽然在理论上能够使料浆完全包裹块石，从而达到最理想的包裹胶结体，但在实际生产应用之中还存在较大的困难，基本不可能应用于生产实践之中。由于料浆属于连续性介质，而块石属于非连续性介质，当料浆充填到采空区以后在短时间内料浆会发生沉降离析现象，尾砂及水泥快速沉降到底部，水及部分悬浮颗粒悬浮在表面，不能对块石进行较好的包裹，块石上部基本属于干式充填没有任何胶结效果。
1.2块石、料浆同时下料
块石、料浆在同点同时下料，一般的充填方式为用矿车将块石运输到充填溜井旁，经过料浆喷淋混合再倒入充填溜井中进行胶结充填。这种块石尾砂胶结充填方式，虽然能使充填胶结体达到较大的强度，但是充填工艺复杂，生产能力小，充填能力低，只适用于薄矿脉的小型矿山且矿山，且必需随时储备大量的块石保证充填工作的连续性。在铜坑锡矿的二期工程中，研究表明多点同时下料是困难的，有时根本就做不到，且充填系统复杂繁琐，一旦某一个充填点的隔离状态被打破，水泥砂浆与块石集料离析，水泥流向远方，充填体强度无法得到保证。
1.3先下块石后下料浆
先下块石后下料浆的充填方式是块石尾砂胶结充填工艺在矿山的主要价值体现。 例如新桥硫铁矿、芒特艾萨矿、铜坑锡矿91#矿体、安庆铜矿、鱼儿山金矿、金山金矿等矿山就很好的展现了先下块石后下料浆这种块石尾砂胶结充填工艺的优越性。这种块石胶结充填方式不仅能形成强度符合要求的胶结充填体，且块石的运输工具运输方法不受限制，生产作业灵活方便，充填工艺简单。知由于先下料浆再下块石和料浆块石同时下料这两种充填方式都存在较大的极限性，不适合大采场大范围空区充填，所以在生产实践中我们一般都采用先下块石后下料浆的充填方式充填大采空区，以期达到矿山充填体强度要求。
2、块石尾砂胶结充填方案分析
先下块石后下料浆的块石尾砂胶结充填方式，在一定的层度上解决了矿山充填成本高，充填系统复杂的问题，但是由于块石运输过程中块石的二次破碎，导致充填块石中细颗粒比重增加，从而料浆渗透不均，使充填料浆集中于某一区段或者底部，严重的影响了充填效果及充填体强度。目前矿山主要解决方案是，将块石中-30mm的粒级筛除，以保证块石孔隙较大，料浆渗透均匀。但是筛除-30mm的块石不仅增加了矿山工作量，而且增加了充填成本。经过试验研究，目前又提出了一种新型的解决方案，即将块石尾砂胶结充填进行弱化处理（即包裹性充填）。
3、 块石尾砂胶结充填工程案例
由于废石颗粒在运输过程中会发生显著的离析现象，块石产生自然分级，粗大块石向四周滚动扩散，细颗粒块石集中分布在中央，块石堆积呈层状分布，为溜井位置的选择，溜井个数的确定造成了一定的困难。在包裹性充填方式中确定充填溜井的角度及位置至关重要，关系到包裹性充填体包裹效果及充填体强度。目前主要研究溜井的位置的选择对块石尾砂胶结充填工艺的影响，以大红山铜矿西部矿段为例。大红山铜矿西部矿段为缓倾斜厚矿体，矿房沿走向布置，盘曲沿走向长度为100m，阶段高度50m，平均倾斜长110m，采用块石尾砂胶结充填采矿方法，充填溜井垂直高度为6m，充填块石最大粒径500mm。
3.1溜井角度及位置的选择
块石通过充填溜井下放到采空区的过程之中，块石以自由落体运动进入充填井，块石颗粒间，颗粒与井壁之间相互碰撞以一定的速度落地，并与先充填的充填料堆发生碰撞、弹跳及滚动，块石沿坡面滑动并受坡面的阻力最终速度为零，停止下来。之后向充填空区中倒入料浆，形成包裹性充填体。为了保证块石充填体经过碰撞、抛投、滚动等运动之后，能使块石较好的运输到充填空区的中央，通过尾砂胶结形成良好的包裹充填体，所以溜井角度及位置的选择至关重要。在实验中一般通过块石的水平运输距离来确定溜井的位置。
3.2充填溜井的位置
充填溜井位置的确定取决于块石的抛投距离和冲击碰撞滚动距离。当充填井采用垂直溜井时，充填井位置一般布置在充填空区的中央，但是在生产实践中由于岩层及工作等原因不能将充填溜井布置在充填空区中间，则一般采用倾斜溜井。
块石的运动距离主要包括抛投距离和块石在充填块石集料坡面上的冲击碰撞滚动的坡面距离，其中块石抛投距离为主要因素。
3.2.1充填块石的抛投距离
充填溜井在抛投过程中，块石受颗粒碰撞相互影响，产生剪切错动，在剪切力和重力的共同作用下，细颗粒通过粗颗粒间的空隙沉入底沉，呈现松散及分层等现象。随着块石的滚动，块石中粗颗粒开始在细颗粒表面滚动，速度逐渐增加，块石碰撞加剧。出口处块石的流动特征属于颗粒速度沿流层厚度呈抛物线型分布。符合了块石的自然分级现象。
3.2.2块石在块石堆坡面上的运动距离
当块石落入到块石堆积体之后，由于块石具有自然安息角、压实安息角、滚动安息角块石堆呈一定的坡度，块石沿着堆积坡面向下运动。先是进行冲击碰撞弹跳，当块石垂直坡面的法向速度减小到零以后，块石开始滚动。块石在坡面的摩擦及碰撞阻力作用下，速度逐渐降为0 m/s，停止运动。
根据充填空区中不同接触面的特性可知块石与块石堆积体碰撞三次后，垂直坡面的法向速度大约为第一次的2.7%，此时我们可以认定块石在坡面垂直方向的速度基本为零，块石沿坡面滚动，所以我们一般设置块石的碰撞次数m为3。当充填溜井为垂直充填溜井时，块石粒径为500mm的颗粒，运动的最大距离为65.58m，充填溜井角度为60°时，最大距离为93.6m。所以我们可以根据现场实际情况通过调整充填溜井的角度，来调整块石抛落中心位置（即包裹充填体岩芯位置）。
4 结论
（1）块石尾砂胶结充填中的包裹性充填方式，不仅有效的解决了块石运输过程中块石粒径控制的问题，而且巧妙的融合了块石尾砂胶结充填工艺中其他充填方式的优点，使块石尾砂胶结充填工艺更趋于完善。
（2） 在满足生产要求充填体强度的条件下，包裹性充填体单位体积内，水泥消耗量少，成本低，虑水量小，胶结时间较快。
（3）块石尾砂胶结包裹性充填，可以通过控制块石颗粒大小，充填溜井角度来控制块石的运动距离，块石粒径越小，充填井角度越大块石颗粒运动距离越短。
（4）包裹性充填不仅解决了矿山多余废石的运输及储存问题，同时也为绿色矿山、环保矿山提供了一个有利、高效的可运行方案，为我国的绿色矿山、环保矿山的实施，提供了强有力的参考。
参考文献
[1] 曾永志，潘谨，祝禄发.块石胶结充填采矿法的研究与应用.采矿技术[J].2012，12（6）.
[2] 王新民，陈嘉生，张钦礼.块石胶结充填工艺关键技术实验研究[J].长沙：中南工业大学学报.1996，27（6）.
[关键词]块石尾砂胶结充填；包裹性充填；充填溜井
中图分类号：TG441 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）20-0078-01
1、块石尾砂胶结充填工艺
块石尾砂胶结充填技术是在块石胶结充填，碎石胶结充填和尾砂胶结充填的基础上，再根据混泥土理論发展起来的一种新型的充填工艺。
1.1先下料浆再下块石
先下料浆再下块石，虽然在理论上能够使料浆完全包裹块石，从而达到最理想的包裹胶结体，但在实际生产应用之中还存在较大的困难，基本不可能应用于生产实践之中。由于料浆属于连续性介质，而块石属于非连续性介质，当料浆充填到采空区以后在短时间内料浆会发生沉降离析现象，尾砂及水泥快速沉降到底部，水及部分悬浮颗粒悬浮在表面，不能对块石进行较好的包裹，块石上部基本属于干式充填没有任何胶结效果。
1.2块石、料浆同时下料
块石、料浆在同点同时下料，一般的充填方式为用矿车将块石运输到充填溜井旁，经过料浆喷淋混合再倒入充填溜井中进行胶结充填。这种块石尾砂胶结充填方式，虽然能使充填胶结体达到较大的强度，但是充填工艺复杂，生产能力小，充填能力低，只适用于薄矿脉的小型矿山且矿山，且必需随时储备大量的块石保证充填工作的连续性。在铜坑锡矿的二期工程中，研究表明多点同时下料是困难的，有时根本就做不到，且充填系统复杂繁琐，一旦某一个充填点的隔离状态被打破，水泥砂浆与块石集料离析，水泥流向远方，充填体强度无法得到保证。
1.3先下块石后下料浆
先下块石后下料浆的充填方式是块石尾砂胶结充填工艺在矿山的主要价值体现。 例如新桥硫铁矿、芒特艾萨矿、铜坑锡矿91#矿体、安庆铜矿、鱼儿山金矿、金山金矿等矿山就很好的展现了先下块石后下料浆这种块石尾砂胶结充填工艺的优越性。这种块石胶结充填方式不仅能形成强度符合要求的胶结充填体，且块石的运输工具运输方法不受限制，生产作业灵活方便，充填工艺简单。知由于先下料浆再下块石和料浆块石同时下料这两种充填方式都存在较大的极限性，不适合大采场大范围空区充填，所以在生产实践中我们一般都采用先下块石后下料浆的充填方式充填大采空区，以期达到矿山充填体强度要求。
2、块石尾砂胶结充填方案分析
先下块石后下料浆的块石尾砂胶结充填方式，在一定的层度上解决了矿山充填成本高，充填系统复杂的问题，但是由于块石运输过程中块石的二次破碎，导致充填块石中细颗粒比重增加，从而料浆渗透不均，使充填料浆集中于某一区段或者底部，严重的影响了充填效果及充填体强度。目前矿山主要解决方案是，将块石中-30mm的粒级筛除，以保证块石孔隙较大，料浆渗透均匀。但是筛除-30mm的块石不仅增加了矿山工作量，而且增加了充填成本。经过试验研究，目前又提出了一种新型的解决方案，即将块石尾砂胶结充填进行弱化处理（即包裹性充填）。
3、 块石尾砂胶结充填工程案例
由于废石颗粒在运输过程中会发生显著的离析现象，块石产生自然分级，粗大块石向四周滚动扩散，细颗粒块石集中分布在中央，块石堆积呈层状分布，为溜井位置的选择，溜井个数的确定造成了一定的困难。在包裹性充填方式中确定充填溜井的角度及位置至关重要，关系到包裹性充填体包裹效果及充填体强度。目前主要研究溜井的位置的选择对块石尾砂胶结充填工艺的影响，以大红山铜矿西部矿段为例。大红山铜矿西部矿段为缓倾斜厚矿体，矿房沿走向布置，盘曲沿走向长度为100m，阶段高度50m，平均倾斜长110m，采用块石尾砂胶结充填采矿方法，充填溜井垂直高度为6m，充填块石最大粒径500mm。
3.1溜井角度及位置的选择
块石通过充填溜井下放到采空区的过程之中，块石以自由落体运动进入充填井，块石颗粒间，颗粒与井壁之间相互碰撞以一定的速度落地，并与先充填的充填料堆发生碰撞、弹跳及滚动，块石沿坡面滑动并受坡面的阻力最终速度为零，停止下来。之后向充填空区中倒入料浆，形成包裹性充填体。为了保证块石充填体经过碰撞、抛投、滚动等运动之后，能使块石较好的运输到充填空区的中央，通过尾砂胶结形成良好的包裹充填体，所以溜井角度及位置的选择至关重要。在实验中一般通过块石的水平运输距离来确定溜井的位置。
3.2充填溜井的位置
充填溜井位置的确定取决于块石的抛投距离和冲击碰撞滚动距离。当充填井采用垂直溜井时，充填井位置一般布置在充填空区的中央，但是在生产实践中由于岩层及工作等原因不能将充填溜井布置在充填空区中间，则一般采用倾斜溜井。
块石的运动距离主要包括抛投距离和块石在充填块石集料坡面上的冲击碰撞滚动的坡面距离，其中块石抛投距离为主要因素。
3.2.1充填块石的抛投距离
充填溜井在抛投过程中，块石受颗粒碰撞相互影响，产生剪切错动，在剪切力和重力的共同作用下，细颗粒通过粗颗粒间的空隙沉入底沉，呈现松散及分层等现象。随着块石的滚动，块石中粗颗粒开始在细颗粒表面滚动，速度逐渐增加，块石碰撞加剧。出口处块石的流动特征属于颗粒速度沿流层厚度呈抛物线型分布。符合了块石的自然分级现象。
3.2.2块石在块石堆坡面上的运动距离
当块石落入到块石堆积体之后，由于块石具有自然安息角、压实安息角、滚动安息角块石堆呈一定的坡度，块石沿着堆积坡面向下运动。先是进行冲击碰撞弹跳，当块石垂直坡面的法向速度减小到零以后，块石开始滚动。块石在坡面的摩擦及碰撞阻力作用下，速度逐渐降为0 m/s，停止运动。
根据充填空区中不同接触面的特性可知块石与块石堆积体碰撞三次后，垂直坡面的法向速度大约为第一次的2.7%，此时我们可以认定块石在坡面垂直方向的速度基本为零，块石沿坡面滚动，所以我们一般设置块石的碰撞次数m为3。当充填溜井为垂直充填溜井时，块石粒径为500mm的颗粒，运动的最大距离为65.58m，充填溜井角度为60°时，最大距离为93.6m。所以我们可以根据现场实际情况通过调整充填溜井的角度，来调整块石抛落中心位置（即包裹充填体岩芯位置）。
4 结论
（1）块石尾砂胶结充填中的包裹性充填方式，不仅有效的解决了块石运输过程中块石粒径控制的问题，而且巧妙的融合了块石尾砂胶结充填工艺中其他充填方式的优点，使块石尾砂胶结充填工艺更趋于完善。
（2） 在满足生产要求充填体强度的条件下，包裹性充填体单位体积内，水泥消耗量少，成本低，虑水量小，胶结时间较快。
（3）块石尾砂胶结包裹性充填，可以通过控制块石颗粒大小，充填溜井角度来控制块石的运动距离，块石粒径越小，充填井角度越大块石颗粒运动距离越短。
（4）包裹性充填不仅解决了矿山多余废石的运输及储存问题，同时也为绿色矿山、环保矿山提供了一个有利、高效的可运行方案，为我国的绿色矿山、环保矿山的实施，提供了强有力的参考。
参考文献
[1] 曾永志，潘谨，祝禄发.块石胶结充填采矿法的研究与应用.采矿技术[J].2012，12（6）.
[2] 王新民，陈嘉生，张钦礼.块石胶结充填工艺关键技术实验研究[J].长沙：中南工业大学学报.1996，27（6）.