馮勝利，汪令輝（冬瓜山銅礦，安徽銅陵244000）

1 前言

采空區(qū)充填是地壓管理的重要方法，很多礦山由于采空區(qū)充填過程中未能接頂導(dǎo)致圍巖移動(dòng)，地壓活動(dòng)頻繁，片幫冒落嚴(yán)重，給礦山安全生產(chǎn)帶來極大的難度，特別在多步驟地下開采活動(dòng)中，因采空區(qū)不能接頂，造成采切工程施工難度大，資源貧化損失大，安全生產(chǎn)受到極大的威脅，因此，通過自流輸送解決采空區(qū)接頂技術(shù)難題，消除安全隱患，有著極其重要的意義。

2 尾礦特性對充填接頂?shù)挠绊?/h2>

在尾砂充填過程中，特別是膠結(jié)充填接頂過程中，為達(dá)到充填體與采空區(qū)頂板無縫連接，要求在接頂前必須對膠結(jié)充填料漿的組份、性能、流動(dòng)性、和易性、孔隙率、滲透系數(shù)、凝結(jié)時(shí)間等性能進(jìn)行大量的試驗(yàn)，掌握和分析尾礦充填料漿詳實(shí)的各類物化參數(shù)，對漿體的流動(dòng)性能、管道的阻力損失（水力坡度）等作出定量的分析計(jì)算，通過試驗(yàn)和分析計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)出充填接頂所需要的充填接頂臨界管道直徑、臨界漿體流速、輸送能力等指標(biāo)，通過添加不同的添加劑或膠凝材料，調(diào)節(jié)和改善漿體在管道中的狀態(tài)、改善漿體流動(dòng)特性。

充填采場屬于人工支護(hù)的范疇。類似于采用錨桿、噴射混凝土等人工措施支護(hù)采場巷道，其目的在于維護(hù)采場圍巖的自身強(qiáng)度和支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力，防止采場或巷道圍巖的整體失穩(wěn)或局部跨冒。南非在深井黃金礦山的開采中，大多采用了充填采礦法，并對充填機(jī)理進(jìn)行了一定的研究。Kirsten,H.A.D.和Stacey,T.R.研究指出：充填體維護(hù)采場穩(wěn)定的作用是多種形式的，支護(hù)機(jī)理不是靠充填體壓縮所產(chǎn)生的作用來決定工作中充填體的穩(wěn)定效果,盡管任何一種支護(hù)機(jī)理的單獨(dú)作用是極小的，但其綜合作用預(yù)期可以大大增強(qiáng)采場圍巖的穩(wěn)定性。

3 全尾砂自流接頂技術(shù)和充填體承載技術(shù)

充填料屬于典型的固—液兩相流，兩相流理論成為指導(dǎo)充填系統(tǒng)設(shè)計(jì)和充填接頂?shù)闹匾碚摶A(chǔ)，管道自流輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求對漿體的流動(dòng)性能、管道的阻力損失（水力坡度）等作出定量的分析計(jì)算。為滿足生產(chǎn)實(shí)際需求，國內(nèi)外對兩相流理論進(jìn)行了較深入的研究。根據(jù)不同的物料性質(zhì)及輸送條件，提出了各種水力坡度計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式，比較著名的如尤芬公式、紐偉特（Newitt）公式、卡爾斯公式、金川公式、鞍山黑色金屬礦山設(shè)計(jì)院公式、陜西水科所公式等；根據(jù)漿體在管道中的懸浮狀態(tài)對漿體輸送性能的影響，提出改善漿體流動(dòng)特性的途徑；充填系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要的臨界管道直徑、臨界漿體流速、輸送能力等指標(biāo)都有比較可靠的計(jì)算方法，在取得可靠的計(jì)算數(shù)據(jù)后，可參考以下方法進(jìn)行接頂。

（1）對于粒度較細(xì)、尾礦密度較大、流動(dòng)性較好的充填料漿,充填料漿濃度可增大至75%左右，這類采空區(qū)的接頂可采用高濃度、分多次接頂，為防止充填擋墻受到剪切破壞，擋墻位置一次充填高度限定為1.3m。采場充填至采場頂板0.3～0.5m時(shí)停止充填一段時(shí)間到充填體完全凝結(jié)，為保證料漿的流動(dòng)性，其灰砂比以1∶6～1∶10為宜。

（2）無論是采用何種方法接頂，其接頂充填管必須懸掛在安全的采空區(qū)最高地點(diǎn)，在設(shè)計(jì)充填孔時(shí)必須根據(jù)尾砂的流動(dòng)性，保證充填接頂密實(shí)，采空區(qū)必須在最高點(diǎn)設(shè)計(jì)兩個(gè)以上充填鉆孔。

（3）采場充填接頂時(shí)，要嚴(yán)格控制充填量，為加強(qiáng)充填空區(qū)的料漿排水和養(yǎng)護(hù)，充一天養(yǎng)護(hù)一天，限量充填。

（4）接頂時(shí)，可根據(jù)膠結(jié)面的平整度適時(shí)調(diào)換充填鉆孔，充填時(shí)應(yīng)盡量保證充填面水平，保證膠結(jié)面（或砂面）平整；采場充填結(jié)束后，應(yīng)對采場是否接頂進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)的主要方法為根據(jù)充填設(shè)計(jì)通過充填鉆孔對接頂?shù)攸c(diǎn)進(jìn)行實(shí)測，如采用測繩；輔助方法有：檢測鉆孔內(nèi)是否有空氣流。采場充填鉆孔設(shè)計(jì)示意見圖1。

圖1 采場充填鉆孔設(shè)計(jì)圖

采用上述接頂方法，冬瓜山銅礦的采場接頂率達(dá)到98%以上，基本上每個(gè)采場都達(dá)到了無縫接頂?shù)男Ч?，有效保證了二步驟及三步驟的回采安全。

4 充填方式和膠凝材料

高水速凝充填是迄今為止的充填理念獨(dú)特的一種新型充填工藝，它不刻意強(qiáng)調(diào)提高充填料漿的質(zhì)量濃度，而是利用高水速凝材料混合后形成的鈣礬石具有較強(qiáng)固水能力的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)較廣范圍內(nèi)濃度的充填。采用雙漿料高水充填，將組成高水速凝固結(jié)材料的甲、乙兩種固料分別用兩套管路系統(tǒng)與全尾砂制成質(zhì)量濃度為30%左右的充填料漿輸送到井下，在采場附近經(jīng)混合器混合后充入采場，1小時(shí)實(shí)現(xiàn)初凝，2小時(shí)內(nèi)不用脫水便可凝結(jié)成固態(tài)充填體，8小時(shí)即可上設(shè)備作業(yè)。

膏體充填技術(shù)1979年首先由德國格隆德鉛鋅礦開發(fā)成功，已先后在南非幾個(gè)大金礦陸續(xù)推廣使用，效果良好。這種新工藝的實(shí)質(zhì)是將尾砂或其它用作充填的骨料經(jīng)濃密機(jī)濃縮或真空過濾機(jī)過濾攪拌混合后形成濃度達(dá)85%左右的膏體，用往復(fù)式活塞泵經(jīng)管道以栓塞流的形式壓送到待充地點(diǎn)。水泥的添加方式通常有多種，除了常規(guī)的添加方式外，還可將水泥制成砂漿后在井下泵站內(nèi)添加，也可在膏體出口前約30m處安裝一個(gè)45°角的噴射頭，由壓風(fēng)吹入干水泥，使之與膏體混合。

降低膠結(jié)充填成本的一個(gè)重要途徑就是尋找水泥替代品，以降低水泥消耗，提高接頂效果。國內(nèi)外的研究及應(yīng)用實(shí)踐表明，冶煉廠水淬爐渣、火力發(fā)電廠粉煤灰、鋁廠赤泥都是性能良好的水泥替代品。

（1）粉煤灰除了可部分替代水泥降低充填成本外，還可以改善漿體流動(dòng)性能、提高漿體懸浮性，因此應(yīng)用更為廣泛。

（2）磷石膏滲透系數(shù)較高，滲透系數(shù)大于200mm/h，其進(jìn)入充填采場后具有良好的脫水性能，初凝快；同時(shí)磷石膏還具有隨著壓力的增大，其壓縮性較大，有利于提高接頂充填質(zhì)量。

綜上所述，僅從物理力學(xué)性質(zhì)來看，磷石膏是較為理想的充填骨料。但其中含有一定的硫，與水泥等膠凝材料一起構(gòu)筑膠結(jié)充填體，其力學(xué)性能如何，需通過充填配比試驗(yàn)加以確定。

5 結(jié)論

（1）采場接頂必須有正確的設(shè)計(jì)來指導(dǎo)充填接頂，要求在接頂前對漿體的流動(dòng)性能、管道的阻力損失（水力坡度）等作出定量的分析計(jì)算。

（2）尾礦特性制約尾礦的流動(dòng)性和充填體強(qiáng)度和沉降率，因此，接頂時(shí)，應(yīng)根據(jù)尾礦不同特性，流動(dòng)性和不同的膠凝材料制定接頂方案，對尾礦自流接頂有著極其重要的意義。

（3）根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際，采用高性能的膠凝材料是充填接頂?shù)闹匾椒ā?/p>

（4）高位接頂?shù)暮诵氖菬o論采用何種方法接頂，要將充填鉆孔或充填管施工至采場最高點(diǎn)處，采用多次強(qiáng)制擠壓接頂，接頂時(shí)人員要遠(yuǎn)離充填點(diǎn)位，要將充填管與充填鉆孔聯(lián)接處固定好。

（5）采場接頂時(shí)，要加強(qiáng)對充填空區(qū)的觀測，如檢測充填鉆孔（含空區(qū)冒落情況）、檢測充填體水平

度，檢查空區(qū)內(nèi)空氣流動(dòng)情況，一般來說，空區(qū)充填接頂?shù)奶卣鞒郎y量鉆孔外，還有鉆孔內(nèi)無空氣流動(dòng)，最后一次充填接頂時(shí)間不超過10分鐘，料漿即溢出。