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膠結(jié)充填是在加拿大發(fā)展起來的。早在20世紀(jì)50年代，加拿大的礦山就以浮選細(xì)顆粒尾砂的水砂充填取代粗骨料充填。但由于水砂充填料缺乏內(nèi)聚特性，不能形成穩(wěn)固自立的充填體，因此，自1960年以來，INCO公司又進(jìn)一步試驗(yàn)，通過在水砂充填料中當(dāng)加入添加劑的的辦法來使水砂充填體得以固結(jié)。在水砂充填料中添加水泥的試驗(yàn)是1962年在Frood礦進(jìn)行的，當(dāng)時(shí)水泥生產(chǎn)商也參加了這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。差不多在同一時(shí)期，鷹橋鎳礦有限公司采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采損失，

由于這種充填方式運(yùn)行結(jié)果良好，20世紀(jì)60-70年代這種充填采礦法在金屬礦山得到了廣泛的推廣和應(yīng)用，特別是早房柱采礦中，對采完后的礦房進(jìn)行膠結(jié)充填，可以全部回采礦柱。

采集和加工砂和石，貯存砂、石和水泥，制備膠結(jié)充填材料漿體，向采空區(qū)輸送和堆放漿體，使?jié){體在采空區(qū)中脫去多余的水，以及處理污水等所需要的設(shè)備、設(shè)施、井巷和構(gòu)筑物等的綜合。在膠結(jié)充填系統(tǒng)中，對漿體濃度的控制嚴(yán)格。

按固體材料的粒度，將膠結(jié)充填系統(tǒng)分為水泥砂漿膠結(jié)充填系統(tǒng)和混凝土膠結(jié)充填系統(tǒng)。前一個(gè)系統(tǒng)所用的固體材料為水泥和細(xì)砂或尾砂。后一個(gè)系統(tǒng)所用的固體材料為水泥、砂和碎石。

系統(tǒng)中的砂倉和漿體制備站一般集中布置在地面(圖1)。將采集和加工好的尾砂或細(xì)砂用水力輸送到濕式砂倉中，也可以用車輛或帶式輸送機(jī)輸送到干式砂倉中。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(jī)向攪拌筒中送料，干式砂倉用給料機(jī)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，用螺旋喂料機(jī)或葉輪給料機(jī)經(jīng)計(jì)量裝置向攪拌筒中加水泥，同時(shí)向攪拌筒中定量供水，在攪拌筒中將水泥、砂和水?dāng)嚢璩伤嗌皾{。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(jì)和γ射線濃度計(jì)測定。尾砂或細(xì)砂膠結(jié)充填系統(tǒng)中脫水和處理污水等所用的設(shè)備、設(shè)施和構(gòu)筑物等均與水砂充填系統(tǒng)大致相同。尾砂或細(xì)砂膠結(jié)充填系統(tǒng)的輸送距離可達(dá)2500～3000m，它的生產(chǎn)能力約為100～120m/h。這種充填系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。

1—輸送尾砂管道;2—尾砂倉;3—水力旋流器;

4—用風(fēng)力吹送水泥管道;5—水泥倉;6—螺旋喂料機(jī);

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

這個(gè)系統(tǒng)與水泥砂漿膠結(jié)充填系統(tǒng)在許多方面相同，不同之處是混凝土膠結(jié)充填系統(tǒng)包括非膏體混凝土膠結(jié)充填系統(tǒng)和膏體混凝土膠結(jié)充填系統(tǒng)。非膏體混凝土膠結(jié)充填系統(tǒng)又有集中制備系統(tǒng)和分離制備系統(tǒng)。在集中制備系統(tǒng)中，非膏體混凝土膠結(jié)充填材料漿體在地表攪拌站用連續(xù)攪拌機(jī)制備好，然后向井下輸送。

在分離制備系統(tǒng)中，地表攪拌站將制備好的水泥漿用砂泵經(jīng)管道輸送到井下制備站，與砂和碎石攪拌成非膏體混凝土膠結(jié)充填材料。用這種系統(tǒng)可以避免長距離輸送膠結(jié)充填材料。對于膏體混凝土膠結(jié)充材料多使用分離的膏體混凝土膠結(jié)充填系統(tǒng)。這種系統(tǒng)是將各種固體材料分別輸送到井下設(shè)在充填地點(diǎn)附近的攪拌站加水制備，然后用鏟運(yùn)機(jī)、氣力充填機(jī)、拋擲充填機(jī)或高揚(yáng)程柱塞泵等向充填地點(diǎn)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(tǒng)無需脫水和處理污水，多用于充填量不大或充填材料輸送距離短的礦山。^[1]

膠結(jié)充填材料形成的膠結(jié)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后都不會(huì)片落或冒落。常用的膠結(jié)充填材料分為混凝土和水泥砂漿兩種類型，前者是由粗細(xì)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(qū)脫水，后者是由細(xì)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(qū)脫去多余水分后形成膠結(jié)充填體。水泥含量相同時(shí)，混凝土充填體的強(qiáng)度較高，一般超過3或4MPa，而水泥砂漿充填體的強(qiáng)度不超過2或3MPa。

普通硅酸鹽水泥是廣泛使用的膠凝材料，通常，1m膠結(jié)充填體中大約含150～350kg水泥。為了降低膠結(jié)充填成本，需要從包裝和運(yùn)輸?shù)确矫娼档退嗟某杀荆瑴p少膠凝材料的使用量，以及用代用膠凝材料。混凝土膠結(jié)充填材料中的粗骨料，可將塊石經(jīng)兩段破碎形成的50～5mm碎石自然級配而成。細(xì)骨料的粒徑為0.15～5mm。用分級后的粗尾砂作為細(xì)骨料時(shí)，最小粒徑可取0.037mm。水泥砂漿膠結(jié)充填材料中細(xì)砂的粒徑一般為0.25～0.35mm。用尾砂作為水泥砂漿膠結(jié)充填材料時(shí)，需使粒徑大于0.037mm的顆粒達(dá)90%。否則水泥消耗多，不易脫出多余的水分，并且所形成的充填體的強(qiáng)度低。尾砂中的含硫量若超過1%或3%時(shí)，充填體后期強(qiáng)度受到有害影響。尾砂中含有已氧化的硫化礦物時(shí)，充填體后期強(qiáng)度受到的有害影響更大，甚至充填體會(huì)自行崩解。尾砂膠結(jié)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(gè)指標(biāo)對于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(qiáng)度都有很大影響。

尾砂膠結(jié)充填材料的灰砂比通常為1：8～1：10，個(gè)別情況下為1：20～1：30，用來構(gòu)筑將來回采充填體下部礦石的假頂時(shí)為1：5～1：6，構(gòu)筑人工柱時(shí)為1：3～1：4。20世紀(jì)80年代，高濃度全尾砂膠結(jié)充填材料的制備和輸送工藝的研究已取得初步成果。該項(xiàng)研究的目標(biāo)是提高尾砂利用率并且使充填材料在形成充填體時(shí)不需要脫水。其他不脫水的新型充填材料正處于研究開發(fā)之中，尋求降低充填成本chong 充是今后努力的方向。^[2]

膠結(jié)充填采礦技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，給金屬礦山，特別是有色金屬礦、金礦、鈾礦的開采帶來了巨大的深遠(yuǎn)的影響，使得坑內(nèi)采礦的諸多復(fù)雜技術(shù)難題從此找到了解決的途徑，具體表現(xiàn)在以下幾方面：

(1)膠結(jié)充填采礦技術(shù)可以應(yīng)用到水平礦體、緩傾斜礦體、急傾斜礦體、分枝復(fù)合礦體等各種角度、各種厚度、各種復(fù)雜多變的礦體，特別是厚大礦體，能夠大幅度提高礦柱回采率和出礦品位，因此可以限度地回收貴重金屬和高品位礦石；

(2)采用膠結(jié)充填采礦技術(shù)可以有效地控制地壓活動(dòng)，緩解深部采礦時(shí)巖爆的威脅；

(3)采用膠結(jié)充填采礦技術(shù)可以有效地阻止巖層發(fā)生大規(guī)模移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)水體下、建筑物下采礦，同時(shí)保護(hù)了地表不遭破壞，維持原有的生態(tài)環(huán)境；

(4)采用膠結(jié)充填采礦技術(shù)可以對某些需要優(yōu)先開采下部或底盤富礦的礦山實(shí)現(xiàn)“采富保貧”而不會(huì)造成礦產(chǎn)資源的破壞和損失；

(5)膠結(jié)充填采礦技術(shù)能有效地隔離和窒息內(nèi)因火災(zāi)，因而成為開采有自燃性硫化礦床的有效手段。^[3]