按固体材料的粒度，将胶结充填系统分为水泥砂浆胶结充填系统和混凝土胶结充填系统。前一个系统所用的固体材料为水泥和细砂或尾砂。后一个系统所用的固体材料为水泥、砂和碎石。

胶结充填水泥砂浆胶结充填系统

系统中的砂仓和浆体制备站一般集中布置在地面(图1)。将采集和加工好的尾砂或细砂用水力输送到湿式砂仓中，也可以用车辆或带式输送机输送到干式砂仓中。立式湿式砂仓用重力或用高压水喷嘴搅拌放砂到搅拌筒中，卧式湿式砂仓用电耙和螺旋输送机向搅拌筒中送料，干式砂仓用给料机向搅拌筒中供料。水泥用散装罐车通过压气装置吹入水泥仓，用螺旋喂料机或叶轮给料机经计量装置向搅拌筒中加水泥，同时向搅拌筒中定量供水，在搅拌筒中将水泥、砂和水搅拌成水泥砂浆。螺旋桨搅拌筒的直径为1.5～3m，高为1.5～3m。对浆体的流量和浓度分别用电磁流量计和γ射线浓度计测定。尾砂或细砂胶结充填系统中脱水和处理污水等所用的设备、设施和构筑物等均与水砂充填系统大致相同。尾砂或细砂胶结充填系统的输送距离可达2500～3000m，它的生产能力约为100～120m/h。这种充填系统得到了广泛应用。

1—输送尾砂管道;2—尾砂仓;3—水力旋流器;

4—用风力吹送水泥管道;5—水泥仓;6—螺旋喂料机;

7—螺旋桨搅拌筒;8—用自然压头输送浆体的管道;

9—用泵压输送浆体的管道

胶结充填混凝土胶结充填系统

这个系统与水泥砂浆胶结充填系统在许多方面相同，不同之处是混凝土胶结充填系统包括非膏体混凝土胶结充填系统和膏体混凝土胶结充填系统。非膏体混凝土胶结充填系统又有集中制备系统和分离制备系统。在集中制备系统中，非膏体混凝土胶结充填材料浆体在地表搅拌站用连续搅拌机制备好，然后向井下输送。

在分离制备系统中，地表搅拌站将制备好的水泥浆用砂泵经管道输送到井下制备站，与砂和碎石搅拌成非膏体混凝土胶结充填材料。用这种系统可以避免长距离输送胶结充填材料。对于膏体混凝土胶结充材料多使用分离的膏体混凝土胶结充填系统。这种系统是将各种固体材料分别输送到井下设在充填地点附近的搅拌站加水制备，然后用铲运机、气力充填机、抛掷充填机或高扬程柱塞泵等向充填地点输送和堆放，也可以利用浆体自重或浆体自重加气力输送和堆放。这种系统无需脱水和处理污水，多用于充填量不大或充填材料输送距离短的矿山。

胶结充填采矿技术的出现和发展，给金属矿山，特别是有色金属矿、金矿、铀矿的开采带来了巨大的深远的影响，使得坑内采矿的诸多复杂技术难题从此找到了解决的途径，具体表现在以下几方面：

(1)胶结充填采矿技术可以应用到水平矿体、缓倾斜矿体、急倾斜矿体、分枝复合矿体等各种角度、各种厚度、各种复杂多变的矿体，特别是厚大矿体，能够大幅度提高矿柱回采率和出矿品位，因此可以最大限度地回收贵重金属和高品位矿石；

(2)采用胶结充填采矿技术可以有效地控制地压活动，缓解深部采矿时岩爆的威胁；

(3)采用胶结充填采矿技术可以有效地阻止岩层发生大规模移动，实现水体下、建筑物下采矿，同时保护了地表不遭破坏，维持原有的生态环境；

(4)采用胶结充填采矿技术可以对某些需要优先开采下部或底盘富矿的矿山实现“采富保贫”而不会造成矿产资源的破坏和损失；

(5)胶结充填采矿技术能有效地隔离和窒息内因火灾，因而成为开采有自燃性硫化矿床的有效手段。 2100433B

胶结充填是在加拿大发展起来的。早在20世纪50年代，加拿大的矿山就以浮选细颗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内聚特性，不能形成稳固自立的充填体，因此，自1960年以来，INCO公司又进一步试验，通过在水砂充填料中当加入添加剂的的办法来使水砂充填体得以固结。首次在水砂充填料中添加水泥的试验是1962年在Frood矿进行的，当时水泥生产商也参加了这项实验。差不多在同一时期，鹰桥镍矿有限公司采用了一种废石与水泥的混合物作为采场底部的铺垫，以减小电耙出矿的分层充填法中的矿石贫化和回采损失，

由于这种充填方式运行结果良好，20世纪60-70年代这种充填采矿法在金属矿山得到了广泛的推广和应用，特别是早房柱采矿中，对采完后的矿房进行胶结充填，可以全部回采矿柱。

采集和加工砂和石，贮存砂、石和水泥，制备胶结充填材料浆体，向采空区输送和堆放浆体，使浆体在采空区中脱去多余的水，以及处理污水等所需要的设备、设施、井巷和构筑物等的综合。在胶结充填系统中，对浆体浓度的控制严格。

胶结充填材料形成的胶结充填体的支撑能力较大，而且在其边界的约束被全部或部分解除后都不会片落或冒落。常用的胶结充填材料分为混凝土和水泥砂浆两种类型，前者是由粗细骨料和水泥浆混合成的，可以用输送普通混凝土的方式输送，不需要在充填区脱水，后者是由细砂或尾砂和水泥浆混合成的，常用管道水力输送，需要在充填区脱去多余水分后形成胶结充填体。水泥含量相同时，混凝土充填体的强度较高，一般超过3或4MPa，而水泥砂浆充填体的强度不超过2或3MPa。

普通硅酸盐水泥是广泛使用的胶凝材料，通常，1m胶结充填体中大约含150～350kg水泥。为了降低胶结充填成本，需要从包装和运输等方面降低水泥的成本，减少胶凝材料的使用量，以及用代用胶凝材料。混凝土胶结充填材料中的粗骨料，可将块石经两段破碎形成的50～5mm碎石自然级配而成。细骨料的粒径为0.15～5mm。用分级后的粗尾砂作为细骨料时，最小粒径可取0.037mm。水泥砂浆胶结充填材料中细砂的粒径一般为0.25～0.35mm。用尾砂作为水泥砂浆胶结充填材料时，需使粒径大于0.037mm的颗粒达90%。否则水泥消耗多，不易脱出多余的水分，并且所形成的充填体的强度低。尾砂中的含硫量若超过1%或3%时，充填体后期强度受到有害影响。尾砂中含有已氧化的硫化矿物时，充填体后期强度受到的有害影响更大，甚至充填体会自行崩解。尾砂胶结充填材料的配比，一般用水泥对尾砂的重量比和固体物料重量所占百分比表示。这两个指标对于通过管道用水力输送这种充填材料的难易程度和所形成充填体的强度都有很大影响。

尾砂胶结充填材料的灰砂比通常为1：8～1：10，个别情况下为1：20～1：30，用来构筑将来回采充填体下部矿石的假顶时为1：5～1：6，构筑人工柱时为1：3～1：4。20世纪80年代，高浓度全尾砂胶结充填材料的制备和输送工艺的研究已取得初步成果。该项研究的目标是提高尾砂利用率并且使充填材料在形成充填体时不需要脱水。其他不脱水的新型充填材料正处于研究开发之中，寻求降低充填成本chong 充是今后努力的方向。

含胶凝材料的充填材料。胶结充填材料形成的胶结充填体的支撑能力较大，而且在其边界的约束被全部或部分解除后都不会片落或冒落。常用的胶结充填材料分为混凝土和水泥砂浆两种类型，前者是由粗细骨料和水泥浆混合成的，可以用输送普通混凝土的方式输送，不需要在充填区脱水，后者是由细砂或尾砂和水泥浆混合成的，常用管道水力输送，需要在充填区脱去多余水分后形成胶结充填体。水泥含量相同时，混凝土充填体的强度较高，一般超过3或4MPa，而水泥砂浆充填体的强度不超过2或3MPa。普通硅酸盐水泥是广泛使用的胶凝材料，通常，1m胶结充填体中大约含150～350kg水泥。为了降低胶结充填成本，需要从包装和运输等方面降低水泥的成本，减少胶凝材料的使用量，以及用代用胶凝材料。

混凝土胶结充填材料中的粗骨料，可将块石经两段破碎形成的50～5mm碎石自然级配而成。细骨料的粒径为0.15～5mm。用分级后的粗尾砂作为细骨料时，最小粒径可取0.037mm。水泥砂浆胶结充填材料中细砂的粒径一般为0.25～0.35mm。用尾砂作为水泥砂浆胶结充填材料时，需使粒径大于0.037mm的颗粒达90%。否则水泥消耗多，不易脱出多余的水分，并且所形成的充填体的强度低。尾砂中的含硫量若超过1%或3%时，充填体后期强度受到有害影响。尾砂中含有已氧化的硫化矿物时，充填体后期强度受到的有害影响更大，甚至充填体会自行崩解。尾砂胶结充填材料的配比，一般用水泥对尾砂的重量比和固体物料重量所占百分比表示。这两个指标对于通过管道用水力输送这种充填材料的难易程度和所形成充填体的强度都有很大影响。

尾砂胶结充填材料的灰砂比通常为1：8～1：10，个别情况下为1：20～1：30，用来构筑将来回采充填体下部矿石的假顶时为1：5～1：6，构筑人工柱时为1：3～1：4。

20世纪80年代，高浓度全尾砂胶结充填材料的制备和输送工艺的研究已取得初步成果。该项研究的目标是提高尾砂利用率并且使充填材料在形成充填体时不需要脱水。其他不脱水的新型充填材料正处于研究开发之中，寻求降低充填成本chong 充是今后努力的方向。

《金属矿山环境友好型胶结尾砂充填试验与实践》系统地介绍了环境友好型胶结尾砂充填开采在某矿山中的应用实践。全书内容主要分为室内试验和现场试验两大部分。室内试验包括：固化剂与水泥胶结尾砂充填体强度对比试验、浆体试验、管道输送实验室试验、水化热试验；现场试验包括：固化剂胶结尾砂充填体强度试验、充填挡墙试验、现场水化热试验、充填体顶板变形及竖筋应力试验、爆破振动对固化剂胶结尾砂充填体顶板稳定性影响分析以及发泡剂接顶优化试验。

《金属矿山环境友好型胶结尾砂充填试验与实践》可供矿业工程技术人员阅读，也可供相关领域的科研人员和高校相关专业的师生参考。

1绪论

1.1问题的提出及研究的必要性

1.2充填开采的研究现状

1.3研究内容与技术路线

2矸石胶结条带充填开采的基本理论

2.1充填体与覆岩的作用机理

2.2条带充填体的变形特征及破坏机理

2.3影响条带充填体稳定性的因素分析

2.4本章小结

3矸石胶结充填体及其力学性能试验研究

3.1充填材料及其物理化学性质

3.2充填材料的配合比

3.3添加剂对充填体材料配比效果的影响

3.4矸石胶结充填体材料配比试验研究

3.5矸石胶结充填体力学性能试验研究

3.6本章小结

4条带充填体及基本顶岩板稳定性分析

4.1未充填区域宽度的确定

4.2条带充填体宽度的数值模拟研究

4.3条带充填体及上覆岩层的稳定性分析

4.4本章小结

5泵送矸石充填系统研究与应用

5.1试验区概况

5.2工程地质条件

5.3泵送矸石充填系统设计

5.4泵送矸石充填安全技术措施

5.5现场实测与分析

5.6试验应用效果

5.7本章小结

6主要结论、建议与展望

6.1主要结论

6.2建议

6.3展望

参考文献2100433B