中文名：充填材料

外文名：fillingmaterial

学科：采矿工程

主要成分：集料、胶凝料和水

分类：干式、水砂、胶结充填材料

特点：来源广泛，价格低廉

充填材料组分主要有集料、胶凝料和水，以及改善充填料性能的辅料。充填材料的物理力学性质和化学性质对于充填材料的制备、输送和所形成的充填体的物理力学性质和化学性质具有重要影响。对充填体的物理力学性质和化学性质的主要要求是：(1)能迅速具有一定强度，而且沉缩率小，以便有效地支撑周围矿岩;当侧面出现采空区时充填体不向采空区大量片落，并允许在充填体表面进行回采作业。(2)不产生污染环境或引起发热甚至发火的物质。

按充填材料有无胶凝成分和是否以水为输送介质等，充填材料可分为干式充填材料、水砂充填材料和胶结充填材料三种。

用重力、机械设备或人力输送到采空区的含水分极少的固体材料。常用的干式充填材料有块石、砂石、土壤、工业废渣等惰性材料。通常建立露天采石场，以提供干式充填材料。当开采极薄矿体时用崩下围岩充当干式充填材料。有时在井下用掘进井巷的废石或专门开采的废石充当干式充填材料。

输送干式充填材料的方式与材料的最大块度间的关系是：用重力和人力输送时，最大块度小于200～300mm;用电耙时，适宜的块度为150～200mm;使用抛掷充填机时，最大块度应小于70～80mm;用风力充填机时，最大块度应小于输送管道直径的1/3，通常，适宜的块度为40～50mm。用风力管道输送干式充填材料时，为了防止堵管，充填材料的含水率不宜超过5%～10%，为了减少粉尘危害，粉尘含量不宜超过10%～15%。

以水为输送介质的固体充填材料。常用管道输送。水砂充填材料是山砂、河砂、破碎砂、尾砂或水淬炉渣等。尾砂在金属矿山中来源丰富，价格低廉，但如果含粒径<0. 02mm的细颗粒含量大于10%～15%，其脱水性不好，不能迅速形成有一定强度的充填体。通常认为，表示脱水性的充填材料渗透系数K20应不低于10cm/h。为此，需对尾砂用水力旋流器进行脱泥。山砂、河砂、破碎砂和水淬炉渣等的粒径比尾砂要大得多。

为了避免输送这些材料的过程中管道被堵塞，需要使这些材料的最大粒径小于管道内径的1/3，含最大粒径颗粒的含量不超过15%。为了减少充填体中的空隙，以降低充填体的沉缩率，增加充填体的支撑能力，有时需向粗砂中加入 一定数量的细砂，使这些材料的粒级均匀度系数Cu增加到5左右，Cu的计算式为Cu=d₆₀/d₁₀，式中d₆₀和d₁₀分别为60%和10%的水砂充填材料能通过的筛孔直径。水砂充填用的碎石、山砂和尾砂的最大粒径分别是60、3 和0.5mm左右。

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。

将充填材料按采矿充填的要求进行采集加工成合格的充填料。通常是将破碎筛分后的物料按规定的粒度组成和掺人材料的配合比例混合成待输送的充填材料。充填材料制备按以下三种方式进行。

干式充填材料的准备

采集加工好的干式充填材料用重力自溜，或用矿车、铲运机、电耙等输送。这些输送方式对充填料块度组成的要求不严格，用抛掷充填机或风力充填机输送和堆放充填材料时，为防止磨损胶带或管道，防止堵管，以及防止粉尘危害，常常对破碎筛分过的材料按规定的块度组成进行调配。

水砂充填材料浆体的制备

使用碎石和炉碴等颗粒大的固体材料时多在注砂室中制浆。常用的注砂室是混合沟式的。这种注砂室上接砂仓，下接充填管道，注砂室设有三段混合沟。放砂量和放水量分别用放砂门和供水管阀调节。三段混合沟的坡度 一段比一段陡，这是为了增加浆体流速，使浆体混合均匀然后流入充填管道。沉铁窝和箅子分别用于避免铁块和不合格大块岩石进入充填管道。使用细砂或尾砂等颗粒小的固体材料时多在注砂池或搅拌筒中制作浆体，或从立式砂仓放砂过程中用高压喷嘴喷水制浆。

胶结充填材料浆体制备

水泥砂浆胶结充填材料多用双层叶片螺旋桨搅拌筒制作砂浆。混凝土胶结充填材料，多用类似建筑业用的滚筒式搅拌机制作浆体。全尾砂胶结充填浆体制备则需要采用强力搅拌机。

将制备好的充填材料沿管道输送到充填地点。充填材料管道输送可按输送动力、固体颗粒在流动浆体中的分布和流动浆体中切应力是否符合牛顿切应力定律等分类。

按输送动力，将充填材料管道输送分为自流输送、泵压输送和风力输送。如果条件允许，则应优先使用自流输送。使用自流输送的条件是管道垂直部分的浆体柱的高度，即自然压头，能使管道全长中浆体以合适的速度移动。泵压输送用于自然压头不够或需要向高处输送浆体时。风力输送是以压缩空气为动力将充填材料输送到充填地点，多用于输送混凝土胶结充填材料。输送方式的选择主要决定于充填材料粒度组成和浆体浓度等。当输送水砂充填材料或普通浓度即质量浓度为65%～70%的胶结充填材料和接近极限沉淀浓度的高浓度即质量浓度为70%～75%的胶结充填材料时，采用自流输送或离心泵输送。对于大于极限沉淀浓度的全尾砂膏体充填材料，采用高扬程柱塞泵输送、自流输送或自流风力联合输送。