张立新

(安徽开发矿业有限公司，安徽 霍邱 237462)

高阶段胶结充填体强度的变化规律

张立新

(安徽开发矿业有限公司，安徽 霍邱 237462)

根据企业降本增效要求，矿山使用的充填胶结材料由原来的P.C32.5标号水泥改为新型胶结材料——胶固粉。按照设计要求的充填配比，发现地表实验室料浆试块和井下充填体取芯的强度存在很大差异。在-400 m中段的14-1#和10-3#充填采场中，提取不同深度的地表实验室和井下充填体的岩芯，分析2种胶结材料在不同养护条件下所对应的强度变化规律。对于水泥充填的采场，充填体取芯的强度要比实验室试块的强度高1.8 MPa以上；对于胶固粉充填的采场，灰砂比分别为1∶4、1∶5、1∶6时充填体取芯的强度要比实验室试块强度高2.0、1.35和0.7 MPa以上，且随着充填灰砂比的降低而降低。研究结果为进一步优化充填灰砂比提供了可靠的依据，进而可减少充填材料的消耗，降低充填成本。

胶结材料 充填强度 灰砂比优化 充填成本

安徽开发矿业有限公司新开发铁矿是国内大型现代化地下开采矿山，位于淮河中上游冲积平原，矿床为沉积变质矿床，矿体埋深标高为-103～-800 m，走向近南北，倾向西，长3.4 km，设计生产规模为750万t/a。根据矿体赋存条件及工业场地布置，为了满足自流输送充填倍线要求，共设置了3个充填站，充填规模为230万m3/a。经过几年实践摸索、改造、扩建，整套充填工艺得到了完善及优化，形成了全国比较先进的全尾砂胶结充填工艺系统[1-2]。

胶结充填采矿法在提高回采率、降低贫化率、控制地压、降低工业固体废料排放等方面具有其他采矿法无法代替的优势[3-6]，但其充填成本较高，矿山原使用的充填胶结材料为PC32.5标号水泥，改为新型胶结材料——胶固粉。随着铁矿石价格断崖式暴跌，在确保充填体强度的基础上，降低成本显得尤为重要。因此，矿山将充填胶结材料由原来的PC32.5标号水泥改为新型胶结材料——胶固粉，并通过分析实验室料浆试块强度与充填体实际强度的变化规律，寻找合适的灰砂比，减少胶结材料消耗，从而更好地降低充填成本。

1 高阶段采场充填体强度要求

高阶段采场采用分段凿岩阶段空场嗣后充填法，中段高度100 m，分段高度25 m，采场宽度20 m。根据国内外充填强度研究结果及设计经验[7-8]，通过对井下高阶段采场开采过程中稳定性参数研究，在充填体周围岩体不产生破坏即弹性变形的前提下，以充填体自重为基础，同时考虑充填体上部岩层的部分应力传递、爆破的影响，对-400 m中段高阶段采场不同段高充填体的强度分布要求如图1所示[9]。

图1 高阶段采场一步采强度分布Fig.1 The first-step filling strengthdistribution of the high level stope

为掌握单仓充填料浆强度值，从而对采场充填体质量进行预判，在生产过程中，每仓进行取样浇模试验。取样浇模后摆放于养护箱内进行养护，温度控制在23±3 ℃，相对湿度控制在96%(模拟井下采场温湿度)，待达到各龄期后测试强度(3 d、7 d、28 d、60 d)，每龄期做3个试块，最终取其平均值作为实验室实测试块强度。同时，对达到养护条件的采场进行充填体取芯，测试充填体取芯的强度。因前期充填胶结材料为水泥，经优化后改为胶固粉，故分别以水泥(李楼14-1#采场)及胶固粉充填采场(李楼10-3#采场)为例进行实验室试块及采场充填体取芯的强度分析。

2 水泥充填采场取样强度分析

2.1 实验室水泥取样的强度

李楼14-1#采场共充填55仓，胶结材料为PC32.5标号水泥，尾砂为镜铁矿尾矿，料浆浓度均在71%～72%。由于水泥和镜铁矿尾砂结合后实验室强度增长较慢，为确保充填体质量，充填比例全部为1∶4。因其28 d强度值较为稳定，故统计数据从不同段高随机抽检，见表1。可以看到，在严格控制料浆浓度及灰砂比的前提下，试块28 d强度值较稳定，强度范围在3.0～3.5 MPa，满足设计要求。

2.2 采场充填体取芯的强度

为了准确掌握采场充填体强度变化情况及不同段高充填体强度受自重压力变化的影响，采场充填结束90 d后对充填体进行取芯检测。李楼14-1#采场共取2组样本，1#孔取芯高度67 m，2#孔取芯高度91

表1 李楼14-1#采场实验室充填试块和井下充填体取芯强度Table 1 The strength of laboratory filling block and thecore of filling body in Lilou 14-1# stope

m，2组样本较完整，粗细较均匀，表面光滑。与地表实验室料浆试块所对应的段高取芯强度统计结果见表1。2组取芯强度基本都在4.0 MPa以上，满足采场不同段高设计强度要求。

2.3 强度对比

根据表1可知：实验室水泥试块强度较均衡，最低强度为3.0 MPa，最高强度为3.37 MPa，平均强度为3.17 MPa。1#取芯样本最低强度3.95 MPa，最高强度5.92 MPa，平均强度为5.16 MPa；2#取芯样本最低强度4.11 MPa，最高强度6.86 MPa，平均强度4.9 MPa。2组取芯孔平均强度比实验室试块平均强度高1.8 MPa以上。1#取芯强度高于2#孔，因1#取芯靠近采场充填井位置，料浆进入采场后，自然流动至空场另一端，在流动过程中，料浆中粗颗粒逐步沉降，当到达采场另一端时，料浆中所剩颗粒基本全部为较细颗粒，且多余水也随之到达，故造成1#充填体样本强度高于2#孔。

3 胶固粉充填采场取样强度分析

3.1 实验室胶固粉取样强度

李楼10-3#采场共充填57仓，采用胶固粉材料进行充填，料浆浓度均在71%～72%，经过多次实验室试验后，根据胶结材料综合性能及采场段高强度要求，确定其充填比例为1∶4、1∶5、1∶6、1∶4。实验室强度统计数据为75 m以内随机抽检数据，见表2。可以看到，在严格控制料浆浓度及灰砂比的前提下，试块28 d强度基本满足采场不同段高强度要求。

3.2 李楼10-3#采场充填体取芯强度

10-3#采场充填结束90 d后，对其进行充填体取芯。取芯2组，钻孔高度均为75 m，2组样本基本完整，局部有破碎及粗细不均匀现象。与地表实验室料浆试块所对应的段高取芯强度统计结果见表2。可以看到，2组取芯样本的强度全部高于段高强度要求。

表2 10-3#采场实验室充填试块和井下充填体取芯强度Table 2 The strength of laboratory filling blockand the core of filling body in Lilou 10-3# stope

3.3 胶固粉实验室强度与井下充填体取芯强度对比

根据表2可知：灰砂比为1∶4时，实验室试块28 d平均强度为3.16 MPa，1#充填体取芯平均强度为5.37 MPa，2#孔平均强度为5.02 MPa，充填体取芯平均强度高于实验室试块平均强度2.0 MPa以上；灰砂为1∶5时，实验室试块平均强度为2.8 MPa，1#充填体取芯平均强度为4.1MPa，2#孔平均强度为4.2 MPa，充填体取芯平均强度高于实验室试块强度1.35 MPa以上；灰砂比为1∶6时，充填体取芯强度高于实验室试块强度0.7 MPa以上。3组强度较均衡，均高于设计强度，且随着充填灰砂比的降低而降低。

4 结 论

(1) 通过对水泥和胶固粉2种胶结材料实验室试块强度与井下充填体取芯强度的对比分析，发现采场充填体实际强度比同等灰砂比实验室试块强度高。对于水泥充填的采场，充填体取芯强度要比实验室试块强度高1.8 MPa以上；对于胶固粉充填的采场，灰砂比分别为1∶4、1∶5、1∶6时充填体取芯强度要比实验室试块强度高2.0 MPa、1.35 MPa和0.7 MPa以上。

(2) 根据2种充填材料实验室试块强度与井下充填体强度的变化规律，应进一步优化灰砂比。考虑到目前采场全部采用胶固粉充填，在满足采场不同段高强度的基础上，建议每种段高均降低1级灰砂比进行充填，进而降低充填成本。

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(责任编辑 徐志宏)

Change Laws of the Strength of High Level Cemented Backfill Body

Zhang Lixin

(AnhuiMiningDevelopmentCo.，Ltd，Huoqiu237462，China)

The cemented material，P.C32.5 cement，that was previously used in the mine is replaced by a new cementing material，named cementation powder，according to the requirement of lowering costs and improving efficiency.Based on the filling ratio required in design，there was a great difference between the blocks strength in the surface laboratory test and the core strength at filling body.At the stopes of 14-1#and 10-3#at the -400 m stage，the strength of blocks at surface laboratory and underground core at different depth was extracted，and the change law of strength for two kinds of cementing materials in different curing conditions was analyzed.For cement filling stope，the underground core strength was above 1.8 MPa higher than that of blocks in the laboratory test;For glue powder filling stope，the underground core strength at the three ratio(1∶4,1∶5,1∶6)was respectively above 2.0 MPa and 1.35 MPa and 0.7 MPa higher than that of blocks in the laboratory test，and with the decrease of the ratio，the filling strength was reduced.It provides a reliable basis for further optimizing the cement-sand ratio and thereby reducing the material consumption and filling cost.

Cemented material，Filling strength，The optimization of cement-sand ratio，Filling cost

2015-08-03

张立新(1980—)，男，高级工程师。

TD853

A

1001-1250(2015)-11-042-03