充填材料及充填工艺

第一部分 充填材料及充填质量控制
1 3 2 3 常用充填材料的来源及分类 充填骨料 胶凝材料 改性材料 充填体的含水与脱水
4
5 3 6
充填体的力学特性 充填质量控制
7 3
2 充填骨料
2.1 充填骨料的化学成分
材料 SiO2 A1203 Fe2O3 MgO 金川风砂 71.70 11.7 2.07 0.98 凡口尾砂 29.63 5.70 14.25 —— 铜官山尾砂 39.22 4.97 —— 3.82 红透山尼砂 56.00 4.59 20.11 0.13 锡矿山尾砂 86.00 7.33 1.00 1.10 页岩 58.90 15.63 4.07 2.47 砂岩 78.64 4.77 1.08 1.17 石灰岩 14.00 1.75 0.77 4.49 花岗岩 70.18 14.47 1.57 0.88
特细砂
1.5~0.7，通过0.16m筛量不大于30%
f
( 2 3 4 5 6 ) 5 1 1 1
（3-2）
式中之β1、β2、β3、β4、β5、β6分别为5、2.5、1.25、0.63、 0.315、0.16mm筛上的累计筛余产率。对于特细砂，增加0.08mm 筛余β7。某试样的粒级组成如表3-6，属细砂，因为：
普通硅酸 盐水泥
用硅酸盐水泥熟料加少量混合材料与适量石膏磨 细而成的最常用的硅酸盐水泥，代号P•O。
3 胶凝材料
我国生产的普通硅 酸盐水泥的标号有 32.5、32.5R、42.5、 42.5R、52.5和 52.5R等
普通硅酸盐水泥中的混合材料掺量 按质量百分比计不得超过下列数值：
混合掺合料(活性与非活性共掺) 非活性掺合料 活性掺合料 6~15(非活性≤10) 6~10 6~15
0.03 0.07 0.97
-0.02
0.01 0.03 1
颗粒均匀度系数
Cu d 60 d 10
（3-4）
颗粒均匀度系数Cu，用以表征松散材料 的颗粒组成的均匀程度。
d60—60%的松散材料能够通过的筛孔直径，mm； d10—10%的松散材料能够通过的筛孔直径，mm。
2 充填骨料
1.0 0.9 0.8
3 胶凝材料
硅酸盐水泥
凡由硅酸盐水泥熟料、0~5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量 石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。它有两 种类型，不掺混合材料的称Ⅰ型硅酸盐水泥，掺入不超过水 泥质量5%石灰石或粒化高炉矿渣的称Ⅱ型硅酸盐水泥。我国 生产的硅酸盐水泥分6种标号，即：42.5，42.5R，52.5， 52.5R，62.5及62.5R（R为早强型）。
5.51
5.03 0.45 1.32 1.30 ——
40.60
35.58 0.62 0.58 —— ——
1.99
—— 3.48 1.11 1.76 ——
2 充填骨料
2.2 充填骨料的密度
单位体积（包括内部封闭孔隙与实体积之和）
的烘干质量称为表观密度（以前称视比重）。 而绝对单位体积（不包括任何封闭的孔隙) 的烘干质量称相对密度。在自然状态下堆积 的单位体积的供干质量称堆积密度。经过一 定的捣实或压实后所测得的单位体积的烘干 质量称紧密密度。
表3-7 等直径圆球的比衰面积和沉降时间
圈球直径/mm 物料名称 比表面积/m2· kg-1 下沉1m所需时间
10.0
1.0 0.1 0.02
砾 石
粗 细 泥 砂 砂
2263×10-4
2263×10-3 2263×10-2 2263×10-1
0.9秒
9秒 110秒 1.5时
0.001
0.0001 0.00001 0.000001
充填体的力学特性 充填质量控制
7 3
1 常用充填材料的来源及分类
充填材料包括胶结剂、骨料、化学添加剂等。不同的充 填工艺应用的充填材料组分不同，比例也不同，图3-1 为几种国内外常用充填工艺的材料组成。
砼结构 粗砂 细砂 细泥 水泥 密度/t· m-3 2.3
泵送充填
水力充填
风力充填
首先矿山废渣的利用
改性材料—加入充填料中用以改变充填料的质量指际，例 如提高流动性和强度，加速或延缓凝固时间等。
表3-1 常用充填材料
类别 充填骨料 废石、卵石、碎石、河砂、戈璧 集料、粘土、重介质尾砂、全粒 细尾砂、分级尾砂、水淬炉渣、 山砂、人造砂等 胶凝材料 改性材料
名称
水泥、磨细的高炉矿渣、磨细的炼铜 水、絮凝剂、速凝剂、 炉渣、磨细的烧粘土、生石灰、熟石 缓凝剂、减水剂、早 灰、石膏、粉煤灰、磁黄铁矿、硫化 强剂等。 矿物等
20~120
5.82~7.69
0.273
2 充填骨料
2.5 松散充填骨料的沉缩
自然堆积的松散充填骨料，特别是河砂、粗砂和尾砂，
当加入水以后，体积立即发生收缩，因加水而体积的减 少与原体积之比，称为水浸沉缩率。河砂和粗砂的水浸 沉缩率不小于5%。设备在初充填的松散充填体表面上运 行，也会将充填体的表层压实而使体积减少。水力充填 的粗尾砂充填体，当其表层脱水以后，铲斗容积3m3的 铲运机在其上运行，可将充填体的表层压缩150~200mm， 考虑到出矿过程中将铲走部分尾砂，因此铲运机的出矿 作业，可使松散的尾砂充填体表面下降400~500mm。水 浸沉缩和设备作业而使充填体积的减少，将在下一循环 中被充填，故其数量应计入矿山充填工作量之内。细砂 的湿胀对充填无影响。
在水力充填中主要由脱水构筑物而定，它影响充填料的利用 率、强度、流失量和输送方式，
2 充填骨料
分级 界限
充填骨料因充填工艺要求而需剔除部分细粒级的工艺称为脱泥。 分级脱泥所获得的筛上产品，当其累计产率达到95%时的该粒级 称为分级界限(即d5)。例如，某矿尾砂分级所获得的粗尾砂，其 +0.03mm的粒级达到95%，则称其分级界限为0.03mm，
2 充填骨料
2.3 充填骨料的孔隙率
充填工作所用的充填骨料大多是自然或经过加工的松 散材料，而不是原地岩体。为方便充填料量的计算， 除非特别指出，孔隙率的计算公式如下：
B D B
（3-1）
ρ—孔隙率； γB—表观密度，t/m3；γD—堆积密度，t/m3。
孔隙率与粒级组成和颗粒间的排列方式有关。等直径密实圆 球(内部不含封闭的孔隙)呈立方体排列时有最大的孔隙率， ρ=0.4765，呈菱面体排列时有最小的孔隙率，ρ=0.2595。混 合粒级的密实圆球的孔隙率最小可达到ρ=0.039。
第三篇 充填材料及充填工艺
讲解人： 王新民
中南大学 资源与安全工程学院
第三篇 充填材料及充填工艺
第一部分 第二部分 充填材料及充填质量控制 充填材料的制备工艺与管道输送
第一部分 充填材料及充填质量控制
1 3 2 3 常用充填材料的来源及分类 充填骨料 胶凝材料 改性材料 充填体的含水与脱水
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3 胶凝材料
水泥
水泥是一种磨细的水硬性胶凝材料，加入适量水后，成 为塑性浆体，能在空气中硬化，也能在水中硬化。当与 砂、石等松散材料拌合后，能牢固地将它们粘结在一起， 形成具有一定强度的整体。水泥按用途可分为普通水泥、 专用水泥和特种水泥。按其矿物成份可分为硅酸盐水泥、 铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、少熟料或无熟料水泥。充 填工作常采用普通水泥，是由硅酸盐水泥熟料与不同掺 入量的混合材料配制而成。普通水泥有以下6种 (GB175-92，GB1344-92，GB12958-91)。
汽车
皮带 汽车 DR100~指含微量的最细粒级，在该分级工艺中难以剔除。
2 充填骨料
砂的细度模数
类别
细度模数μf
按其细度模数而将砂分为4类，见表3-5
表3-5 砂的细度模数分类(JGJ52-92)
中砂
3. 0~2. 3
粗砂
3. 7~3. 1
细砂
2. 2~1. 6
2 充填骨料
2.6 松散充填骨料的粒级组成
充填骨料的粒级组成决定于材料来源和为满足运输需要而对材料所进行的加工。
最大粒级
管道输送时，水砂充填料的最大粒径不大于管径的1/4，胶结充 填料的最大粒径不大于管径的1/5；车辆输送时，块石不大于车 箱平面最小尺寸的1/3，不大于溜口最小尺寸的1/3。
最小粒级
2 充填骨料
2.4 充填骨料母岩的强度
母岩的强度与岩性、矿物组成、结构、埋深和风化程 度等有关，同一类岩石的强度相差较大。母岩的强度 一般是将母岩制成5×5×5cm的立方体(或Φ5×5cm的 圆柱体 )，在水饱和状态下测得的极限抗压强度值。 常用作充填料的母岩强度值见表3-3。
表3-3 母岩的强度
-5
3.75 0.13 0.13 β2
-2.5
1.875 0.15 0.28 β3
-1.25
0.94 0.17 0.45 β4
-0.63
0.473 0.15 0.60 β5
-0.315
0.238 0.12 0.72 β6
-0.16
0.12 0.08 0.80
-0.08
0.06 0.10 0.90
-0.04
2.1
1.7
1.6
充 填 材 料 选 择
就地取材，加工成符合 质量指标的充填料
图3-1 几种不同充填工艺的充填材料组成
若需外购应就近取材， 以减少运输费用
1 常用充填材料的来源及分类
充 填 材 料 分 类
充填骨料—在充填过程中和充填体内材料的物理和化学性 质基本上不发生变化，作为充填的骨料； 胶凝材料—在充填的条件下，材料本身的物理和化学性 质发生变化，使充填骨料凝结成具有一定强度的整体；
细 菌
胶体粒子 胶体粒子 颜色粒子
2263×100
2263×101 2263×102 2263×103