尾矿膏体充填材料的选择和实际应用

中国每年尾矿排放量超过10亿t，总排放量为100余亿t。大量尾矿的地面处置对空气、水、土壤环境产生了不利的影响。矿山胶结充填主要是利用采矿过程中产生的尾砂或达到一定浓度的尾矿浆与胶凝材料混合搅拌均匀，通过充填管道输送到地下采场，充填到矿山采空区，硬化后形成支撑矿柱，达到控制围岩变形、地表沉陷，保护环境与控制地压的效果。

矿山胶结充填材料的前世今生

胶结充填采矿法的发展可以大致分成三个阶段，即低浓度胶结充填、高浓度胶结充填及膏体充填。

长期充填实践发现，充填浓度越高对充填体强度增长越有利，同样强度要求下，提高充填料浆浓度能大大减少水泥用量，降低充填成本。在此思路下，膏体充填成为当前矿山充填技术研究的主流。与以往的回填技术相比，膏体充填采矿技术促使采矿率进一步提高，同时，具有水泥耗量低、尾砂利用率高、硬化速度快等特点，在技术经济、环保、安全等方面具有显著优势。

膏体充填材料的选择

在充填料选择方面，膏体充填料一般取决于矿山附近可利用的固体废弃物。随着目前采矿业选矿效率的提高，磨细尾矿逐渐成为膏体充填的主要原材料。此外，还包括一些煤矸石、天然砂石、再生骨料等。因为废石等大颗粒骨料无法实现管道运输，需要额外破碎、筛分至所需粒度，增加了施工程序的复杂性，所以在膏体回填过程中利用率较低。

充填胶凝材料的类型和用量显著影响膏体回填的强度。据计算，硅酸盐水泥用于胶结充填材料的成本占比达到60%~80%，同时，水泥对超细尾矿和含泥量高的材料固结性能差，浆体易出现离析、泌水现象。对此，新型充填胶凝材料体系成为矿山充填的研究热点，粉煤灰、矿渣、硅灰等是最广泛使用的水泥替代品。此外，碱激发类胶凝材料、赤泥、高水材料、半水磷石膏胶凝材料在膏体充填中也有相应的应用。

膏体充填的应用实例

国内外部分金属矿山膏体充填工程中的主要参数如表所示。

进行回填后的充填体涉及传热、渗透、力学、化学多因素的耦合作用。除抗压强度指标之外，其耐久性是影响安全开采的重要因素。不同的胶结充填原材料(不同来源的尾矿、胶凝材料、水)的特性、固化条件以及围岩环境都会影响膏体充填体硬化强度及耐久性。因此在实际应用前，有必要针对性的对其长期性能进行研究。

资料来源： 《低强度流态填筑材料的研究现状及进展》

本文首发于《材料导报》

作者：周永祥、霍孟浩

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