深井充填材料力学特性影响因素分析

李 强 邓代强 李向东

(1.长沙矿山研究院有限责任公司；2.国家金属采矿工程技术研究中心)

深井充填材料力学特性影响因素分析

李 强1,2邓代强1,2李向东1,2

(1.长沙矿山研究院有限责任公司；2.国家金属采矿工程技术研究中心)

人工合成的岩土充填材料，其组成成分的添加量决定其力学性能。当充填空区条件比较理想时，可以通过矿山充填站的给料设备对充填材料的添加量加以调节控制，以得到所需要的力学参数，达到较好的充填效果。充填材料中各种物料的量与成本紧密相联，对此进行了相关分析，以使矿山充填经济合理。

充填材料 添加量 力学性能 影响因素

为了满足日益增长的矿产品需求，采矿正向地壳深部进行。日趋发展成熟的充填采矿法，为充分回收矿产资源、保护矿区及周边生态环境，矿业的可持续发展提供了技术保障[1-3]。作为一种充填于井下的人工岩土介质，其力学性能可以通过人工调节加以控制，使其达到生产所要求的技术指标。要使充填体既能够满足生产，经济合理，需要对其力学指标的各影响因素进行分析，以确定其灰砂比、浓度、添加剂用量的最优组合[4]。

1 试件制作及检测分析

1.1 试件制作

将从矿山选厂取回的尾砂晾干， 制作试块 24 h 后拆模，模仿井下条件保湿养护，龄期依次为3，7，28，60 d，试块规格为7.07 cm×7.07 cm×7.07 cm，灰砂比为1∶4,1∶6,1∶8,1∶12，胶凝材料为PC42.5级普通硅酸盐水泥。

1.2 试件检测及分析

试块达到养护龄期后，测试其无侧限单轴抗压强度，不同水泥添加量下的各组质量浓度Cw的试块在各养护时间下的力学强度σc,如表1所示。

根据表1中数据的变化规律，分析不同条件下试件强度变化曲线。

1.2.1 水泥量对强度的影响

水泥作为胶凝材料的混合物料，当水泥添加量逐渐增加时其强度不断增强，如图1所示。

从图1可以看出，充填体试件的强度均随水泥添加量的增加而不断增强，对于早期强度来说，当水泥添加量较低时，不同浓度的试块强度基本无较大差距，然而当水泥添加量大幅增加时，长期强度大大增加。

表1 充填试块单轴抗压强度

1.2.2 浓度对强度的影响

对于贫混凝土类材料，如图2所示，水泥添加量一样时的不同养护的试件，抗压强度均随着浓度的提高而增长。

从图2可以看到，当养护时间较短时，浓度对强度的作用并不太大，而养护时间较长时，强度增加很快。

1.2.3 龄期对强度的影响

在一定养护时间内，混凝土类材料都遵循着随养护时间延长强度不断增加的规律，当达到一定的养护时间后，其强度基本不再变化，如图3所示。

图1 浓度相同时充填体各龄期试块

图2 配比相同时充填体各龄期试块强度随浓度变化曲线

由图3可知，充填试块养护时间达到28 d时，充填试块强度较早期有较大的增幅，当达到60 d时强度基本无变化。通过观察可明显看出，3，7，28 d龄期内试件强度基本线性增长，过了28 d养护期后，线性规律已基本上不再适用。

2 结 语

选矿厂排出的尾砂中往往含有一定量的重金属元素，如铅、镉、镍、钴、铜、铁、锌等，若处理不好，会对自然环境和人身健康造成危害。将尾砂作为充填材料深埋于井下，可以有效避免尾砂对环境的污染，其前提是要尽量将尾砂中的有用成分回收，以节约有限的宝贵资源。为增加充填材料的强度，在尾砂中加入一定量的水泥，通过分析，水泥添加量从低到高的增加过程中，充填试块强度不断增大，如灰砂比由1∶2到1∶4，试块强度表现出明显的递增规律性；比较相同质量浓度料浆制作的充填试块，养护时间对充填试块力学强度的作用尤为强烈，当达到长期强度时，这种作用效果趋于平缓，直至变化不大。

图3 配比相同时各浓度试块强度随龄期变化曲线

[1] 周爱民.矿山废料胶结充填[M].北京:冶金工业出版社,2007.

[2] 刘长友,杨培举,侯朝炯,等.充填开采时上覆岩层的活动规律和稳定性分析[J].中国矿业大学学报,2004,33(2):166-169.

[3] 程艳琴,邱秀梅,王连国,等.充填对围岩控制作用效果的数值模拟研究[J].山东农业大学学报:自然科学版,2006,37(4):637-641.

[4] 邓代强,姚中亮,唐绍辉,等.充填体单轴压缩韧性性能试验研究[J].矿业研究与开发,2005,25(5):26-30.

安徽首个规范性矿业权出让管理办法问世

安徽省人民政府办公厅近日印发了《安徽省矿业权出让管理办法》，要求国土资源管理部门加强对公共资源交易中心的指导监督，加强对重大矿业权出让活动的事前政策指导和全程实时监控。这是安徽首个规范性矿业权出让管理办法。

2015-02-28)

李 强(1981—)，工程师，410012 湖南省长沙市麓山南路343号。