2 充填材料的选择与计算2.1 矿山生产现状及充填的迫切性江西浮梁大背坞金矿属于中温热液充填交代型金矿床，绝大部分矿体位于当 地浸蚀基本面以下，包括狮子坞、小背坞、汪家墩和梅树坞4 个矿段根据矿方 要求，仅针对狮子坞矿段进行充填设计，该矿体产状属于典型的急倾斜薄矿体， 矿岩较为稳固，矿脉平均厚度1.65m，倾角53矿岩体重均为2.75t/m3，矿 石及围岩松散系数均为 1.69主要开采范围为 3 线至 29 线， -200m 标高以上的矿体，采用浅孔留矿法进 行回采该采矿方法工艺简单，成本较低，但矿石损失大，且留下了大量的采空 区，对矿区地表设施和井下生产安全造成一定的潜在危害截至目前，尾矿库已 堆至约136m标高，即将达到最终坝高145m，可继续利用的库容约为44万m3, 不能满足矿山后期生产产生的尾砂堆存根据矿体赋存条件和矿岩性质，对较薄小矿体拟采用留矿法嗣后充填采矿， 对 7-3 号等厚大矿体拟采用上向分层充填采矿法，不仅能提高矿石的回收利用， 且对采空区的及时处理，有效控制地压，确保井下生产工作及人员安全，防止空 区大面积垮落产生灾害性破坏事故，有效控制地表变形同时，现有尾矿库剩余 库容尚不能满足狮子坞矿段回采产生的尾砂堆存要求，下阶段其他矿段回采所产 生的尾砂堆存必然还需重新征地，将增加一定的基础投入，也给尾矿库的安全管 理带来一定的难度。
因此，建立一套新的尾砂充填系统有重要意义2.2 充填站选址经现场实地勘察，在矿区的西侧27线附近建有一套废石充填系统，现已废 弃，与业主充分沟通后，本次方案设计将在原有工业场地上新建一套全尾砂充填 系统，地表标高+114m原有充填钻孔等设施将根据其完好程度考虑是否使用 2.3 尾砂物理力学性质2.3.1 全尾砂粒级组成尾砂来源于原生矿浮选尾矿（无毒尾矿），全尾矿粒级组成见表 2-1，尾矿粒 级分布曲线见图2-1全尾矿中-20pm含量为34.70%，粗粒级+74ym含量为37.25%，平均粒径 dcp=0.04mm, d10=O.OO32mm, d60=O.O65mm,尾砂级配非常 不均匀，属中粗尾矿表 2-1 尾砂产率表粒级mm产率％正累计％负累计％粒级范围mm备注0.83〜0.2410.6310.631000.830.024-0.24〜+0.118.1228.7589.370.240.1-0.1〜+0.0748.0536.871.250.10.074-0.074〜+0.03715.25263.20.0740.037-0.037〜+0.0213.365.3480.0370.02-0.02〜+0.000434.710034.70.020.0004合计100.00图 2-1 尾矿粒级分布曲线2.3.2 试块强度 不同灰砂比情况下,试块强度见表 2-2。
表 2-2 全尾砂（不同灰砂比）强度测定表序号灰砂比浓度（％）强度值R3（MPa）R28（MPa）11:4700.753.8521:6700.562.1231:8700.301.3441:10700.200.5551:12700.100.3161:15700.050.152.4 充填材料的选择2.4.1 充填强度的要求针对大背坞金矿原有采空区进行充填时，其对充填体强度要求不高，拟采用 废石充填及低灰砂比（1:20~1:40）或非胶结充填针对新产生的采空区，采矿方 法为留矿法嗣后充填以及上向水平分层充填法，其采矿方法比例为 2:1，前者对 充填体强度要求较低，充填方式与原有采空区充填方式相同；而后者需要充填体 强度满足以下要求：1）按满足分层采矿作业循环要求确定充填体强度：上向分层充填采矿法浇 面层胶结充填体主要承受采矿机械设备生产作业过程的动荷载，充填体强度设计 时，充填体承受的动荷载大小通常按机械设备的静载荷（胎压）的4〜5倍取值 由于该矿山使用的机械设备的静载荷较小，所以上部胶面层胶结充填养护期 28 天的强度R28》〜4Mpa2）按分层采矿作业循环时间要求确定充填体强度：胶结充填体在采矿爆破 作业时需拥有足够的强度，并满足高品位矿体开采必须控制贫化、损失的要求。
综上，并参考类似矿山的充填经验，本次设计确定在回采分层 3.3m 下部采 用坑内废石充填及低灰砂比（ 1:20〜1:40）或非胶结充填，其上部采用灰砂比为 1:4〜1:6的胶结料铺面，浇面层厚度 0.3〜0.5m2.4.2 充填材料的选择根据矿山实际情况，可供充填的材料有选厂尾矿和井下掘进废石，胶凝材料 暂选 325#水泥2.5 综合充填能力计算本次新建充填系统应满足新形成采空区和已有采空区的充填2.5.1 现有充填空区以及尾砂充填空区体积计算矿山现有采矿生产能力为300t/d，即年生产矿石能力约为9.9xl04t/a，矿岩 体重均为2.75t/m3,矿石及围岩松散系数均为1.69，附带充填的采切工程体积比 为1.69%，所以每年新产生的采空区为99000^2.75x（1+1.69%） m3/a =3.66x104m3/a采充比取0.95，则每年实际需要充填的采空区为3.66x104x0.95m3/a =3.48x104 m3/a根据对矿山实际生产情况的调查，矿山废石产率为 30%，则矿山年产废石（松散）为9.9x104X0.3^2.75x1.69 m3/a =1.83xl04m3/a。
可用于井下充填的废石比例 为70%，即可处理空区体积为1.28x104m3/a然而废石充填后，由于废石之间还 存在空隙，一般取空隙率为 0.4，其中有 50%的废石空隙将被尾砂填充，即用于 充填废石空隙的尾砂充填量为1.28x104x0.4x50%=0.256x104 m3/a，所以实际需要 尾砂充填的空区为 3.480x104-1.280x104 +0.256x104m3/a = 2.456x104m3/a,其包含 附带充填的采切工程体积和废石充填的部分孔隙2.5.2 年平均充填量以及日平均充填量计算（1）年充填量式中Q = QZKKa k 1 2Q ——年充填量， m3/a；aQ ——尾砂充填空区体积， 2.456x104m3/a；kZ——采充比，m3/m 3,此处取1 （前面已经扣除了不能充填的空区部分）;K ——沉降系数，取 1.15；1K ——流失系数，取 1.032计算得 Q =2.909x104 m3/ad2）日充填量式中Q ——日平均充填量， m3/d； dN ——年工作天数， 330 d/a计算得 Q =88.14 m3/d由表2-3给出的数据，可以算出，本次充填1m370% d浓度的料浆量平均所含尾砂干量为 15%X1.061+85%X1.2333t/m3=1.2072t/m3。
则日平均消耗尾砂干量 88.14x1.2072t/d=106.41t/d2.5.3 一次最大充填量考虑7-3等厚大矿体采用上向分层充填采矿法，分层高度为3.3m，矿房长40m,宽8m,每分层上部充填0.3〜0.5m的高强度胶结面考虑三分之一左右的采空区用废石进行充填，故一次尾砂充填空区的体积为570.20m3,料浆为675m3o2.5.4 单位体积充填料浆各组分的质量和体积根据采矿方法对充填工艺的要求，尾砂充填系统应具备制造添加水泥胶结料的能力尾砂胶结充填料浆灰砂比暂按1:4~1:40考虑；料浆浓度以料浆不离析、不沉淀为原则，尽可能提高料浆浓度，初步确定胶结充填料浆浓度为 70%，详细灰砂比及料浆浓度可根据采场实际充填效果进行相应调整干物料密度（t/m3）：Y -y G + n）——c s s ny + ycs料浆密度（ t/m3）：1m3 料浆中水泥质量t）：1m3 料浆中尾砂质量t）：1m3 料浆中水的质量t）：.— - 、m - c +5 d - c ） w s wc—5 w m l + nC - n—5 wm l + n—5 G—C ）mw式中y ——水泥密度， 3.l t/m3；cy ——尾砂密度， 2.75 t/m3s参考类似矿山取值）；料浆质量浓度， 70%；n —— 砂灰比。
代入数据，计算lm3料浆中尾砂、水泥和水的含量，如表2-3所示表 2-3 lm3 料浆的组成成分序号灰砂比干料密度（t/m3）料浆密度（t/m3）尾砂（t）水泥（t）水（t）11:42.8141.8221.0200.2550.54721:52.8031.8191.0610.2120.54631:62.7951.8171.0900.1820.54541:202.7651.8081.2050.0600.54251:402.7581.8061.2330.0310.5422.5.5 尾砂充填单耗针对浅孔溜矿法采矿形成的采空区，采用废石+全尾砂充填方案（嗣后充填）； 针对7-3 等厚大矿体，拟采用上向分层充填采矿法，在采场底部铺垫一层掘进废 石，接着采用全尾砂胶结充填，灰砂比 1:20~1:40 ，再采用胶结料铺面，厚度 0.4〜0.5m，灰砂比1:4〜1:6根据采矿工艺技术的要求，两种采矿法形成的采空区体积比约为 2:1充填 材料消耗详见表 2-4表 2-4 新空区充填料消耗表序号材料名称日平均耗量（t/d）一次取大消耗量（t/次）1尾砂106.41831.772水泥5.1225.083水47.80365.382.5.6 已有空区根据矿方提供的具体资料，截至目前，矿山已开采约12a，共采出矿石约 50x104 t,即形成采空区约18x104 m3,此外，由于原生产过程中已采用掘进废石 对部分采空区进行了适当处理，所以实际剩余未处理的采空区约为15x104m3。
另外，由于 50〜100m 标高范围内部分采空区与充填系统距离较远，暂不能采用 尾砂进行充填根据计算，实际能充填的老采空区约为14x104m3，其主要分布 在0m以上，3线至29线之间2.5.7 已有采空区的处理根据矿山生产现状，拟对井下已形成的采空区尽可能采用全尾砂胶结或非胶 结充填，能适当控制地压，确保井下生产工作及人员安全，防止空区大面积垮落 产生灾害性破坏事故，有效控制地表变形；同时也减少了地表尾矿库的征地2.5.8 尾砂平衡参考矿方提供的资料，该矿山每天产生的选厂尾砂干量为300t/d本方案设 计，将处理完新采空区后剩余的尾砂将全部用于处理老采空区由表2-4可知，充填新回采矿石产生空区将每天消耗尾砂106.41t,考虑选厂 尾砂进入砂仓沉降过程中的溢流（暂按 5%考虑），故能用于处理上部原有采空区 的尾砂量为178.59t按1:40灰砂比进行充填材料消耗表见表2-5表 2-5 原有采空区充填料消耗表序号材料名称日平均耗量(t/d)1尾砂178.592水泥4.463水78.45。