充填能力（精选七篇）
充填能力 篇1
1 材料和方法
本实验测试了2 类常用的牙齿充填材料:银汞合金(Logic+, SDI, Vivadent,澳大利亚,批号30826202)和GIC(Amalgomer CR, Healthcare,英国,批号302007)。依照厂家的规定方法在(23±1) ℃, 50%相对湿度条件下分别调和材料,将充分调和好的材料压入10 mm(直径)×2 mm(厚)的Teflon环形模具中,制作2 种材料的圆盘形试件各80 个并分别随机分成8组,每组10个。材料硬固(根据产品说明的固化时间而定,从开始调拌起计时,银汞合金约9 min,GIC约7 min)后取出,按分组各自放入干燥容器和盛有人工唾液(配方见参考文献[3])的容器内置于37 ℃恒温箱(Forma Scientific 3157型, 美国)中保存1、7、30、90 d。试件在放置约24 h时取出用SiC砂纸由粗到细在流水下双面磨平、抛光至1 220#,然后再放回相应介质内(保存1 d组抛光后直接测试)。测试时置于10 mm(直径)×5 mm(厚)的圆柱型基底(30%玻璃纤维加强尼龙6,6,杨氏模量10 GPa,,英国Goodfellow公司)上,一同固定于万能测试机(Instron1185型,英国)的测试台上。载荷通过20 mm直径不锈钢球以0.02 mm/min速度施加于样本中心直至断裂出现。加载头上粘贴压电传感器(日本Quantelec公司)以探测断裂信号。记录产生初始断裂的载荷值并用SigmaStat 3.0.1软件进行统计分析,对断裂载荷值随时间的变化进行单因素方差分析,对同一时间点上在2 种储存介质中的断裂载荷值进行t检验。
2 结果
2 种材料在干燥空气及人工唾液中随时间而变化的断裂载荷值及相关统计结果见表 1。银汞合金的断裂载荷值在空气中随时间增加逐渐升高(P<0.05),在人工唾液中有下降趋势,但无统计学差异(P>0.05);30 d时,在空气和人工唾液中的断裂载荷值并无显著差异(P>0.05),但到90 d时则在人工唾液中的值显著低于在空气中的值(P<0.001)。GIC的断裂载荷值在2 种储存介质中也表现出不同的变化趋势:在空气中随储存时间推移虽有波动但无显著性差异(P>0.05), 在人工唾液中则显著下降(P<0.05),从第7 天开始即表现为在人工唾液中储存的样本断裂载荷值显著低于储存在空气中的值。
注:P#为同一介质中不同时间段的断裂载荷值的单因素方差分析结果,P*为同一时间段2种介质中的断裂载荷值的t检验结果。
3 讨论
本实验选取了2 种临床常用的脆性充填材料:银汞合金和玻璃离子水门汀,就2 种材料的承载能力随储存介质和时间的变化进行研究。前者为金属材料,在电解质中会发生腐蚀,而后者对环境中的水分敏感,长期在口腔温湿的环境下行使功能,二者的机械性能均可能会受到影响而出现变化。实验采用的测试方法是赫兹压痕试验,该方法因既简单又能较好地模拟牙尖与牙面的接触,产生的应力分布状况和断裂模式与临床修复体的断裂模式相近[4,5,6],适用于对脆性材料的测试。
本实验结果显示,银汞合金和GIC的承载能力在不同的介质中有不同的变化趋势:在3 个月的观察期中,前者在空气中的断裂载荷值持续上升,在人工唾液中则保持相对稳定;后者在空气中的断裂载荷值呈一种波动状态,先升后降,在人工唾液中则显著下降。这证明储存介质对这2 种材料有着明显不同的作用。这种不同的作用是由于材料的组成成分、固化机制以及水在固化中所起的功能不同而引起的。银汞合金的固化反应发生于液态汞和合金粉之间,这种反应会持续相当长的时间并使内部的相组成和比例不断产生变化[7],因此在空气中,银汞合金的强度随时间的增加会不断增强。一般认为,银汞合金的强度在前几个小时之内增加最快,24 h左右可达到一个较稳定的水平,但完全的稳定需要至少7 d左右[8],7 d之后可能仍有波动,因材料及环境等因素的影响而异。在人工唾液中,实验所测到的断裂载荷值在1～90 d内无显著变化,这侧面证实了唾液对银汞合金强度的影响。由于唾液中水和其他离子成分的存在,腐蚀作用可能会产生并随时间推移不断加剧,这抵消了银汞合金在空气中所表现出的强度增加趋势,使得所测的断裂载荷值呈现一种平稳的趋势。
对GIC而言,情况大不一样。水是GIC固化反应的必需介质,水的吸收或流失极大地影响其机械性能。另外,储存介质中的离子成分也会与这种具有离子析出性能的物质发生反应。所以,当储存在水、唾液或其他潮湿环境中时,许多复杂的机制共同影响着GIC的强度变化:随时间逐渐增加的聚羧酸网络交联和逐步形成的二氧化硅凝胶网络(有水的情况下)使得强度不断增加,而腐蚀作用和所吸收的水产生的增塑作用则使强度受损[9]。几种机制共同作用的结果使得玻璃离子水门汀的强度随时间推移可能显示多种不同或不定的变化特征[10,11]。本研究中所测的这种产品是一种传统的酸碱反应固化型GIC,所测得的在人工唾液中的断裂载荷随时间增加而下降。这说明长期浸泡人工唾液对该种材料的承载能力有明显的负面影响,抵消了材料(在水中)结构的增强作用。在空气中断裂载荷值虽有波动,但无显著性差异,这与以往所测的另一种同一类型的GIC材料ChemFlex结果一致[12],说明在空气中虽可能由于水分流失而产生微小裂纹及继发的收缩,但对强度的影响并不像想象中的大。但是,以上分析只是针对现有测到的几种材料所做的推测。目前为止,有关水、电解质及湿润环境对GIC强度的确切的影响机制还未完全明了,仍需继续深入研究。
另外,本实验结果还显示时间对2 种材料的影响程度不同。银汞合金到90 d时才显示出在人工唾液中的值显著低于在空气中的值,而璃离子水门汀从第7天开始即表现出同样趋势。这说明人工唾液对银汞合金的作用较缓慢,而对GIC影响则发生较快。
总之,从本研究对银汞合金和GIC的结果来看,储存介质对口腔充填材料的承载能力有明显影响,而且不同材料对这种环境影响的反应不同。人工唾液对该2 种材料的承载能力均有负性作用。因此,对口腔材料强度的测试和评估必须将该因素纳入考虑,一方面选择合适的储存介质,另一方面结合储存介质对材料性能的影响对结果进行评价。本实验仅对空气和人工唾液对银汞合金和GIC承载能力的不同影响初步进行了比较,得出了大致趋势,对唾液中的离子成分和水分对材料的影响并未分别进行研究和探讨,在以后进一步的实验中可对这些因素进行更深入的研究。
参考文献
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充填能力 篇2
1 材料与方法
1.1 标本的选择
选取40个因正畸拔除的前磨牙, 要求:根尖发育完全的、表面无损伤、直单根管、长度近似。除去牙体表面的结石和软组织, 贮存于4℃生理盐水中备用。
1.2 根管预备与充填
常规开、拔髓后, 将15#k锉插入根管至肉眼在根尖孔水平处看到锉尖为止, 退出k锉确定根管长度, 操作长度从根尖到牙冠标志点的牙全长减去1mm。将所有牙随机分为4组, 每组10颗:A组采用机用Protaper镍钛根管锉预备, 预备方法按照Pro Taper厂商介绍的器械使用方法, 根尖部分预备到F2;B组采用机用Profile镍钛器械预备根管, C组为机用镍肽器械K3根管预备, B、C组均根尖部至少预备至0.0430#;D组为手用不锈钢K锉组, 采用逐步后退法预备根管, 主尖锉为30#, 后退预备3个号。各组预备过程中, 交替使用3%双氧水、生理盐水冲洗根管。牙齿根管预备结束后根管内吸干, 待用。A、B、C、D 4组均采用E-Q Plus热牙胶充填系统垂直加压方法完成热牙胶充填, 根管充填封闭剂采用AH—Plus糊剂;充填完后, 用加热器械从根管口处切断多余牙胶并垂直下压1mm, 磷酸锌水门汀封闭根管口及冠方, 并将所有完成治疗的牙进行X线片拍摄, 确保充填致密和达到工作长度的质量要求, 否则, 重新充填。
1.3 微渗漏检测
将根管充填后的40颗牙在37℃、100湿度的恒温箱中贮存1周后, A、B、C、D组在距离根尖孔2 mm以上根面均匀涂布2层指甲油, 静置24 h。将标本垂直悬吊于盛有20g/L亚甲基蓝液中, 至根尖1/3处, 连同容器保存于37℃恒温箱中, 7d后取出。置140g/L硝酸中脱钙, 再用乙醇系列脱水。最后将标本置水杨酸甲酯液中, 制成永久性透明标本。在体示显微镜下观察其最长染色线, 用显微镜标尺测量此最长染色线的长度即为根尖渗漏染色线的长度, 起点为根尖孔, 止点为最长处, 精确到0.01mm.
1.4 统计学处理
4组牙齿染料渗入长度的数据输入SPSS 17.0统计软件, 采用单因素方差分析, 进行统计学处理。
2 结果
2.1 4组牙齿染料渗入长度的均值比较见图1。
从图中可见:Protaper组染色线长度均值为3.86, Profile组为3.81, K3组为3.80, K-file组为4.39, 因此, 4组根尖封闭能力大小排列为:C组>B组>A组>D组。
2.2 组间牙齿根尖染料渗入长度均值的比较 (见表1)
*.The mean difference is significant at the 0.05 level.
3讨论
根管治疗术是治疗口腔常见病———牙髓和根尖周病的最根本和最有效的方法。根管治疗的最终目的是去除感染, 杜绝再感染, 即去净根管系统内的感染刺激源, 并对根管系统进行严密充填, 从而达到防治根尖周病的目的。热牙胶具有较好的流动性, 能够更彻底封闭整个根管系统, 包括细小弯曲根管、根管内交通枝及侧副根管, 近年来应用热软化牙胶充填根管已成为国内、外主流根管充填技术。影响热牙胶充填效果的因素有多种, 而根管预备是影响其疗效的一重要因素。
近年来, 镍钛器械在预备根管中的应用研究在国内也引起了广泛关注。韦军仓等[4]通过选用3种机用镍钛器械如Profile、Protaper和Hero642来预备弯曲根管, 对全部患牙采用侧向加压法充填根管。根据x线片评价根管预备和充填的效果, 并与最常用的不锈钢K锉作对比, 显示了这几种机用镍钛器械预备弯曲根管的良好效果。池学谦等[5]通过侧方加压法充填, 用染料渗透法测量根尖微渗漏距离, 评价不锈钢根管锉常规法、G型钻根管冠部预处理+不锈钢根管锉常规法和手用Pro Taper镍钛根管锉冠向下法三种根管预备方法对根尖封闭性的影响。韦曦等[6]通过根管预备后分析各组的牙本质切削面积、根管壁最小厚度和根管中心偏移程度分析三种镍钛机动器械预备后牙弯曲根管的成形效果。
现今, 流行的镍钛器械有很多种, 如protaper、k3、profile等, 与手用的不锈钢k挫比较, 作为一种新的根管预备器械系统, 机用镍钛锉的工作效率高, 成形能力强, 清理效果好, 能缩短操作时间, 为根管预备提供了新的选择。然而哪种器械最适合热牙胶充填, 不同器械预备根管对热牙胶充填的影响情况如何, 对于这些方面的研究还有所欠缺。本实验的目的就在于通过检测根尖微渗漏情况, 来评价4种不同器械预备根管后对E-Q Plus热牙胶充填系统充填的根管根尖封闭能力是否存在影响以及影响大小, 从而为临床热牙胶充填前预备根管时对不同器械的选择提供理论依据和经验。
评价根管封闭能力多用微渗漏法。而研究微渗漏的方法有多种[7], 常用的有染料渗入法、放射性同位素方法、细菌渗漏法、流体输送法和葡萄糖定量分析方法等方法。本实验采用体外透明标本法配合染料渗透技术, 通过测量染料渗入根管的最长距离来比较微渗漏发生情况, 并以此来评价4种不同预备器械和技术对的根管根尖封闭能力的影响。结果显示:3组机动镍钛器械与1组手动不锈钢器械根备后, 用E-Qplus热牙胶系统同种充填技术充填, 前者根尖封闭能力较后者高, 且组间有统计学差别 (P>0.05) , 而3组机动镍钛器械之间比较, 根尖封闭能力无统计学差异。表明采用以上3种机用镍钛器械预备方法预备根管后, 再采用同种技术热牙胶充填, 其根管的根尖封闭性能优于不锈钢K锉预备的根管。
本实验为离体实验, 观察的是不同根管预备方法对同种热牙胶充填效果即根管封闭性能的影响, 至于以上各项根管预备系统及技术对热牙胶充填临床应用效果的影响, 仍值得进一步深入研究。
摘要：目的:通过检测根尖微渗漏情况, 来评价4种不同器械预备根管后对E-Q Plus热牙胶充填系统充填的根管根尖封闭能力是否存在影响以及影响大小。方法:将按实验要求40颗单根管恒前磨牙, 随机分为四组, 每组10颗牙, A组采用Protaper系统预备根管;B组采用Profile系统预备, C组采用K3系统预备根管, D组采用不锈钢K锉预备。各组在根管预备后, 采用E-Q Plus热牙胶充填系统完成根管充填, 并通过X线片检查根管充填合格后, 再对根充牙进行染色, 制成透明牙, 最后测量并比较4组牙齿的根尖微渗漏的发生情况。结果:3组不同镍钛器械预备组根尖微渗漏发生情况均优于不锈钢k锉预备组, 且有统计学差异, 而3组镍钛器械预备组之间均无统计学差异。结论:不同器械预备根管对E-Q Plus热牙胶充填系统所充填根管的根尖封闭能力具有一定的影响, 但镍钛器械的影响要低于不锈钢器械的影响。
关键词：机用镍钛器械,热牙胶充填,根尖封闭能力
参考文献
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充填能力 篇3
1 宝石的充填材料
宝石的充填是将充填的液相材料采取热处理工艺填充到宝石的裂缝、空隙以及空洞当中, 将缝隙补平, 不仅可以使内部反射降低, 而且还使宝石的光泽、透明度以及颜色效果得以改善。近些年来, 宝石出产地检测到采用高分子聚合物填充和粘补宝石的现象。使用有机胶对玉石品种进行填充是一种宝石加工工艺, 起到有效的裂缝弥补作用, 也有存在铅玻璃填充宝石的现象。国际上著名的宝石实验室就检测到大颗粒宝石中有新型铅玻璃填充处理的现象, 包括日本宝石协会以及美国宝石贸易协会, 都相继报道过检测到十几克拉的宝石中有铅玻璃填充。这些经过填充技术处理的宝石几乎不会在宝石市场上出现, 但是也引起了商家高度关注, 宝石检测部门更应该强化检测力度, 以避免以次充好的宝石损害消费者的利益。
硼盐是一种白色结晶粉末, 经常会呈现出无色半透明晶体状, 这就是早期的宝石填充物。硼盐在常温的空气中很容易因失水而风化, 而当将其加热到650K的时候, 其所含有的全部结晶水就会失去, 转化为无水盐, 处于1150K高位环境中, 硼盐就会被熔为玻璃状态。硼砂作为一种矿物质, 当处于熔融状态的时候, 就会将金属氧化物溶解。由于金属种类的不同, 熔融的硼砂会将特征的颜色呈现出来。
在宝石的热处理技术中, 硼盐的作用是作为一种熔剂存在。当宝石有非晶态残留的裂隙以及孔洞存在的时候, 就使用硼盐熔剂填充, 可以获得良好的充填效果。随着宝石市场的不断扩大, 这门热处理技术就被用于宝石的热处理充填。铅玻璃是目前高档宝石主要采用的填充材料, 这是一种特种玻璃, 助溶剂就是熔点较低的氧化铅。当铅玻璃被加热之后, 就很容易变形。一些高档宝石如果有些微的裂纹或者开放的裂隙, 采用高铅玻璃充填技术就会达到难以辨别的效果。铅玻璃掩盖宝石的裂隙, 同时还能够提高宝石的净度, 使透明度明显增加。
2 宝石充填工艺
宝石充填工艺是处于真空环境下的加热处理。
在对宝石技术处理之前, 要选择合适的样品, 经过酸洗将宝石裂缝中的杂志去除, 并烘干。将宝石和充填物放置在充填装置中加热, 当充填物质熔化液相态的时候, 就会逐渐地向宝石裂缝中渗入。此时的充填物质不仅是宝石的填充剂, 而且还是助溶剂。宝石充填过程中, 为了改善刚玉宝石的颜色, 使其色彩艳丽, 还需要填充一些着色剂, 通常所填充的化合物为Cr2O3。当充填宝石的工作结束后, 冷却宝石, 充填物由液态转为固态, 在冷却的过程中, 充填物很有可能有流动的特征或者结晶物出现。当宝石降到室温时, 充填物质收缩, 很有可能还需要二次充填。
当充填工作完成后, 还要对红宝石进行表面技术处理工作, 包括酸洗、打磨、抛光等等。
3 充填宝石鉴定方法
3.1 对宝石放大检查
如果宝石内部有裂隙, 在填充物的作用下, 就会出现气泡或者流动纹形成指纹状包裹体。在反光的作用下观察, 宝石的主体部分明显不透光, 而裂缝的填充物则呈现出明显的光泽, 与宝石主体明显不同。
3.2 使用拉曼光谱仪检测
使用拉曼光谱仪检测主要采用的是比较的方法。将宝石中的填充物运用拉曼光谱仪检测, 与四种不同的铅玻璃样品进行比较, 从填充物所呈现出来的光谱就可以发现, 其与硼酸盐为主要成为的铅玻璃具有相似性。因此可以获得以下结论:宝石进过充填工艺处理后, 透明度和净度都有所改善, 使宝石的品质得以提高。从检测特征上显示, 宝石经过充填技术之后, 充填材料所具备的特征会在宝石充填过程中产生流纹以及气泡等等, 会在灯光产生闪光效应。采用拉曼光谱仪可以对高铅玻璃充填红宝石进行有效鉴别。作为一种充填工艺, 在宝石检测报告中应注明。
3.3 采用阴极发光仪和钻石观察仪检测
当晶体分子产生畸变的时候, 就会产生阴极发光。所谓的“阴极发光”, 就是较高能量的电子束从阴极射线管发射出来, 激发到宝石的表面, 致使电能转化为光辐射后所发生的现象。在电子束轰击到晶体上, 其内部就会出现电子空穴, 晶体会因为局部能级发生变化而呈现出激发状态, 使激发中心由于呈现出能量的亚稳定状态而将发光中心捕获。阴极发光技术可以用于研究晶体的成分、形态, 在电子轰击下, 宝石晶体在颜色和光强度上都会有所不同, 因此晶体的结构以及内部的生长纹都会显示出来。采用阴极发光技术, 可以将合成宝石从天然宝石中区分开来, 同时还可以研究宝石矿物的生长过程以及内容结构的形成环境, 对于研究宝石的缺陷以及微量杂质的存在具有重要的作用。对宝石充填物的检测, 通过使用阴极发光仪和钻石观察仪进行观察, 可以发现宝石内部的充填物会发出较强的蓝色荧光, 与宝石本色对比鲜明。况且充填玻璃在宝石中会呈现出惰性, 并散发出较弱的灰色荧光, 因此很容易鉴别。
4 结语
综上所述, 宝石充填工艺本是宝石加工过程中所采用的方法, 用以弥补宝石的不足。然而目前在宝石市场上往往会出现采用这种工艺以获得以次充好的目的, 以试图获得更高的利润。那么, 了解宝石充填工艺, 强化宝石充填的鉴定工作是非常必要的。
参考文献
[1]张小钗.浅析宝石充填工艺及充填宝石的鉴定[J].中国化工贸易, 2013 (03) .
充填能力 篇4
充填是指用适当的材料,如废石、碎石、河沙、炉渣或尾砂等,对地下采矿形成的采空区进行回填的作业过程。充填采矿法有许多优点:可以防止由采矿引起的岩层大幅度移动、地表沉陷;可以充分回收矿产资源,促进矿产资源的可持续发展;废石可以充填空区,减少提升费用;可以将大部分的尾砂回填到井下,减少因尾矿库发生的各种费用和潜在危害;可很大程度上解决深井矿山中高温、高应力所带来的一系列问题,保证井下有安全的生产环境;对于大水矿山可以通过减少岩移来降低涌水量和排水费用等。
2 国内外充填采矿法应用现状
在国外充填法应用较广,特别是20世纪80年代,发达国家对环境保护的要求越来越严格,制定了环境保护法,要求井下开采的矿区固体废物(尾矿、废石等)必须妥善处理,违者罚款、停产治理。例如由于生态环境的要求,澳大利亚几乎不用崩落法采矿,德国煤矿发展坑口电站,将产生的粉煤灰回填到井下,每吨奖励5马克,加拿大采用充填采矿法的比例已经占到40%以上,加上空场嗣后充填,总量达到70%～80%,世界著名的南非金矿开采深度已达到3 000m以上,现在大都采用充填法开采来控制上下盘闭合和减少岩爆事件发生。有关资料显示,国外开采深度超过1 200m的矿山,虽然继续采用空场法和崩落法,但是充填采矿法的比重逐渐加大。根据俄罗斯科学院矿物综合开发问题研究所的预测,近几年内充填采矿法采矿量在黑色冶金矿山占15%～20%,而在有色冶金矿山将超过50%。
近年来胶结充填技术的发展,对金属矿山地下开采产生了巨大的影响,使不少复杂的技术难题找到了解决途径。过去极厚大矿体的回采,一般都用崩落法开采,损失率和贫化率非常大。采用胶结充填技术,可以使贫化率和损失率均降低到10%以内,从而最大限度地回收高价和高品位矿石,并显著提高了出矿品位,带来了显著的经济效益。将胶结充填技术和大型无轨设备相结合,使充填采矿法面貌一新,井下工人的劳动条件得到了很大改善,劳动生产率大幅度提高,从此充填法开始进入高效采矿方法行列。国内许多采用充填法的矿山都实现了大规模开采,如金川镍矿水平进路下向胶结充填法的盘区生产能力就已经达到了1 000t/d。
环境保护的要求和各种技术的进步,使充填法采矿得到了更加广泛的应用。目前国内外采用充填法开采的有色矿山很多,例如金川镍矿、凡口铅锌矿、三山岛金矿、安庆铜矿、冬瓜山铜矿、阿舍勒铜矿、喀拉通克铜镍矿、加拿大Brunswick矿、瑞典辛格鲁万矿和澳大利亚芒特艾萨矿等。随着我国经济的快速发展,以崩落法开采为主的黑色矿山也逐渐增加了充填采矿法的应用比重。目前我国在生产或基建的铁矿使用充填法开采的有会宝岭铁矿、白象山铁矿、马庄铁矿、大冶铁矿、金山店铁矿、谷家台铁矿、业庄铁矿和草楼铁矿等。在设计规模超过1 000万t/a的大型地下铁矿中,如思山岭铁矿、济宁铁矿、陈台沟铁矿和西鞍山铁矿等,设计中都采用了充填法开采。
3 充填技术研究进展及现状
充填法的发展过程中充填技术一直困扰着其发展,直到1957年,分级尾砂加硅酸盐水泥的胶结充填在加拿大鹰桥公司哈迪矿应用成功,使胶结技术达到了生产使用阶段,此后,充填法得到非常迅速的发展。为了及时加强学术交流,国际充填采矿大会已由过去的5年一届改为每隔3年召开一次。
充填技术从主流工艺来看,胶结充填的发展大体经历了3个阶段:水力充填、高浓度充填和膏体充填[1]。膏体充填在最近10多年中发展极为迅速,世界上一些矿业发达的国家投入了大量的人力、物力研究和开发膏体充填技术,这是因为膏体充填强度高且水泥消耗量小,另外膏体的稳定性、和易性和可泵性很好地解决了长距离输送堵管问题,国外实践经验证明膏体充填在采场充填效率和管道输送上优于高浓度充填,但是在一些技术上还存在一定的风险,例如含块石的膏体充填料制备。加拿大在应用贮仓技术制备膏体充填料方面已取得突破性进展,此外,如制备膏体的深锥浓密机系统、高速高剪力胶体搅拌机、控制粘度条件下高浓度膏体的制备、管流对隔墙造成的破坏机理、井下充填料分配系统的优化以及膏体充填体的物理力学特性的研究等都取得了重要进展。相应地还出现了专门的膏体充填研究试验站和为矿山提供服务的膏体充填技术公司。
目前,加拿大已有10多座矿山应用膏体充填,其它几座矿山也在考虑采用膏体充填工艺,另外南非、澳大利亚、美国、俄罗斯等均建有膏体充填的矿山。南非为了解决膏体充填系统投资大、管路维护费用高的问题,从充填料浆的配比出发进行了大量的实验研究并成功的减少了充填成本。
我国充填工艺技术的发展,经历了4个阶段。第一阶段是20世纪50年代,均是以处理废弃物为目的的废石干式充填工艺。第二阶段是20世纪60年代～70年代,矿山广泛采用低浓度砂浆和普通混凝土充填代替以前的干式充填。第三阶段是20世纪80年代,高浓度砂浆充填、块石胶结充填实验研究成功并在生产中开始应用。在高浓度尾砂充填时,为了增加充填体强度和充填料浆的滤水速度、提高井下作业效率,通常采用分级尾砂充填,细粒级尾砂单独排放,但是这样增加了尾砂的处理难度和库坝的维护费用。于是人们开始研究利用全尾砂料浆作充填材料的充填工艺,20世纪90年代初,国内金川镍矿、凡口铅锌矿、招远金矿等矿山开始了全尾砂充填的实验研究工作。第四阶段是20世纪90年代,膏体泵送充填研究成功并应用于生产,高水速凝充填技术取得了很大进展并在一些地下矿山进行了实验和工业性生产。1991年,北京有色设计研究总院(中国恩菲)和金川镍矿合作,进行了膏体充填的工业实验,并建成了相应的充填系统,1992年中国恩菲在铜绿山铜铁矿设计建成了我国第二套膏体充填系统,2006年中国恩菲在云南会泽铅锌矿设计建成我国第三套膏体充填系统。在此期间,全尾砂高浓度充填技术取得了很大的进展,冬瓜山铜矿建成了国内最大的全尾砂高浓度充填系统,水泥替代用品的研究工作也取得了很大进展,并在一些矿山得到应用。目前,我国在充填工艺技术和装备水平方面已经达到了世界矿业发达国家的先进水平。
4 充填采矿法的优势分析
4.1 经济优势
充填法开采具有矿石回采率高、贫化小的特点,且其开采较为灵活,其首采位置可以选在矿石品位高的矿段,有利于前期快速收回投资,具有较好的经济效益。随着国家对环境保护的重视，环保成本也将显著提高,因此以成本优势著称的崩落法与充填法相比也失去了优势。以某铁矿为例,在设计过程中针对无底柱分段崩落和大直径深孔嗣后充填法进行了详细的技术经济比较,比较结果见表1。
由表1中可以看出,采用大直径深孔嗣后充填法,相比可为企业增加利润总额3.92亿元/a;且该方案可比净现值明显高于无底柱分段崩落法,因此采用充填法将会获得更好的经济效益。
4.2 技术优势
随着矿山逐步转入深部开采,高应力、高温等问题日益突出,使采矿作业遇到一系列的难题。岩爆和岩层冒落是深井矿山开采时面临的一个极大难题,南非自1908年首次遇到采矿引发的地震以来,采矿界一直寻求解决这个问题的途径。直到1950年～1966年,矿业界对岩爆机理的研究才取得了一定的进展,其中具有代表性的成果是萨拉蒙的弹性理论[2]和库克的能量变化理论[3]。鉴于这些理论,库克等人建议减少采空区的体积以减少岩爆问题。减少采空区体积有3种方法,即降低回采宽度、留间隔的条形矿柱和充填采空区。降低回采宽度,生产效率会降低,与采用大型设备的趋势不符;留条形矿柱,则矿石的回收率下降,不利于充分回收资源;因此只有充填空区是最佳选择。
井下热环境主要体现在对井下工作人员身体健康的危害和降低生产效率两个方面,生产实践证明井下气温过高,严重时会出现中暑死亡事故。前苏联的统计资料显示工作面温度达到30℃时,劳动效率系数为0.8,高于30℃时,劳动效率系数为0.7。可见井下热害对生产造成了极为恶劣的影响。因充填体具有隔热作用,所以对高温矿床的开采具有重要意义。
崩落法和空场法开采过程中,由于生产是在已崩落的矿石和废石覆盖下进行,或者生产中会留下大量的空区,崩落层和空区的漏风会大大减少风量有效利用率,造成通风费用的增加,并会导致井下生产环境恶化,影响井下人员安全和设备的效率。采用充填法开采,能够对井下空区及时充填,有效地解决了通风漏风问题,大大提高了通风效率。
4.3 环境优势
随着采矿业的兴盛,许多地方生态环境遭到了严重的破坏,特别是一些生产环境比较脆弱的地方,其经济损失更是难以估量。充填法开采相对其他的采矿方法而言具有非常明显的环境优势,对环境保护具有重大意义。一方面可以有效防止地表出现沉降、开裂等问题,保护地表建筑物、文物、古迹、环境等免遭破坏,例如大湾钼矿,为保护矿体上方的古长城,选取充填法开采;栖霞山铅锌矿地处风景秀丽的栖霞山,采用充填法开采完全实现了无废开采,很好地保护了风景区。另一方面还可以将大部分的尾砂充填到井下空区,减少地表尾矿库的堆存量,从而减少尾矿库的潜在危险,近年来,尾矿库垮坝的事件时有发生,不仅造成了巨大的经济财产损失,而且还伴随着大量的人员伤亡,因此减少尾矿在地表的堆存,不仅有利于环境保护,而且还具有较大的社会效益。
5 充填采矿法面临的问题及发展趋势
5.1 降低生产成本
虽然充填采矿法具有很多的优势,但是采矿成本较高一直困扰其发展。胶结充填采矿中,充填费用一般占采矿总成本费用的20%左右,有的甚至高达40%。例如,金川镍矿充填成本就占到了采矿总成本的1/3,而充填成本中充填材料的费用占85%以上,其中水泥成本占总充填材料成本的40%～50%[4]。因此降低充填成本主要途径就是开发研制能够取代水泥并且低成本、高强度的新型充填胶凝材料。通过十多年的研究,虽然取得了大量高水平的研究成果,但是国内外的许多资料表明,我国目前采用胶结充填时的水泥消耗量远高于国外,因此仍有很大的改善空间。
5.2 超大规模矿山的充填技术
随着机械工业的发展,采矿设备也不断大型化,从而带动矿山的生产规模不断增加,特别是地质资源量大的矿床,据不完全统计,目前国内外正处于设计或生产阶段的充填法矿山,规模超过1 000万t/a的有近10座。因此还需要投入大量的人力、物力研究超大生产规模的系统设置和相应的配套设备。
5.3 膏体充填料浆流变性能的研究
膏体充填料浆流变性能的研究,对充填系统的优化、充填作业经济效益的提高具有极其重要的意义。作为非牛顿流体的全尾矿膏体,特别是在添加不同比例的胶凝材料乃至部分炉渣等骨料时,其流变性能会有很大差异,而且受诸多不易估量的变量的影响,到目前为止,还缺乏对这种物料的流变性能的系统研究。膏体充填技术对于改善井下作业环境,提高充填体强度和采场生产效率都有着重要意义,因此进一步完善和推广膏体充填技术也将是发展的方向之一。
6结语
随着矿山资源的逐渐减少和对生态环境的保护要求不断提高,矿山开采过程中对矿石的回收率及环境影响会越来越重视,因此充填采矿法的应用比重将会不断增加。由于技术的进步,充填采矿法将会向着高效化方向发展,深孔空场嗣后充填法和分段空场嗣后充填法等高效率的充填采矿法将会进一步完善,并将得到更多的应用;高浓度全尾充填、膏体充填等充填工艺技术和设备将有较大的发展。总之,充填采矿法及其相关工艺将会有广阔的发展前景。
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充填能力 篇5
随着我国经济的发展和工业生产规模的扩大, 社会化大生产对于金属矿石的消耗量越来越大。随着消费领域对于稀缺贵重金属资源的需求不断加大, 传统的土方工程支护和采矿开挖技术已不能完全满足如今的能源行业发展的需要。在充填采矿工程的开挖部分和技术支护方面, 应该严格进行定额土方工程机械效率的深入研究, 针对具体考察的地形环境进行施工技术的妥善修改, 完善是矿业施工过程中的工程操作相关细节。
1 我国充填采矿法开采、充填技术简介
充填采矿法的充填技术的运用, 对于提高采矿活动的整体安全性有重要意义。其中, 充填采矿法受材料限制比较小, 用适当的充填材料, 比如:废石、碎石、泥沙、泥沙或者尾矿等材料, 即可完成对于地下采空区的回填作业过程。充填采矿法的技术原理比较简单, 在实际作业环境中, 工人将大部分的尾砂回填到井下, 可以有效减少因尾矿库发生的各种费用和潜在危害, 防止矿石开采活动中出现地面塌陷的问题。
我国主要矿山采矿方法有浅孔留矿开采采矿法、房柱采矿法、等等。一般来说, 在开采活动中, 工作人员首先要进行拉底巷的相关操作。对于扩帮区域和压顶区域进行浅孔爆破。在爆破的过程中, 作业人员应该对整体作业时间进行前期预估, 有组织地协调其他工种工人撤离到安全区域, 防止由于时间预测误差造成人员危险的问题。还应该对工程总量进行考察和计算, 把新增工项落实到施工计划中去。除此之外, 矿业工人在施工活动中, 还应该适当考虑雨季施工、设备不足等问题, 强化施工作业区的土场排水, 进行合理的现场施工管制, 强化安全设施运行正常, 防止在工程开采的过程中出现各种意外情况。除了要控制开采的安全爆破距离之外, 作业人员还应该对采场最终底盘的最小宽度进行控制。
2 充填技术研究进展中的难点和发展趋势
2.1 根据矿体特点开展切割巷施工, 降低施工难度
充填采矿法在当今矿石开采行业运用比较广泛, 在采矿活动开展之时, 工作人员需要打造一条阶段运输巷道。在下向分层充填采矿开采领域中的技术运用中, 运输巷道的宽度一定要达到采掘车辆车身宽度的1.5 倍-2 倍的水平。
在采矿活动进行时, 工作人员应该注意充填行人天井, 保证采矿区域侧面的支撑稳定型提高。为了保证采矿区域中的物质运输畅通, 保证不同的采矿层级的人员交流, 可以在地下矿洞区域打两个竖直的巷道。在下向分层充填采矿法运行的过程中, 两个巷道分别是矿石溜井和分层巷道。在上下盘围岩的支撑性建设活动中, 技术人员应该按照矿体的特点, 进行上下盘围岩的填充操作。建设胶结假顶能够保证作业区人员日常的休息活动得到保障。在拉底巷建设活动中, 技术人员应该根据切割巷的特点, 进行中深孔的定点打通工作。打造出切割井和出矿斜井, 为切割巷的矿石运送和填充物运进提供方便。
2.2 重点开展充填采矿法适应性攻关, 促使其符合生态保护趋势
重点开展充填采矿法适应性的技术攻关工作, 有利于提高采矿施工的实际生产效率, 从而保证作业施工法符合复杂环境矿山工作的需要。工程项目负责人在施工活动开展之前, 需要指派专业的技术人员对作业环境进行前期勘测, 使用水平仪、经纬仪等专业的地质设备进行充填开挖宽度的考量。对于贫矿、二辉橄榄岩类型的开采活动来说, 矿体的稳定型一般较低。矿体倾角为70° -80°, 矿体的厚度为60-85M, 为了保证开采部门的支撑稳定型, 技术人员需要将矿体的破碎部分清除干净, 然后使用混凝土等材料将其进行填充。
充填采矿法应用的矿种不同、充填物不同, 其填充施工的目的不尽相同。技术人员可以使用大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法, 将精品矿位的开采效率提高到一定的水平。对于花岗质碎裂岩层来说, 其矿体的倾角为45° -70°, 平均厚度为4.3M, 最大不超过16M。为了将矿山充填性的密实程度提高到最高的水平, 可以使用无底柱分段崩落法, 将前期的建设成本控制到最低的水平。此类分层充填采用两侧均为水泥尾砂、胶结充填体的矿柱进行施工。对于上层围岩类型为黄泥、下层围岩类型为分化火成岩的矿体结构来说, 其矿体的支撑结构极不稳定, 开采倾角仅为0° -70°, 矿山的厚度为4M-12M。此种类型的矿体结构破碎的程度比较深, 其中部分氧化物的矿洞结构支撑效果也较差。技术人员可以采用崩落法比充填技术, 将基建开拓的效率提高到一定的水平。在降低开矿损失率和矿物贫化率的同时, 显著提高其矿石含铁金属类型的选矿回收效果。通过地压控制和管理, 实现保护地标建筑和设备设施的目的, 杜绝大面积地表沉陷, 符合我国采矿工程中兼顾生态保护的发展趋势和技术追求。
3 结束语
随着矿山资源的逐渐减少和对生态环境的保护要求不断提高, 矿山开采过程中对于矿石的回收率提高会越来越重视。推广应用充填采矿法, 可以有效解决地下金属矿山开采规模的不断扩大及开采深度的不断增加带来的一系列的技术难题。近年来, 随着技术人员的持续攻关, 充填采矿法得到了进一步完善, 高浓度全尾充填等充填工艺技术也有了较大的发展。总之, 充填采矿法及其相关工艺将会有广阔的发展前景。
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充填能力 篇6
20世纪40年代, 国外的充填主要是以处理废弃物为目的, 20世纪50年代开始在欧洲普及, 到了20世纪80年代和90年代, 由于科技的发展, 矸石充填技术有了长足的发展。在我国20世纪60年代初, 由于充填技术不成熟, 矸石充填在我国基本被淘汰。20世纪80年代至今, 由于我国经济和技术的迅速发展, 我国的充填技术已经处于世界先进水平, 与矸石充填开采技术相关的各个环节也取得了丰硕的理论成果和经验积累[1]。
充填开采岩层运动特征主要与充填材料的压缩率和充满率相关, 压缩率越小, 充满率越大, 越有利于控制地表的移动变形[2]。而压缩率与矸石的物理力学性质和充填材料的选择密切相关, 充满率主要取决于充填工艺[3]。对某矿的矸石物理力学性质进行测试分析, 得到最优配比矸石材料压缩率与压力的变化规律。推出在保证地表建筑物安全的前提下, 不同开采条件下的矸石充填量。
1 工程概况
某煤矿地表为村庄, 要保证地表建筑物安全不受损坏, 不同采深的条件下, 当其顶板的允许下沉量h已确定。充填开采顶板直接顶破坏程度较小, 由于顶板压力再次压实破碎顶板, 碎胀可忽略不计。故假设顶板下沉过程中没有形成碎胀, 顶板完全下沉, 则顶板的下沉量等于采厚减去矸石压实稳定后的高度[4], 则得:
式中:h为保证地表建筑物安全条件下顶板允许的下沉量, M为采厚, h0为矸石充填高度, η为矸石压缩率。
2 数学模型
在试验中, 要将记录数据拟合出一个函数近似表达式S (x) , 即根据m个数据点 (xi, yi) (i=1, …, m) , 求近似函数y=S (x) 。在拟合函数问题中, 确定参数的常见方法是最小二乘法, 该方法的基本原理是最小化拟合值和实际值之间的偏差平方和。在Φ=span{φ0 (x) , φ1 (x) , …, φn (x) }中寻找f (x) 的逼近函数 (其中φi (x) 为关于x的i次向量函数) , 即求ak (k=0, 1, …, n) , 使Φ空间中的作为f (x) 的最佳逼近函数[5]。
求最小二乘法解S (x) , 等价于求多元函数的极值问题[6]。令:
其中ρ (xi) 表示权值函数。
由式 (2) 可得:
式 (3) 为关于ak的n+1阶线性方程组, 从而可以求出解ak (k=0, 1, …, n) , 从而得到试验数据的拟合函数:
3 试验准备
3.1 矸石试样的制备
矸石试样原材料取于某煤矿的矸石山, 样本原料约为1000 kg。以粒径10mm为分级单位进行分选。矸石样本粒径分布在0~60 mm之间的矸石量占总数的87%左右, 粒径分布在60~100 mm的占9%左右, 粒径大于100 mm的占4%。考虑到样本分布的情况, 确定本次试验采用的矸石试样最大粒径确定为60 mm。
确定六种分级粒径:0~10 mm、10~20 mm、20~30 mm、30~40 mm、40~50 mm、50~60 mm分别为g1、g2、g3、g4、g5、g6。考虑到现场进行充填矸石时有可能出现的大粒径占多、中粒径占多或者小粒径占多的情况, 特别按照一次压缩试验所装矸石的量, 根据不同的质量配比, 利用电子秤配出以下四组矸石级配试样:A组为g1:g2:g3:g4:g5:g6=1:1:1:1:1:1;B组为g1:g2:g3:g4:g5:g6=3:3:1:1:1:1;C组为g1:g2:g3:g4:g5:g6=1:1:3:3:1:1;D组为g1:g2:g3:g4:g5:g6=1:1:1:1:3:3来分别代表均匀粒径、小粒径占多、中粒径占多和大粒径占多的现场充填情况。
3.2 试验设备的选择及模具的设计
3.2.1 压缩试验机
试验采用YE-200A液压试验机进行测试。该试验系统可以进行岩石的单轴压缩、常规三轴压缩等试验[7], 最大压力可以达到2000 k N。
3.2.2 矸石压缩筒的设计
按照粗粒土材料压缩试验的研究成果, 为了降低尺寸效应对试验结果的影响, 压缩体颗粒最大粒径要小于容器直径的1/5[8]。由于所选矸石试样的最大粒径为60 mm, 则压缩容器的内径应为300mm。设计最大单轴压力为30 MPa, 取侧压系数为1[9], 则筒内壁的径向最大压力也为30 MPa。
由厚壁圆筒的环向应力计算公式得到筒壁内最大环向应力发生在筒内壁, 即:
式中:a为内径, b为外径, σθ为屈服极限, qa为筒壁内压。
在试验中要保证钢筒发生弹性变形, 最大环向应力应小于钢筒的剪切屈服极限, 即:
式中, n为安全系数, 取值1.6;σs为钢材屈服极限。
综合分析式 (6) 和式 (7) , 最终确定外径为340mm, 内径300 mm, 筒深360 mm。选取的钢材为45#钢, 其此时屈服极限为355 MPa。为了消除试验过程中压头与筒壁之间的摩擦, 在加工圆筒时, 需将上口和筒壁进行打磨。
为了在压缩的过程中利于筒内空气的排出而又不至于矸石粉末飞散出来 (图1) , 在钢筒的周边打四排对称的内径为l mm的小眼。
由于钢桶内径较大, 压头整体重量大, 不利于安放, 因此, 将其设计成一大三小四个部分组成, 方便安放和从压筒中取出。压盘也是用45#钢作为材料, 大压盘直径是299 mm, 厚为45 mm。加工直径为150 mm的三个小压盘, 每个高度是65 mm。在三个小压盘轴心处打直径为20 mm的圆孔, 与大压盘通过插销串联, 插销下与大压盘相连接, 利于压缩后提起大压盘 (图2) 。实物如图3所示。
4 试验过程
进行矸石的压缩试验时, 先将钢筒放置于YE—200A液压试验机的承压台上, 然后将预先筛分好的矸石试样装入钢筒, 为使钢筒内的矸石受压时能够承受均布荷载, 把矸石试样的表面铺平, 然后依次放好压盘。在压缩筒的外筒壁上利用磁力吸座固定好量程为50 mm的千分表, 用来读取试验机的压缩行程。将液压试验机的压力板调整到与千分表刚刚接触的位置;调整千分表的位置, 使其伸缩杆与液压试验机的压力盘垂直接触。做好上述准备后, 开动试验机, 每加压10 k N记录一次位移行程。施加的最大压力为1500 k N, 约为22 MPa。加载完毕后, 先卸载油压, 然后把试验机的压力盘升起到一定高度, 把压缩筒搬下试验机承压台, 使用工具把压缩筒的筒身和底部分离, 利用扦子等工具把被压缩后的矸石试样掏出来, 然后装下一组试样, 继续重复着上面的步骤[10]。
5 试验结果分析
5.1 压缩率与压力的关系
矸石试样压缩率是压缩量和装料高度的比值, 式:
式中:η为矸石试样在某压力下的压缩率;ΔH为该组试样在某一时刻的压缩量, H为原始的装料高度。
本次试验每组试样的装料高度都为280 mm。按照式 (8) 得表1, 由表1可以看出, 在整个压缩过程中, 各个阶段的压缩率对比, 均匀配比试样 (A组) 的压缩率一直最小。所以, 在充填开采过程中, 选择均匀配比的充填材料。
5.2 压缩率随压力变化的回归函数确定
由于试验室过程中记录数据各个压力之间存在间隔, 而在某矿生产过程中压力是连续变化的, 为了得到任意压力条件下矸石的压缩率, 对A组矸石试样压缩率随压力的变化曲线进行回归分析, 拟合出回归方程, 将对现场矸石充填工作有很大的指导意义。由表1中A组矸石试样数据, 拟合出压缩率与压力之间的回归函数为:
式中:η为压缩率, σ压力。回归函数的拟合度为0.99, 说明拟合的精度高。绘制出回归函数与A组数据的散点对比图, 如图4所示。
5.3 充填高度回归函数的确定
虽然在矸石压缩试验中, 矸石受压处于完全侧限状态。在充填开采过程中不留巷, 已有三个方向侧限, 只有靠近工作面一侧可能是自由面。由于充填支架有夯实锤, 可以防止矸石向工作面的滑落, 在充填过程中刚刚充填后的矸石和顶板不能完全接触, 矸石没有受到顶板压力, 随着充填工作不断向前推进, 当矸石与顶板接触并开始承载时, 该部分矸石处于侧限状态。所以充填工作面中也可以近似视为完全侧限, 试验中的结果可以在现场中应用。
由式 (9) 计算出充填体的压缩率, 再通过式 (1) 反推出充填体的高度。最终得出矸石充填过程中, 充填高度与采厚、顶板允许下沉量和顶板压力的函数关系为:
式 (10) 各个参数意义与之前相同, 通过式 (10) 就可以确定不同开采条件下的矸石充填量h0。
6 结论
1) 根据试验目的和要求设计的新型试验模具, 该模具具有风孔排压功能, 而且尺寸大使得边界效应对试验结果影响达到最小, 试验所得数据更接近现场条件。
2) 均匀配比的矸石材料充填后压缩过程中压缩率最小, 对顶板控制效果最好。整个矿区都应选择均匀配比的充填材料, 对本矿区及附近矿井充填材料配比的选择具有指导意义。
3) 分析得出了某矿均匀配比的矸石充填材料与压力的变化规律:η=0.0661×lnσ+0.141, 并在此规律的基础上推导出矸石充填量与采厚、顶板允许下沉量和顶板压力的关系式:。
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矿山尾砂充填探索 篇7
采矿是矿产资源开发利用的基础工业, 但是采矿在为工业提供原材料的同时, 也不可避免的会扰动和破坏地表环境, 带来安全隐患。
随着工业社会飞速发展, 矿产需求量的增加, 矿产资源开发利用引发的环境破坏和废料排放, 已造成相当严峻的社会问题。矿山固体废料的排放侵占了大量宝贵的土地, 造成生态环境恶化, 同时也造成了大量有价值金属与非金属资源的流失。
利用矿山废料的充填技术, 既可充分安全有效的回收资源、保存远景资源、防地表塌陷, 又可减少废料向地表的排放, 是充分利用尾矿资源发展节地、节能、节材、环保利废的直接有效途径, 是现代采矿工业中一项支撑矿业可持续发展的战略新技术。
1 常见充填方案
目前国内外应用于采矿的充填工艺主要有以下几种。
1.1 分级尾砂充填
分级尾砂充填工艺曾经是我国应用最广泛的一种充填工艺, 包括分级尾砂胶结充填和非胶结充填。充填料浆的质量浓度为65%~70%, 充填采场脱水量30%~15%。分级尾砂的利用粒径一般为37μm以上, 尾砂利用率为50%左右。
1.2 高浓度全尾砂胶结充填
充填骨料利用选厂不分级全尾砂。所谓高浓度是指全尾砂在静水中沉降的最大浓度。其质量浓度高低取决于全尾砂比重、粒度大小与组成及压缩厚度。
而体积浓度则主要取决于颗粒大小与组成。胶凝材料主要是水泥或其替代品, 如矿渣、干排粉煤灰等工业废渣。
借助管道输送其质量浓度为70%~75%及体积浓度为43%~50%, 充填倍线为3~4, 采场脱水量为3%~6%。
1.3 膏体泵送胶结充填
充填骨料有全尾砂、帮磨砂、粉煤灰、普通硅酸盐水泥、磨碎炉渣等。配制的充填料浆浓度为75%~80%, 塌落度为20cm左右, 充填采场的脱水量几乎为零。这种浓度的充填料浆成为膏体, 其自流输送困难, 一般需要泵送。
膏体输送一般采用混凝土双轴搅拌槽和混凝土泵, 目前国内外生产的泵最高压为15.0MPa~20.0MPa, 当输送量为40m3/h~60m3/h, 最大水平距离为1 500m, 或最大垂直输送高度为200m。
1.4 废石胶结充填
废石胶结充填往往采用自然级配的破碎料、掘进废石作为充填料, 胶结料采用纯水泥浆或水泥砂浆。胶结充填料浆体通过管道输送到井下采场。
废石一般采用多种输送方式, 如自流输送、皮带机、铲运机等方式进行输送, 根据现场实际情况选择。
分流输送工艺对充填料浆没有特殊的要求。大规模废石胶结充填主要采用自淋混合的工艺, 采场制备胶结混合料。本方法充填体强度较高, 但效率低, 采场接顶需要采取特殊措施。
1.5 其他充填方法
其他充填方法主要根据矿山实际情况, 充分利用其他工业废渣 (像铝土矿的赤泥、磷矿的磷石膏、粉煤灰、冶炼炉渣等) 及产量丰富的地方材料, 如河沙、海沙、江沙及风沙等作为胶结材料和骨料, 按一定比例和浓度制成充填浆料。然后通过充填钻孔及井下管道自流输送到采空区进行充填。
根据吴庄铁矿现有条件, 按骨料不同有两个充填方案可供选择。一是废石胶结充填;二是尾砂胶结充填。排土场废石需要破碎筛分, 向井下输送还需要打深至少370m直径3m的废石溜井或在地面建混凝土搅拌站;而尾砂不需要加工筛分只需要送至充填站。与尾砂相比, 废石还可以作为建筑材料, 所以确定采用尾砂充填方案。
2 充填系统的组成
充填系统一般包括以下内容:
1) 充填方式、充填材料种类、数量、来源及材料力学强度与化学稳定性;
2) 尾砂与水泥的输送、贮存与溜放;
3) 材料配比与浆体浓度调节;
4) 供水、供电和供气;
5) 充填料浆的制备;
6) 充填料浆井下自流与助流管道输送与分配;
7) 制浆设备、充填钻孔与输砂管道的水汽联合清洗;
8) 采场挡墙与排水排泥系统;
9) 料位、流量与浓度的自动监测与控制系统;
10) 充填系统的控制、调度与通讯联络。
3 充填材料的选择
一般对充填材料有以下几个方面的要求:
1) 料应有满足充填量的稳定来源, 便于采集、运输并且价格低廉;
2) 为便于运输和贮存, 以及在充填后充填材料具有一定的强度和稳定的物理性质;
3) 充填材料具有一定的化学稳定性。含碳和油页岩以及含硫化物较多的充填材料, 容易氧化发热, 使井下温度升高, 同时释放大量的CO、CO2、SO2等有害气体, 严重时甚至引起地下火灾。当必须采用这类材料充填时, 应采取必要的防范措施;
4) 根据吴庄铁矿实际条件, 充填材料选用该选矿厂尾砂及附近电厂的粉煤灰, 尾砂粒度分析及物理性质、粉煤灰粒度分析及物理性质。
4 充填技术参数
充填工艺对充填要求有4个:一是充填体强度;二是管输特征;三是采场充填接顶效果或充填率;四是采场脱水率要小。
充填强度大小取决于灰砂比和灰水比 (或砂浆浓度) 两个参数, 灰砂比和灰水比越大, 则强度越高, 但是灰砂比和灰水比愈高, 管道输送越困难, 采场充填率低, 接顶效果差。
从充填体强度、输送、脱水率等方面综合考虑, 决定采用68%~73%。
浓度全尾砂胶结充填方案和工艺, 其特点是:充填体内粒级分布均匀, 水泥分布均匀, 充填体整体性好、稳定性高;在胶结过程中具有泌水密实作用, 泌水率仅3%~5%, 料浆中多余的水浮在充填体表面, 通过悬挂在采场顶板的脱水管排出采场挡墙外水沟内;具有初始强度, 2天~3天即凝固。
5 充填工艺及设施
吴庄铁矿采用分段空场采矿、阶段嗣后尾胶充填法, 矿柱与矿房分两步回采。即先采矿柱后采矿房, 矿柱用灰砂比为:1:6尾胶充填, 矿房用灰砂比1:12的尾胶充填。阶段高50m。顶柱40m (净高46m) , 分层高度11.5m, 矿柱宽8.0m, 矿房宽12.0m, 矿房矿柱采场长50m。计算灰砂比1:6与灰沙比1:12两种配比, 其用量体积为4:6。
5.1 充填材料
按吴庄铁矿采场矿石产量45×104t/a (合1364t/d) 计算井下采场充填需要用量。充填骨料选用本铁矿集团选矿厂的全尾砂, 不足部分采用电厂粉煤灰补充;胶结材料选择强度等级42.5级的普通硅酸盐水泥。
5.2 充填材料配比及耗量
根据采矿方法对充填工艺的要求, 矿柱充填体强度28天大于2.0MPa, 采用灰砂比1:6, 混合料浆浓度为73.8%。矿房采用灰砂比1:12, 混合料浆浓度为71%, 充填配比及消耗量见表3。
5.3 充填工艺设施
在地表设立一座尾胶充填站。位于吴庄矿区内主井东南侧。
尾胶充填站的任务是将尾砂 (或粉煤灰等) 和水泥 (或其他代用材料) 按预定的比例及需要量, 加水搅拌均匀成质量浓度71.0%~73.0%的充填砂浆, 然后由充填钻孔自流输送到井下, 再由各中段平巷管路进入相应的采场实施充填。
充填站由两座主式砂仓、一座水泥仓、一个高浓度搅拌桶及相关辅助设施组成。
充填用尾砂由选矿厂输送管道压送至主式砂仓内进行沉淀、脱水、贮存;也可用自卸汽车由尾砂库铲取尾砂送至立式砂仓地面, 然后由斗式提升机卸入砂仓。
水泥通过散装水泥罐车运到充填站, 用压气送入水泥仓内。
主式砂仓为钢结构, 容积491m3, 有效容积440m3, 砂仓底部有造浆系统和放砂管路, 防砂浓度68%~70%, 放砂浓度和流速量分别有浓度计和电磁流量计检测, 放砂流量设电动调节阀控制。
水泥仓容积143m3, 有效容126m3。水泥仓顶设有除尘器、雷达料位计, 水泥仓底部设有计量螺旋给料机, 螺旋给料机采用变频控制, 按灰砂比定量将水泥送至高浓度搅拌槽。
高浓度搅拌槽将充填料浆搅拌均匀后由槽底部防砂管路放至充填钻孔。
在充填钻有垂直钻孔两个, 直径Φ250, 由地面+39m至井下-330m, 钻孔深369m。充填管选用16Mn钢管。
平巷内的充填管路选用普通无缝钢管。充填站设计采用71.0%~73.8%的高浓度全尾砂胶结充填材料, 井下管路砂浆自流输送的充填倍线3.0左右。放砂自地表+39m自流到井下, -330最远的采场水平管道长800m, 则充填最大倍线为3.2。胶结充填操作参数见表。
按矿石量45×104t/a规模, 年充填总量为125 400m3/a, 日充填量380m3/d。按充填不均匀系数为2计, 连续一次最大充填量为760m3/d。
6 技术经济效益
1) 该项目建成后, 每年向井下采场进行充填作业, 每年消耗尾砂125 400m3/a。
按单位面积堆存尾砂20m3/m2计, 则每年须征用土地6 250㎡;按地价200元/㎡计算, 则每年新增土地占用费125万元。
单从矿山建尾砂库的征地费 (不包括尾砂库的建设费和管理费) 及按矿山服务年限25年计, 则可节省土地征用费3 125万元。
2) 矿山充填需要支出费用, 但通过矿山充填可以降低采矿贫化率和损失率及井下排水费, 特别是排水量大的矿山, 能够使矿山增加效益。
充填采矿法可降低矿石损失及贫化10%~15%以上, 与空场法相比, 充填采矿法可降低矿石损失及贫化20%~30%。
7 结论
吴庄铁矿高浓度全尾砂胶结充填站建成后, 经过两年来的生产运行, 在保障采矿安全生产、提高回采率、保护环境和地表设施及防治水方面取得了明显的效果。此外还利用了矿山废料——选矿厂的全部尾砂及附近电厂的大量粉煤灰, 不用建设新的尾砂库, 基本实现了无废开采, 有效地保护了矿区及周边的自然生态环境, 取得了良好的经济和社会效益。
摘要：在环保意识提高、保护环境、和谐发展的今天, 矿产资源开采利用过程中矿山尾砂处理是制约矿山生产、建设的一个重要难题:一是带来矿山投资巨额增加;二是尾砂库占用大量土地;三是尾砂堆坝和长期管理的维护费用大。为此, 本文简要分析了几种尾砂再利用的常用充填工艺, 结合我单位的实际情况, 重点探讨了高浓度全尾砂胶结充填充填工艺, 意在引导矿山应用尾砂充填工艺, 以保护矿山生态环境, 提高矿山经济效益。
关键词：采矿,全尾砂胶结充填,立式砂仓
参考文献
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