主动接顶充填材料膨胀机制及配比优化研究

摘要

充填采矿法是深部高风险矿体的核心开采手段，但充填料浆易因泌水沉降等问题无法有效接顶，现有强制接顶技术往往存在工艺复杂、效果不佳等问题.作者提出了新型“主动接顶”充填理念，通过引入固相膨胀组分，利用水化反应诱导充填材料可控膨胀实现未接顶区域主动补位.本研究以全尾砂废石胶结充填体为主要研究对象，分析了不同膨胀剂种类及掺量下的强度、流动性、膨胀能力，并基于灰靶决策法优选出适用于矿山充填的膨胀剂及其最佳水平.结果表明：无论何种膨胀剂均会对充填材料的力学性能起到一定的劣化作用；膨胀剂种类对料浆流动能力的影响次序为CaO基>钙矾石基>MgO基；相同掺量下掺CaO基膨胀剂的样品表现出更大的竖向膨胀率及膨胀应力，相比MgO基及钙矾石基膨胀剂而言，其14 d内的膨胀率分别是两者的49.9倍和1.27倍（以掺量10%为例）；综合下向充填需求，通过灰靶决策优化得到最优方案为10%掺量的钙矾石基膨胀剂，其14 d竖向膨胀率达5.88%、膨胀应力为0.81 MPa.

关键词

主动接顶 / 充填 / 膨胀机制 / 配比优化 / 灰靶决策

基金资助

“十四五”重点研发计划资助项目（2022YFC2904103）; 国家自然科学基金资助项目（52304144）; 山东省自然科学基金资助项目（ZR2023QE133）