吳已成 謝 濤 羅 濤

(1.江西銅業(yè)集團公司武山銅礦；2.江西理工大學(xué)建筑與測繪工程學(xué)院；3.江西理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院)

新型固化劑膠結(jié)尾砂充填擋墻的工程應(yīng)用

吳已成1謝 濤2羅 濤3

(1.江西銅業(yè)集團公司武山銅礦；2.江西理工大學(xué)建筑與測繪工程學(xué)院；3.江西理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院)

某銅礦使用新型固化劑膠結(jié)尾砂充填試驗以來，仍沿用以往的擋墻方案，尚未對其合理性進行分析。通過對試驗擋墻的現(xiàn)場側(cè)壓力進行監(jiān)測，結(jié)合工程實際情況，分析了擋墻在充填過程中的受力情況。結(jié)果表明：充填擋墻所受側(cè)向壓力主要為充填料漿對擋墻的靜壓力及充填體自身固化凝結(jié)產(chǎn)生的膨脹力，經(jīng)計算得出了在新型固化劑膠結(jié)尾砂充填條件下?lián)鯄Φ暮侠斫Y(jié)構(gòu)。

膠結(jié)尾砂充填 充填擋墻 側(cè)壓力 靜壓力 膨脹力

尾砂膠結(jié)充填料漿具有特殊性，充填擋墻任何形式的破壞將導(dǎo)致充填料漿發(fā)生泄漏，引發(fā)礦山安全生產(chǎn)事故，因而有必要確定合理的充填擋墻結(jié)構(gòu)[1-3]。某銅礦運用新型固化劑膠結(jié)尾砂充填采礦法，采用自重式水力輸送，漿體濃度為70%[4-6]，目前使用的是鋼筋混凝土擋墻結(jié)構(gòu)，在實際運用階段存在較大的安全隱患。本研究通過現(xiàn)場試驗，分析在充填過程中擋墻的受力情況，并確定合理的擋墻結(jié)構(gòu)。

1 擋墻壓力試驗

1.1 試驗過程

試驗在某銅礦的回采分條進行，擋墻尺寸4 m×3.5 m，為分析擋墻不同位置的壓力分布情況，試驗共布置了9個壓力盒，壓力盒的分布位置見圖1。在垂直方向上，Y01#、Y02#、Y03#點處于同一水平位置，距頂板3 m；Y04#、Y05#、Y06#點處于同一水平位置，距頂板2 m；Y07#、Y08#、Y09#點處于同一水平位置，距頂板1 m。同一水平位置的壓力盒間距均為1 m，并且與擋墻邊緣的距離也均為1 m。

圖1 混凝土擋墻壓力盒布置

安裝壓力盒時，首先將壓力盒固定于模板上，確保壓力盒完全牢固后灌注混凝土，待充填擋墻強度達到要求后，將此時的壓力值作為初始值；然后進行充填，監(jiān)測整個過程的擋墻壓力值。壓力盒現(xiàn)場布置如圖2所示，擋墻結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 壓力盒現(xiàn)場布置

圖3 擋墻結(jié)構(gòu)

充填試驗共分3期：第1期采用灰砂比為1∶6的固化劑尾砂充填料漿充填，充填高度2 m；第2期采用灰砂比為1∶12的固化劑尾砂充填料漿充填，充填高度1 m；第3期采用全尾砂充填，充填直至接頂。第1期充填結(jié)束后，經(jīng)過一段時間的沉降排水，而后進行了第2期充填，第2期充填完畢后，立即開始了第3期充填。第1期充填過程每15 min監(jiān)測1次壓力盒，讀取數(shù)據(jù)；第2期充填每20 min監(jiān)測1次，第3期每30 min監(jiān)測1次。

1.2 試驗結(jié)果

各充填階段與時間的對應(yīng)關(guān)系見表1。充填階段各監(jiān)測點的應(yīng)力隨時間的變化曲線如圖4所示。

表1 充填各階段與時間的對應(yīng)關(guān)系

由圖4可知：充填階段擋墻所受側(cè)向壓力主要為充填料漿對擋墻的靜壓力和充填體自身凝結(jié)固化產(chǎn)生的膨脹力。第1期充填開始階段擋墻所受側(cè)壓力隨充填高度的增加平穩(wěn)增長，第1期充填結(jié)束后到沉降排水，該段時間擋墻所受側(cè)向壓力有所減小，但隨著第2期充填開始，擋墻所受側(cè)向壓力持續(xù)增大。第3期充填階段一段時間內(nèi)壓力增長較快，達到峰值，充填結(jié)束后，充填料漿逐漸平靜，下部充填料漿也逐步脫水、沉降、凝結(jié)固化，導(dǎo)致充填擋墻所受側(cè)向壓力逐漸減小，而料漿自身的膨脹力不斷增大，但對擋墻的穩(wěn)定性威脅較小。隨后第3期沉降，壓力逐漸減小并趨于穩(wěn)定狀態(tài)。隨著充填材料的凝結(jié)固化，可預(yù)見擋墻所受的側(cè)向壓力最終將趨于0。

圖4 各監(jiān)測點應(yīng)力值隨時間變化曲線

2 擋墻受力分析和結(jié)構(gòu)計算

根據(jù)各測點充填過程中應(yīng)力曲線的變化情況，可得各測點的應(yīng)力最大值，見表2。若一次充填完成，此時擋墻受到的推力達到最大。實際上，該試驗分條充填過程分3期進行，隨著充填時間間隔的延長，充填體自然安息角逐漸增大，擋墻受到的最大推力必然會減小，擋墻的穩(wěn)定性將顯著提高[1]。

表2 各測點最大應(yīng)力值 MPa

測點最大應(yīng)力值測點最大應(yīng)力值Y01#0.011Y06#0.026Y02#0.059Y07#0.055Y03#0.055Y08#0.033Y04#0.032Y09#0.008Y05#0.048

試驗擋墻沿用的是水泥膠結(jié)尾砂充填情形下的擋墻結(jié)構(gòu)，采用的是現(xiàn)澆混凝土擋墻，混凝土等級為C25，在充填擋墻內(nèi)用鋼筋固定于四周壁上，選用φ16 mm鋼筋，共24根。若繼續(xù)選用φ16 mm鋼筋，安全系數(shù)取1.5，其抗剪強度為32 kN/cm2。根據(jù)現(xiàn)場試驗，最終分析計算得到擋墻所受的最大側(cè)向壓力為0.059 MPa。試驗進路尺寸為4 m×3.5 m，可計算得到充填擋墻所受的最大壓力約826 kN。由此可知，共需φ16 mm鋼筋20根。

3 結(jié) 論

(1)在充填過程中，擋墻主要受到充填料漿對擋墻的靜壓力及充填體自身固化凝結(jié)產(chǎn)生的膨脹力的作用。

(2)在進行第3期充填時，擋墻所受側(cè)向壓力達到峰值，此時擋墻最可能發(fā)生倒塌破壞，在該階段因嚴格進行現(xiàn)場監(jiān)控。

(3)通過分析新型固化劑膠結(jié)尾砂充填擋墻在充填過程中的受力情況，經(jīng)計算確定了擋墻內(nèi)部合理的配筋數(shù)，采用該結(jié)構(gòu)不但工序簡單、作業(yè)安全、勞動強度降低，而且可降低生產(chǎn)成本。

[1] 王新民，古德生，張欽禮.深井礦山充填理論與管道輸送技術(shù)[M].長沙：中南大學(xué)出版社，2010.

[2] 顏丙乾，楊 鵬，呂文生.三山島金礦采場充填脫水工藝改進措施[J].金屬礦山，2015(3)：48-52.

[3] 徐 帥，張月俠，李元輝，等.礦山快捷組合式充填擋墻裝置的研發(fā)[J].金屬礦山，2010(1)：1-5.

[4] 周瑞林.分級尾砂膠結(jié)充填在武山銅礦的應(yīng)用[J].有色金屬：礦山部分，2010，62(3)：1-3.

[5] 張葆春，曹宗權(quán)，趙永和，等.尾砂膠結(jié)充填擋墻受力分析及工程應(yīng)用[J].有色金屬科學(xué)與工程，2011(5)：57-60.

[6] 劉曉俊，高連月，麥 強.新型尾砂充填智能化自動控制系統(tǒng)[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015(6)：190-191.

2015-10-10)

吳已成(1982—)，男，工程師，碩士，341001 江西省贛州市客家大道156號。