2007年1月之前的空场法采矿，由于采出矿石后未对采空区进行有效处理，经过长时间的开采，会形成大量的采空区，导致采空区顶板岩石垮落，上覆岩层沉降，破坏，直至引起地表山体坍塌和滑坡，形成地质灾害，矿山生产不安全，给地表工业设施、公路及房屋带来极大的威胁；还会造成耕地破坏，占用大量的耕地排矸，带来许多环境问题。截至2007年1月，人们针对矿山空场法采矿的这一顽疾开发了一些充填采矿方法，例如中国02109245.1号“切割落矿干式充填人工矿柱采矿方法”、03100050.9号“一种充填留矿采矿法”、03124720.2号“阶梯式分段挤压崩矿跟随充填连续采矿法”、200510074429.6号“上向间隔进路充填采矿方法”等。这些方法均对上述环境问题的解决有一定的效果，但有的只适用于某种矿体，有的只能解决部分问题，有的还会造成伴生矿体的损失。^[2]

该发明的目的在于提供一种磷石膏胶结嗣后充填采矿法及其制浆工艺，不仅可以克服2007年1月之前技术的缺点，还能够充分利用磷化工产生的数量巨大的磷石膏废渣，更好地保护生活环境。^[2]

《磷石膏胶结嗣后充填采矿法及其制浆工艺》的具体内容包括：

（1）划分矿房：将倾角为20-90度矿体沿走向划分为若干个长度为600-800米的盘区矿块，每个盘区划分为若干个分层（段），每个分层（段）高度据倾角定为8-10米；盘区斜坡道布置在每个盘区矿块的中部，当盘区斜坡道施工到每个分层标高后，掘布置在矿体顶板内离矿体顶板线为15米左右的脉外分层平巷，然后按每20米左右掘一条矿房联络道进入矿房的矿体；每个矿房不留顶柱，只留连续间柱或点柱；

（2）充填准备：当每个矿房回采完毕后，在下分层矿房联络道处施工充填体隔离挡墙，在上下分层矿房联络道之间穿过空场安装脱水管；当充填体隔离挡墙和脱水管安装好之后，就可进行充填，即在上分层矿房联络道向采空区充入充填料浆和矸石；

（3）制备浆料：地面充填站将磷石膏、粉煤灰、水泥和水按一定的配比和浓度要求制备成料浆通过垂直管道或料浆泵站经充填管输送进入平巷，再通过充填管线井和脉外分层平巷内的连结管道，将料浆输入采空场；在充填的过程中，为提高充填体的强度和对矸石的利用，还用铲运机向采空场内充填生产过程中产生的矸石；

（4）回采充填：由于充填料浆的最终凝固时间为3个月，因此，回采和充填矿房的顺序为：走向上先对偶数/奇数矿房进行回采和充填，然后待偶数/奇数矿房充填体达到凝固要求后，再对奇数/偶数矿房进行回采与充填，倾向上，先回采充填完最下一个分层，再依次往上进行；充填过程中，要充分利用充填料浆的压力，将矸石和料浆搅拌均匀，使充填料向采空区两边流动，直到充满采空区。

该发明人在对胶结充填材料及配比进行了大量试验后得出结论：①磷石膏作为胶结充填骨料用于井下嗣后充填是可行的，固结体的终期强度可达到1.3～3兆帕，能够满足生产要求；②磷石膏胶结充填混合料中添加粉煤灰可降低水泥消耗，降低充填成本，同时也能提高固结体的终期强度；③为便于铲运机作业，粉煤灰磷石膏胶结充填的适宜配比为：水泥:粉煤灰:磷石膏＝1:1:4～1:1:10；浆体质量浓度：57％～63％；输送方式采用管道自流输送或料浆泵输送；④粉煤磷石膏胶结充填浆体具有良好的制备和水力输送性能，充入采场后，水泥不易离析，泌水率低，这对于嗣后充填采矿工艺极为有利；⑤为进一步降低充填成本，可以利用掘进矸石进行块石胶结充填，块石与料浆分开输送，利用料浆的渗透性固结块石；⑥磷石膏是一种缓凝剂，其胶结充填体早期强度偏低，可以利用水泥粉煤灰岩粉混合料浇筑层面，配比和浆体质量浓度同上。

根据上述结论，该发明人提供的制浆工艺是以磷石膏、粉煤灰或白云岩和水泥为填充料浆的材料，磷石膏和粉煤灰由料仓经皮带输送至双轴搅拌机，同时水泥由水泥仓经螺旋输送机进入双轴搅拌机，加水再经强力活化搅拌机最终制成充填料浆；制备的充填料浆经充填钻孔进入采准水平，再经充填管线斜井进入充填采场的上分层脉外分层平巷，由充填采场的上分层矿房联络道充入采场。

上述工艺中，采用粉煤灰磷石膏胶结充填时，各材料的重量配比为：水泥:粉煤灰:磷石膏＝1:1:4～1:1:10，浆体浓度为57％～63％，输送方式为管道自流输送，矸石用铲运机运输。上述工艺中，所用层面胶结充填的材料重量配比为：水泥:粉煤灰:岩粉＝1:1:4，浆体浓度和输送方式与上相同。

上述工艺中，由于磷石膏胶结充填混合料粒径极细、粘性大、充填料浆浓度高、搅拌非常困难，因此采用双轴搅拌机与强力活化搅拌机组成的成套搅拌设备。双轴搅拌机对充填料进行初步搅拌，混合料达到基本均匀的目的，为下一步强力活化搅拌制备出流动性好、混合均匀的高浓度充填料浆创造有利条件；强力活化搅拌机进行强力活化搅拌，从而制备出流动性好、浓度高的均质充填料浆。^[2]

《磷石膏胶结嗣后充填采矿法及其制浆工艺》有如下特点：①在磷石膏供料系统中，采用打散破碎技术，解决了磷石膏料中大块处理难的问题，使磷石膏的利用率从90％提高到100％；②采用了带破拱架的振动放料技术，解决了磷石膏和粉煤灰在放料过程中由于粘性大而产生的结拱现象，确保磷石膏和粉煤灰能连续均匀地供料；③采用了双轴搅拌和强力活化搅拌技术，解决了磷石膏胶结充填料极细、搅拌困难等难题，使制备出的充填料浆呈似膏体状态、并且混合均匀、流动性好、采场脱水量少；④采用了计算机控制技术和电视监视技术，整个系统由计算机控制调节，能确保充填料配比符合充填的要求，并大量减轻了人工强度；⑤磷石膏胶结充填系统与传统的膏体充填系统相比，具有工艺简单、操作容易、基建投资少等优点，该系统的基建投资不到传统膏体充填系统基建投资的1/10。

该发明提供的磷石膏胶结嗣后充填采矿法克服2007年1月之前技术的缺点，保证矿山达产和稳产，并且能使矿石回收率从65％提高到80％左右，我国宝贵的优质磷矿资源得到充分的回收利用，经济效益十分显著；有效地保护了矿山的环境，解决了空场法采矿形成地质灾害、矿山生产不安全，给地表工业设施、公路及房屋带来威胁的问题；使用磷石膏作为充填料，可以防止磷石膏占用大量的耕地和对周围环境产生的污染。该发明适用于采用空场法采矿的矿山，尤其适用于磷矿及其他非金属矿山开采企业。^[2]

图1为磷石膏胶结充填料制浆工艺流程示意图，其中，1为水泥罐车，2为水泥仓，3为水池，4为水源，5为电磁流量计，6为电动调节阀，7为1^#胶带输送机，8为电子皮带秤，9为振动放料机，10为粉煤灰料仓，11为破拱架，12为装载机，13为粉煤灰堆场，14为磷石膏堆场，15为磷石膏料仓，16为2^#胶带输送机，17为打散破碎机，18为磷石膏2#中间料仓，19为3^#胶带输送机，20为料浆漏斗，21为强力活化搅拌机，22为双轴搅拌机，23为螺旋电子秤，24为双管螺旋喂料机；图2为采场结构俯视图；图3为B-B剖视图；图4为C-C剖视图。^[2]

1.《磷石膏胶结嗣后充填采矿法及其制浆工艺》其特征包括：

（1）划分矿房：将倾角为20°～90°的矿体沿走向划分为若干盘区矿块，每个盘区划又分为若干个分层；盘区斜坡道布置在每个盘区矿块的中部，当盘区斜坡道施工到每个分层标高后，掘布置在矿体顶板内离矿体顶板线为15米左右的脉外分层平巷，然后按每20米左右掘一条矿房联络道进入矿房的矿体；每个矿房不留顶柱，只留连续间柱或点柱；

（2）充填准备：当每个矿房回采完毕后，在下分层矿房联络道处施工充填体隔离挡墙，在上下分层矿房联络道之间穿过空场安装脱水管；当充填体隔离挡墙和脱水管安装好之后，就可进行充填，即在上分层矿房联络道向采空区充入充填料浆和矸石；

（3）制备浆料：地面充填站将磷石膏、粉煤灰、水泥和水按一定的配比和浓度要求制备成料浆通过垂直管道或料浆泵站经充填管输送进入平巷，再通过充填管线小井和脉外分层平巷内的连结管道，将料浆输入采空场；在充填的过程中，为提高充填体的强度和对矸石的利用，还用铲运机向采空场内充填生产过程中产生的矸石；

（4）回采充填：由于充填料浆的最终凝固时间为3个月，因此，回采和充填矿房的顺序为：走向上先对偶数/奇数矿房进行回采和充填，然后待偶数/奇数矿房充填体达到凝固要求后，再对奇数/偶数矿房进行回采与充填，倾向上，先回采充填完最下一个分层，再依次往上进行；充填过程中，要充分利用充填料浆的压力，将矸石和料浆搅拌均匀，使充填料向采空区两边流动，直到充满采空区。

2.如权利要求1所述的磷石膏胶结嗣后充填采矿法，其特征在于所述矿房的划分是沿走向划分为若干个长度为600-800米的盘区矿块，每个盘区划又分为若干个分层，每个分段高度据矿体倾角确定8-10米。

3.如权利要求1所述的磷石膏胶结嗣后充填采矿法使用的制浆工艺，其特征在于该工艺以磷石膏、粉煤灰和水泥为填充料浆的材料，磷石膏和粉煤灰由料仓经皮带输送至双轴搅拌机，同时水泥由水泥仓经螺旋输送机进入双轴搅拌机，加水后，通过强力活化搅拌机制备成充填料浆；制备的充填料浆经充填钻孔或泵站输入采准水平，再经充填管线斜井进入充填采场的上分层脉外分层平巷，由充填采场的上分层矿房联络道充入采空场。

4.如权利要求3所述的制浆工艺，其特征在于采用粉煤灰磷石膏胶结充填时，各材料的重量配比为：水泥:粉煤灰:磷石膏＝1:1:4～1:1:10，浆体浓度为57％～63％，输送方式为管道自流或经泵站输送；采用矸石胶结充填时，各种材料的重量配比为：水泥:粉煤灰:磷石膏＝1:1:4-1:1:10，浆体浓度为57％～63％，输送方式为浆体管道自流或泵站输送，矸石由铲运机运输。

5.如权利要求3所述的制浆工艺，其特征在于所用层面胶结充填的材料重量配比为：水泥:粉煤灰:岩粉＝1:1:4。

6.如权利要求3所述的制浆工艺，其特征在于浆料的制备采用双轴搅拌机与强力活化搅拌机组成的成套搅拌设备。^[2]

实施例开磷（集团）用沙坝矿是贵州开磷集团公司矿业总公司的下属矿山，其保有地质储量为5000多万吨。该矿原来的采矿方法为空场法。中段高度为50米，分段高度为10米，采场长度为10～12米，采场与采场之间留4米的间柱。

改用该发明的磷石膏胶结嗣后充填采矿法，将走向长度为1100米的矿块沿走向划分为两个盘区，每个盘区划分为5个分层，每个分层垂高为10米。盘区斜坡道布置在每个矿块的中部，当盘区斜坡道施工到每个分层标高后，掘布置在矿体顶板内离矿体顶板线为15米的脉外分层平巷，然后按每20米一条掘矿房联络道进入每个矿房，每个矿房不留顶柱，只留3米的连续间柱或4米×4米的点柱。

采场出矿完毕，在上分层脉外分层平巷的充填主管中接入3时柔性增强塑料软管，然后通过矿房联络巷直达采空区顶端。充填软管用铁丝每隔5米固定在施工于巷道帮上的管缝式锚杆的托盘上。在紧临采场空区的出矿进路架设充填挡墙。充填挡墙由木立柱、木板与金属网构筑而成。木立柱直径200毫米，长度依隔离墙架设高度而定。木板厚度30毫米，木板与木板之间留50毫米左右的间距。隔离墙骨架筑好后，在其内侧用麻布袋敷设好，用铁钉或带速凝的水泥系紧封严，防止充填时跑浆、漏浆。在上下分层矿房联络道之间（穿过空场）安装脱水管，脱水管一端安装于充填挡墙外，采场内充填脱水管安放于上盘一侧，为了不使脱水管被充填废石砸坏，脱水管布置在角落，钢丝绳一侧靠外，并且用废木板或废钢板保护脱水管。之后进行充填。地面充填站将磷石膏、粉煤灰、水泥和水按一定的配比和浓度要求制备的料浆通过垂高为218米的垂直管道进入1170平巷，再通过充填管线井和脉外分层平巷内的连结管道，将料浆输入采空场，还用铲运机向采空场内充填白云岩废渣。回采和充填矿房的顺序为：走向上先对偶数或奇数矿房进行回采和充填，然后待偶数或奇数矿房充填体达到凝固要求后，再对奇数矿房进行回采与充填，倾向上，先回采充填完最下一个分层，再依次往上进行。矿房内分层平巷挂矿体顶板掘进，每个矿房掘进长度为17米，分层平巷掘进断面积为14.7平方米，支护型式为锚杆与金属网联合支护。每个矿房内布置两条切割上山，每条切割上山中心线离分层平巷末端3米。切割上山沿矿体顶板掘进。掘进断面规格：宽×高＝3米×2.8米，面积为8.4平方米，支护型式为管缝式锚杆与金属网联合支护。

具体采场结构参数如下：①矿体倾角为25～45°，②中段高度为50米，③分层高度为10米，④矿块长度为500～600米，⑤矿房尺寸为宽×斜长＝20米×20米，⑥矿柱为连续间柱2个，一边一个，长为3米；点柱一个，位于矿房中部，长×宽＝4米×4米。所用的磷石膏胶结充填系统工艺流程有五条生产线，即磷石膏供料线、粉煤灰供料线、水泥输送线、供水线、充填料浆制备及其输送线。磷石膏胶结充填系统工艺流程如附图1所示。

磷石膏供料线：磷石膏用自卸汽车运到充填站磷石膏堆场14堆存，充填时，用装载机12将磷石膏装载卸至1#中间料仓15，通过带破拱架11的单台板振动放料机9放料，经2^#胶带输送机16送入打散粉碎机17，粉碎后的磷石膏落入2#中间料仓18，再经带破拱架11的单台板振动放料机9放料，然后由3^#胶带输送机19送入双轴搅拌机22。磷石膏干料供料能力为28～60吨/小时，磷石膏湿料供料能力为38～84吨/小时，磷石膏采用皮带电子秤8自动计量，并通过调节单台板振动放料机9的变频调速器的频率来实现磷石膏给料量的调节。

粉煤灰用自卸汽车运到充填站粉煤灰堆场13储存。充填时，粉煤灰用装载机12上料卸至中间料仓10，然后通过带破拱架11的单台板振动放料机9放料，再经1^#胶带输送机7送入双轴搅拌机22。粉煤灰干料供料能力为4～13吨/小时，粉煤灰湿料供料能力为5～15吨/小时，粉煤灰采用皮带电子秤8自动计量，并通过调节单台板振动放料机9的变频调速器的频率来实现粉煤灰给料量的调节。

水泥采用水泥罐车1送至充填站，经压气自动卸入100吨水泥仓2。充填时，水泥由型双管螺旋喂料机24放料，再经单螺旋电子秤23计量后输送到双轴搅拌机22。水泥供料能力为4～13吨/小时，并通过调节双管螺旋喂料机24的变频调速器的频率来实现水泥给料量的调节。

充填站建有水池3。充填时，水池3中的水通过水泵4供给，经电磁流量计5计量，并通过调节水泵4变频调速器的频率来实现给水量的调节。正常供水流量为24～36立方米/小时，冲洗管道的用水流量为90立方米/小时左右。

磷石膏、粉煤灰、水泥、水按照水泥:粉煤灰:磷石膏＝1:1:4～1:1:10，浆体浓度为57％～63％的工艺要求，先经双轴搅拌机进行初步搅拌后，再经强力活化搅拌机进行活化搅拌，搅拌均匀的充填料浆由充填管经充填钻孔和井巷自流输送到井下各充填采场。

双轴搅拌机22与强力活化搅拌机21组成成套搅拌设备。双轴搅拌机22的主要技术参数：制浆能力50～80立方米/小时，搅拌转速46转/分钟，骨料粒径＜15毫米，电机功率45千瓦。强力活化搅拌机21的主要技术参数：制浆能力50～80立方米/小时，搅拌转速980转/分钟，骨料粒径＜15毫米，电机功率30千瓦。充填站的平均充填能力达到40～42立方米/小时。^[2]

2015年11月27日，《磷石膏胶结嗣后充填采矿法及其制浆工艺》获得第十七届中国奖优秀奖。^[1]