金属非金属矿山充填工程技术标准GB/T51450-2022

 前言

住房和城乡建设部关于发布国家标准

《金属非金属矿山充填工程技术标准》的公告

　　现批准《金属非金属矿山充填工程技术标准》为国家标准，编号为GB/T51450-2022，自2022年12月1日起实施。

　　本标准在住房和城乡建设部门户网站（www.mohurd.gov.cn）公开，并由住房和城乡建设部标准定额研究所组织中国计划出版社有限公司出版发行。

住房和城乡建设部

2022年9月8日

前言

本标准是根据住房和城乡建设部《关于印发2017年工程建设标准规范制修订及相关工作计划的通知》建标〔2016〕248号）的要求，由矿冶科技集团有限公司、建筑材料工业技术情报研究所会同有关单位共同编制完成的。

本标准在编制过程中，编制组经广泛调查研究，认真总结实践经验，参考有关国际标准和国外先进标准，并在广泛征求意见的基础上，制定本标准。

本标准主要技术内容：总则、术语、充填材料、充填系统设计、充填作业、质量检测等。

本标准由住房和城乡建设部负责管理。

本标准起草单位∶矿冶科技集团有限公司（地址∶北京市大兴区北采路东段22号，邮政编码102628）

建筑材料工业技术情报研究所

中国恩菲工程技术有限公司

长沙有色冶金设计研究院有限公司

长沙矿山研究院有限责任公司

招金矿业股份有限公司

金建工程设计有限公司

山东黄金矿业科技有限公司

大冶有色金属集团控股有限公司

西部矿业股份有限公司

南京银茂铅锌矿业有限公司

飞翼股份有限公司

深圳市中金岭南有色金属股份有限公司

安徽马钢张庄矿业有限责任公司

中铁十九局集团矿业投资有限公司

北京安科兴业科技股份有限公司

北科蕴宏环保科技（北京）有限公司

中国有色金属工业西安勘察设计研究院有限公司

中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司

南京坤元材料有限公司

江西瑞钛管道有限公司

安徽先进建筑材料研究院有限公司

本标准主要起草人员∶杨小聪 郭利杰 周爱民  施士虎 郭  群  刘福春  魏晓明 许文远 李文臣  陈  晶  史采星朱立德 董鑫 王春光 呼艳芬 齐兆军 刘友章  陈少君  王海丰 高鹏举 王志远  张鹏飞 田志刚 杜向红 陈五九  王挥云 李长城 季毛伟 张  宁   颉铎铃 李乾龙 方长辉 周锡林 王明远 田立斌

本标准主要审查人员∶蔡美峰 蔡嗣经  杨焕文  周永祥 龙  涛 刘文永  侯运炳  许新启 李  政

1总则

1  总则

1.0.1  为规范矿山充填的工程设计、生产作业和质量检测，提高我国矿山充填技术水平，促进充填采矿法的推广应用，制定本标准。

1.0.2  本标准适用于金属非金属地下矿山充填的工程设计、生产作业和质量检测。

1.0.3  金属非金属矿山充填除应符合本标准规定外，尚应符合国家现行有关标准的规定。

2术语

2  术    语

2.0.1  矿山充填 mine backfill

采用砂、石以及其他材料，对地下采空区充填的作业过程。

2.0.2  充填材料 backfill material

包括充填集料、胶凝材料、水，以及改善充填料浆性能的外加剂。

2.0.3  充填集料 backfill aggregate

充填体中起填充和骨架作用的惰性材料。

2.0.4  尾砂 tailings

选矿厂在当前经济技术条件下，将矿石磨细，选取有用成分后排放的固体废弃物。

2.0.5  全尾砂    unclassified tailings

未经分级的全粒级尾砂。

2.0.6 分级尾砂 classified tailings

尾砂分级后用于矿山充填的粗粒沉砂。

2.0.7  粒级组成 particle size distribution

构成物料的各级别颗粒含量占总物料的比例，通常以百分数来表示。

2.0.8  胶凝材料 binder

在物理、化学作用下，能从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其他物料，形成有一定机械强度复合固体的物质。

2.0.9  充填料浆 backfill slurry

充填集料、胶凝材料等与水混合形成的浆状物。

2.0.10  充填配比 recipe of backfill slurry

充填料浆中充填材料间的质量比例关系。

2.0.11  充填浓度 solid content of backfill slurry

充填集料与胶凝材料的干质量占充填料浆总质量的百分比。

2.0.12  充填沉缩比 settling ratio of backfill slurry

充填料浆体积与终凝或固结后充填体体积之比。

2.0.13  充填体 backfill

充填料经过脱水、固结、硬化等过程形成的固体物或散体物。

2.0.14  采场充填体 stope backfill

充填料充入采场等地下空区形成的充填体。

2.0.15  充填体试件 backfill specimen

用于试验或质量检测等目的，通过浇注成型或钻凿取芯获取的充填体样品。

2.0.16  充填体强度  backfill strength

充填体抵抗外力时保持自身不被破坏的极限应力。

2.0.17  充填系统 backfill system

用于采集、加工、贮存充填材料.制备成充填料浆，输送至采空区的设备、设施、构筑物的总称。

2.0.18  胶结充填 cemented backfill

充填材料中含胶凝材料，能使充填料浆硬化并具有一定强度的矿山充填方式。

2.0.19  非胶结充填 uncemented backfill

充填材料中不含胶凝材料，充填集料能固结或堆积的矿山充填方式。

2.0.20  水力充填    hydraulic backfill

以水作为输送载体，将充填材料以两相流体状态，通过管道输送至采空区的充填方式。

2.0.21  膏体充填 paste backfill

将充填材料以结构流体状态，通过管道输送至采空区，在采空区内无须设置脱水设施的充填方式。

2.0.22  废石充填 rock backfill

将矿山掘进废石或破碎废石作为充填材料充入采空区的充填方式。

3填充材料

3  充 填 材 料

3.1  一般规定

3.1.1  充填材料应符合我国环保和安全相关要求，不应对人体、环境及充填体性能产生有害影响。

3.1.2  充填集料的选择应符合下列规定∶

1  充填集料应符合现行国家标准《一般工业固体废物贮存和填埋污染控制标准》GB18599的有关规定；

2  充填集料宜采用尾砂废石等矿山固体废弃物或一般工业固体废物；

3  含硫量超过8%的集料不宜用于胶结充填。

3.1.3  胶凝材料应采用水泥或具有胶凝作用的其他材料。

3.1.4  充填用水的水质要求应符合下列规定∶

1 pH不得小于5；

2 SO₄^2-含量不得超过2700mg/L。

3.1.5  充填系统建设方案初步设计前，应完成充填材料试验。

3.1.6  充填材料变更或性质发生变化时，应重新开展相应的充填材料试验。

3.2  充填材料取样

3.2.1  充填材料样品应具有代表性。

3.2.2  采用尾砂充填且尚未建成选厂的矿山宜选取连选试验产生的尾砂。

3.2.3  散状集料宜采用棋盘式取样。

3.2.4  充填材料取样数量宜大于试验所需量的1.5倍。

3.2.5  胶凝材料实验室储存过程中应防潮，并应在保质期内使用。

3.3  实验室充填材料制备

3.3.1  尾砂浆宜自然晾至气干状态，宜采用环锥法、移锥法或滚移法混合均匀，并宜根据试验方案分批封装。

3.3.2  试验前应测定充填集料含水率，并应基于充填集料含水率计算充填材料配比。

3.3.3  实验室拌制充填材料时，材料用量应以质量计。集料称量的允许偏差为士0.5%；胶凝材料、水、外加剂称量的允许偏差为±0.2%。

3.3.4  实验室充填料浆宜采用机械搅拌，搅拌时间不宜少于180s。

3.4  集料物理化学试验

3.4.1  集料物理性质测试参数应包括密度、粒径、孔隙率、渗透系数，测试方法应按现行国家标准《土工试验方法标准》GB/T50123 的有关规定执行。

3.4.2  集料应检测化学成分及其含量。

3.4.3  集料粒级组成测试宜符合下列规定∶

1  粒径大于74μm的集料宜采用筛分测试法；

2  粒径小于或等于74μm的集料宜采用激光粒度分析测试法、湿筛法、水析法。

3.5  胶凝材料试验

3.5.1  胶凝材料标准稠度用水量、凝结时间、安定性试验应按现行国家标准《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》GB/T 1346的有关规定执行。

3.5.2  水泥强度试验应按现行国家标准《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》GB/T17671的有关规定执行。

3.6  尾砂沉降试验

3.6.1  采用重力沉降浓缩方式制备尾砂浆的充填工艺应开展尾砂沉降试验。

3.6.2  分级尾砂充填应开展静态自然沉降试验，并应记录不同进料浓度下的沉降速度、固体通量和最大底流浓度。

3.6.3  全尾砂充填应开展静态自然沉降试验、静态絮凝沉降试验。深锥浓密机浓缩宜补充开展动态絮凝沉降试验，并应记录不同进料浓度、不同絮凝剂及同种絮凝剂不同添加量条件下的沉降速度、固体通量、最大底流浓度和溢流水悬浮物浓度。

3.6.4  尾砂沉降试验应按本标准附录A执行。

3.7  充填料浆性能试验

3.7.1  充填料浆性能试验宜采用泌水试验、凝结时间试验、坍落度试验、扩展度试验、充填沉缩比试验、流变试验、管道输送试验。

3.7.2  充填料浆泌水试验和凝结时间试验应按现行国家标准《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T50080的有关规定执行。

3.7.3  膏体料浆或含有废石、碎石等粗集料的水力充填料浆，宜开展充填料浆坍落度试验评价料浆流动性能，坍落度试验应按现行国家标准《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T50080 的有关规定执行。

3.7.4  尾砂等细集料的水力充填料浆，宜开展充填料浆扩展度试验评价料浆流动性能，扩展度试验应按本标准附录B执行。

3.7.5  充填沉缩比试验应按本标准附录C执行。

3.7.6  充填料浆屈服应力和黏度系数等流变参数宜通过旋转流变仪和毛细管黏度计测定。

3.7.7  充填料浆管道沿程阻力损失和局部阻力损失等管道输送参数宜通过管道输送试验测定。

3.8  充填体强度试验

3.8.1  胶结充填体强度宜通过单轴抗压强度试验测定。

3.8.2  测定胶结充填体单轴抗压强度的试模形状和尺寸应符合下列规定

1  宜采用Φ75mm×150mm圆柱体试模；

2  当充填集料含有废石、碎石等粗集料时，圆柱体试模直径应大于粗集料最大粒径的4倍，试模高度应为试模直径的2倍。

3.8.3  试验仪器设备应符合下列规定∶

1  试模应由刚性材料制成的圆筒和底板构成。试模不应有漏水现象。试模直径的误差应小于1/200D。试模底板的平面度公差不应超过0.02mm。试模圆柱体纵轴与底板夹角应为90°，允许公差为0.5°。

2  压力试验机测量的允许偏差为±1%，试件破坏荷载宜小于全量程的80%。

3  游标卡尺的量程不应小于200mm，分度值宜为0.02mm。

3.8.4  试件制作应符合下列规定∶

1  制作试件前，试模内表面应涂薄层矿物油或不与充填材料发生反应的脱模剂；

2  充填料浆制备应符合本标准第3.3节的规定；

3  浇注试模时，不得使充填料浆溢出；

4  浇注完毕后，应立即对试模口进行覆盖，并应将试模放入标准养护室或养护箱；

5  每组试件不应少于3个。

3.8.5  试件养护应符合下列规定∶

1  试件应带模养护，养护温度宜为20℃±2℃，相对湿度宜大于90%，或采用充填采空区的温度和湿度进行养护；

2  试件养护龄期应根据采矿方法对充填体的作用要求而确定，可选择3d、7d、28d、60d、90d等。

3.8.6  单轴抗压强度试验应按下列步骤进行∶

1  试件到达养护龄期后，取出拆模，检查试件尺寸及形状，试件上端面应研磨整平；

2  试件高度不应低于直径的1.8倍；试件高度宜采用游标卡尺测量，测量结果应精确至0.1mm；试件直径应采用游标卡尺分别在试件上部、中部和下部相互垂直的两个位置上共测量6次，取测量的算术平均值作为测量结果，测量结果应精确至0.1mm；

3  将试件置于试验机上下承压板之间，试件纵轴应与加压板中心对准；

4  开启试验机，试件表面与上下承压板或钢垫板应均匀接触；试验机的加压板与试件端面之间应紧密接触，不得夹入异物

5  应选择合适的速率连续加载，开始加载至试件破坏时间不应小于2min，然后记录破坏荷载F。

3.8.7  单轴抗压强度试验结果应按下列公式计算∶

1  试件直径应按下式计算∶

3.8.8  单轴抗压强度试验结果确定应符合下列规定∶

1  以3个试件测试结果的算术平均值作为圆柱体试件抗压强度值，抗压强度值应精确至0.01MPa；

2  当最大值或最小值与中间值的差值超过中间值的15%时，应以中间值作为抗压强度测试值；

3  当最大值和最小值与中间值的差值均超过中间值15%时，应判定此组试验结果无效。

4填充系统设计

4  充填系统设计

4.1  充 填 方 式

4.1.1  充填方式宜采用水力充填、膏体充填和废石充填。

4.1.2  充填方式应根据充填材料来源及性质、采矿方法要求、经济效益等要素综合确定。

4.2  充填能力计算

4.2.1  充填系统工作制度设计宜符合下列规定∶

1  年工作天数宜与采矿作业天数相同；

2  小型矿山宜为每天1班，大中型矿山宜为每天2班～3 班，每班有效工作时间宜为5h～6h。

4.2.2  充填能力应按下列公式计算

1  年平均充填实体量应按下式计算∶

4.3  充填制备站站址

4.3.1  充填制备站站址选择宜符合下列规定∶

1  宜位于开采移动带之外

2  宜利用地形地势条件；

3  宜采用集中布置，当矿体走向长度大或多矿体分散时，可采用分散布置。

4.3.2  充填制备站站址应开展工程地质勘察。

4.4 充填集料制备

4.4.1  制备尾砂集料宜符合下列规定∶

1  采用全尾砂或分级溢流尾砂充填时，宜选择膏体充填方式；

2  采用分级尾砂作为充填集料的水力充填方式时，尾砂渗透系数宜大于8cm/h。

4.4.2  尾砂浓缩应采用重力沉降浓缩或过滤浓缩方式。沉降浓缩装置宜采用砂仓、深锥浓密机等，过滤浓缩装置宜采用真空过滤机、压滤机等。

4.4.3  砂仓浓缩应符合下列规定∶

1  立式砂仓或卧式砂仓不宜少于2个；

2  砂仓宜在顶部中心设置进料井，底部宜设置造浆装置；

3  砂仓放砂管路宜安装备用阀门；

4  立式砂仓顶部应设置溢流槽。

4.4.4  深锥浓密机浓缩宜符合下列规定∶

1  尾砂粒级组成中小于38）m的尾砂含量不宜小于40%；

2  深锥浓密机设备选型宜根据尾砂沉降试验确定。

4.4.5  制备废石集料应符合下列规定∶

1  膏体充填的废石粗集料粒度不宜大于20mm；

2  废石胶结充填应采用水泥浆直浇自淋混合方式，当废石集料粒径小于5mm时，含量不宜大于20%；

3  当地表废石集料通过重力或机械方式运输至井下进行废石充填时，废石块度不宜大于150mm

4.当井下掘进废石不出坑直接用于废石非胶结充填时，宜采用自然级配。

4.5  胶凝材料储存与给料

4.5.1  胶凝材料宜采用仓式储存，料仓顶部应安装除尘装置。

4.5.2  料仓设计宜按现行国家标准《有色金属采矿设计规范》GB 50771的有关规定执行。

4.5.3  料仓应设有避免仓内蓬料的设施。

4.5.4  给料装置宜具有计量与输送功能。

4.6  充填材料混合

4.6.1  水力充填料浆和膏体充填料浆混合搅拌应符合下列规定∶

1  水力充填料浆宜采用一段搅拌，膏体充填料浆宜采用卧式一卧式或卧式一立式两段搅拌；

2  不含粗集料的膏体充填料浆二段搅拌宜选择高速活化搅拌机

3  充填料浆搅拌装置的有效容积应满足2min~3min输送流量

4  立式搅拌装置的搅拌液位宜控制在搅拌桶高度的2/3～3/4处，卧式搅拌装置的搅拌液位不宜低于传动轴轴心位置。

4.6.2  废石充填料混合应符合下列规定∶

1  采用水泥浆浇淋废石进行废石胶结充填时，宜采用水泥浆直浇自淋混合或水泥浆溜槽自淋混合；

2  采用尾砂胶结充填料浆与废石混合充填时，废石占集料比例不宜大于60%，废石与尾砂胶结充填料浆宜在采场内同步下料混合。

4.7  充填料输送

4.7.1  充填料浆管道输送方式应符合下列规定∶

1充填料浆垂直管道的重力势能应按下式计算：

3  水力充填料浆系统重力势能大于系统阻力损失1.2倍时，宜采用自流输送；膏体充填料浆宜采用泵压输送。

4  膏体充填料浆管道输送流速宜控制在1m/s～2m/s；水力充填料浆工作流速应大于临界流速。

4.7.2  充填钻孔设计宜按现行国家标准《有色金属采矿设计规范》GB50771的有关规定执行。

4.7.3  充填管道选型宜符合下列规定∶

1  主充填管竖直段和孔底弯管宜采用双金属复合管或耐磨性能不低于双金属复合管的其他管材∶

2  主充填管水平段宜采用耐磨无缝钢管、共挤耐磨层增强塑料复合管等耐磨管材

3  临近采空区的充填管宜采用钢编复合管、聚乙烯塑料管等。

4.7.4  管道敷设应符合下列规定∶

1  主充填竖直管不应设在提升井内，宜采用充填钻孔方式，服务年限长的大型矿山宜设专用充填井；

2  充填料浆管道及下料口应固定牢靠；

3 充填管道连接件耐压筹级不应低于连接管耐压等级，充填钻孔套管宜采用焊接或管箍连接，不经常拆卸的管段宜采用法兰盘连接，经常拆卸的水平管段宜采用沟槽式管接头。

4.7.5  采用深井管道输送且水平输送距离较短时，应采取减压措施。

4.7.6  废石充填料宜采用重力自溜和机械运输相结合的输送方式，宜选择重力自溜输送与铲运机输送、带式机输送、无轨运料车输送等方式组合的两段或三段输送流程。

4.8  充填系统监测与控制

4.8.1  充填监控系统应具有监测、自动控制、生产报表、设备运行报表和故障报警等功能。

4.8.2  充填系统监测与控制应符合下列规定∶

1  宜对供料仓料位、水池液位、搅拌装置液位进行监测与控制

2  应对尾砂浆进料浓度、尾砂浆底流浓度、充填料浆浓度进行监测与控制；

3  应对尾砂浆进料流量、尾砂浆底流流量、充填料浆流量、调浓水流量、其他添加料流量进行监测与控制；

4  应对散状集料计量、胶凝材料计量进行监测与控制；

5  宜对风压、水压、泵送压力进行监测与控制。

4.8.3  充填监控系统报警应符合下列规定∶

1 供料仓料位、水池液位、搅拌装置液位宜设置上下限报警；

2  充填系统设备发生故障时，应自动报警。

4.8.4  充填制备站内关键设备位置宜配套视频监控系统。

4.8.5  充填监控系统应配置隔离器、熔断器等电气保护元器件。

4.8.6  充填监控系统宜具有可扩展性及冗余功能。

4.9  充填系统安全设施

4.9.1  充填制备站应配置事故池及事故池泵送系统，事故池有效容积不宜小于2h充填料浆量。

4.9.2  充填制备站内应配置用于清洗充填管路的静压水源。

4.9.3  深锥浓密机和充填工业泵用电等级宜为二级负荷。

4.9.4  使用含辐射设备应进行安全防护，并应设置隔离带。

4.9.5  充填钻孔底部管道、主管道等关键位置宜进行压力监测。

4.9.6  充填钻孔底部宜设置管道应急排料装置及事故池，事故池有效容积不宜小于主充填竖直管段总体积。

4.9.7  主充填管路沿线宜布设应急水源或气源。

4.9.8  寒冷地区砂仓、水池、事故池、架空管道等设施应采取保温防冻措施。

5填充作业

5  充 填 作 业

5.1  采空区封闭

5.1.1  充填作业前，应构筑封闭挡墙。封闭位置应设在采空区进路的围岩稳固地段。构筑封闭挡墙前应清除巷道周边浮石。

5.1.2  封闭挡墙构筑形式宜选择金属构件装配式挡墙、混凝土挡墙、砖挡墙或木挡墙。

5.1.3  封闭挡墙参数和分次充填高度应通过力学计算确定。

5.1.4  封闭挡墙构筑完成后，封闭挡墙与周边围岩接触处应做防漏浆处理。

5.1.5  空场嗣后充填高度未超过封闭挡墙时，宜控制单次充填高度。

5.2  充填料脱水

5.2.1 充填料浆泌水率大于5%时，宜设置脱水设施。空场嗣后充填宜采用脱水管脱水，脱水管数量不宜少于2条；分层充填和进路式充填宜采用脱水管、滤水挡墙、滤水井等脱水方式。

5.2.2  脱水管布设位置应远离充填料浆下料口。

5.2.3  充填作业区宜设置沉淀池。

5.3  充 填 接 顶

5.3.1  充填宜接顶。

5.3.2  充填接顶宜多点、多次下料，充填料浆下料口和排气管进气口应设置在采空区顶板高处。

5.3.3  充填接顶方式宜采用加压泵压注料浆、膨胀充填材料等。

5.4  充 填 管 理

5.4.1  充填计划编制宜符合下列规定∶

1  宜绘制采空区实测图及相邻采场工程实测图；

2  宜计算采空区总充填量、充填次数和单次充填量；

3  宜编制充填管路、封闭挡墙、脱水、接顶等施工方案。

5.4.2  充填制备站与充填工作面之间应保持通信畅通。

5.4.3  充填管道引流和清洗应符合下列规定∶

1  充填作业开始前，应对充填管道引流；

2  充填作业完毕后，应对充填管道清洗，管道清洗宜采用水或高压风

3 引流水、洗管水应通过三通阀门排放至充填空区外的集水设施内。

5.4.4  充填作业时，应对管路和封闭挡墙巡视，发现跑浆、漏浆等异常情况应及时处理。

65'>《金属非金属矿山充填工程技术标准》GB/T51450-2022

 本标准用词说明

本标准用词说明

1  为便于在执行本标准条文时区别对待，对要求严格程度不同的用词说明如下

1）表示很严格，非这样做不可的∶

正面词采用“必须”，反面词采用“严禁”；

2）表示严格，在正常情况下均应这样做的∶

正面词采用“应”，反面词采用“不应”或“不得”；

3）表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的∶

正面词采用“宜”反面词采用“不宜”；

4）表示有选择，在一定条件下可以这样做的，采用"可"。

2  条文中指明应按其他有关标准执行的写法为∶"应符合……的规定”或“应按……执行”。

 引用标准名录

引用标准名录

《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T50080

《土工试验方法标准》GB/T50123 

《有色金属采矿设计规范》GB50771

《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》GB/T1346 

《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》GB/T17671 

《一般工业固体废物贮存和填埋污染控制标准》GB18599