矿产资源是工农业生产和社会经济发展必不可少的物质基础,是社会财富的重要源泉。矿山的大规模开发和利用,既给人类带来巨大的经济效益和社会效益,也对人类生存环境产生一系列的消极影响。采空区对环境的影响突出表现在:地表耕地受到破坏、平原地区大片地表移动、盆地积水、发生恶性山崩,危及建筑物、水体、铁路和生活设施等的安全。磷矿采空区的地质灾害主要表现为地表变形及坍塌,是多种灾害的直接诱发因素。采空区造成的危害直接影响矿山安全生产,生产过程中极易发生重大危险事故,造成人员严重伤亡及财产的重大损失。磷矿形成的采空区不仅威胁着村民的生命财产,也危及到公路、通讯光缆等重要交通及通信设施的安全,因此,解决磷矿采空区问题已经迫在眉睫。
　　 随着对磷矿资源开发力度的加大以及磷化工产业的迅速发展,副产品磷石膏也大量堆积。目前,磷石膏的综合利用率相当低,大量的磷石膏只能长期堆放在磷石膏库中,对环境造成了极大的污染。新建磷石膏库及堆场的数量不断增多,磷石膏库的规模也不断增大,既占用了大量土地资源,污染环境,又极易引发溃坝的危险。如果能够利用磷石膏来充填采空区,既能够解决磷石膏的堆放问题,还可使采空区得到治理,为磷矿带来巨大的经济效益。本文即从此角度出发,研究采用胶结充填技术,利用磷石膏来充填采空区。
　　 胶结充填技术作为一种特殊、环保、经济的开采技术,是一门新兴的当代充填技术。60年前在国外应用,是为了满足采矿工业的需要发展起来的,文章首先分析了国内外在胶结充填研究所取得的成就和所存在的问题,指出矿山开采所带来的尾矿、采空区问题是我国矿山开采行业所急需解决的重大问题,然后分析了当前磷石膏尾矿库存在的问题及隐患。针对这些问题,本文综合对比多种充填方法,将采空塌陷区的回填治理与磷石膏的堆放处理结合起来,研究各种充填效果对采空区的影响,从而能够合理的利用磷石膏,寻求最优的办法,达到最佳的充填效果,实现经济效益最优的同时,使矿业开发成为无污染或少污染的行业。
　　 本文首先对矿山胶结充填材料进行了研究,分别对各种充填材料的理化性质、原料配比、物料的级配理论进行理论分析,分析比较充填体的强度特性,根据配合比的选择原则,优化充填料配比,在达到同等强度的条件下,寻求经济投入最少的充填方法。为了能够深入了解磷石膏胶结充填的作用机理,又分别研究了磷石膏、粉煤灰及水泥的性能,粉煤灰与水泥的水化作用机理,以及粉煤灰、水泥、磷石膏的胶结作用机理。在此基础上,分析了充填料及充填体强度的特点,对充填质量进行评价并提出保证充填质量的措施。
　　 文章以湖北省某磷矿采空区为研究对象,采用实验的方法,分别对充填体废石、尾砂及磷石膏的胶结特性、浓度、强度等方面进行比较测试研究。通过实验现象及结果表明,该磷矿在同等强度下,采用膏体充填具有泌水少、采场污染小、投入少等优点,并确定采用磷石膏膏体胶结充填工艺。
　　 最后,对本文所做的工作进行了一个总结和概括。考虑到各种因素的影响,也对本文存在的不足,以及实验模型的局限性进行了阐述和归纳。虽然本文中的理论分析和实验模拟在一定程度上能够反映和表征矿山胶结充填的实用性,但在实际的生产工作中,我们还必须结合采空区的环境以及一些具体条件,进行认真的分析统计,从各个方面下手,才能更好的对采空区进行最优化充填,从而可以在一定程度上解决矿山采空区的充填,并带来巨大的经济效益。
　　 本论文主要进行了以下几方面的研究工作:
　　 (1)本论文在搜集磷矿资料的基础上,分析了尾矿性质,结合有关矿山胶结充填的理论,拟选出可供参考的胶结充填方案；并对所确定方案的物料级配理论、配比选择原则、充填质量进行理论分析;
　　 (2)对磷石膏的理化特性进行了研究,根据水泥、粉煤灰等胶凝材料的组成及性能,深入了解利用磷石膏进行胶结充填的作用机理；
　　 (3)通过对采空区的分析研究,建立了采空区的实验模型,设计并实施了废石胶结充填、高浓度全尾砂胶结充填、膏体胶结充填的模拟实验,通过实验确定了最佳的物料配比及各因素对充填质量的影响；
　　 (4)在达到充填体同等强度的基础上,选择了充填效果最好、经济投入最少的充填方案,并对实际工作中可能要考虑的实际因素做了评估。
　　 由于受到时间、实验设备等的限制,论文尚存在一些要解决和完善的方面:
　　 磷石膏酸性大,易结块,具有缓凝作用,作为胶凝充填骨料有一定的技术难度,目前还未得到大规模应用,因此以磷石膏作为充填集料方面有待进一步研究。
　　 采用的是理论分析与实验室模拟相结合的方法,与实际现场条件还存在着偏差,在更准确的量化评估方面有待提高。在充填工艺方面,还需结合现场进行改进。