全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)研究與應(yīng)用

祝 星，盧 俊，劉賤剛

(1.江西地礦局九一二地質(zhì)大隊(duì)，江西鷹潭 335000;2.江西銀海礦業(yè)有限公司，江西鷹潭 335000; 3.湖南有色金屬研究院，湖南長(zhǎng)沙 410100)

江西銀海礦業(yè)有限公司下鮑礦區(qū)設(shè)計(jì)采選處理能力33萬t/a，日生產(chǎn)能力為1 000 t，是一座集采、選于一體的綜合型企業(yè)。下鮑銀鉛鋅礦分布于120～144勘探線間，0～－420 m標(biāo)高，長(zhǎng)500 m，寬800 m的0.4 km2的范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)利用儲(chǔ)量364萬t(D級(jí))。礦山為地下開采方式，開拓方式主要為混合井開拓。

由于120～144線－50 m標(biāo)高以下為江西銀海礦業(yè)公司所屬的下鮑礦，而120～130線標(biāo)高+50 m以上為鮑家礦南礦段，由鮑家礦業(yè)公司開采，部分礦體處在下鮑礦開采垂直面上，鮑家礦和下鮑礦處在同一時(shí)期開采，形成了上下同時(shí)開采的局面。因此，下鮑礦采礦方法不僅要滿足其自身作業(yè)安全，而且要保證上部鮑家礦產(chǎn)資源不受到下部開采的安全生產(chǎn)影響。根據(jù)礦體的賦存條件、鮑家礦和下鮑礦空間位置關(guān)系，考慮到同時(shí)開采時(shí)其相互影響，為了充分利用礦產(chǎn)資源，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度開采和有效保護(hù)上部礦體和鮑家礦體的開采安全，同時(shí)，節(jié)約選礦尾砂堆儲(chǔ)帶來征地等費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，保護(hù)環(huán)境，經(jīng)過對(duì)多種采礦方法的比選，礦山選擇分段空?qǐng)鏊煤笕采俺涮罘ā?/p>

1 采礦充填工藝

1.1 充填采礦方法

分段空?qǐng)鏊煤笕采澳z結(jié)充填法［1］主要按礦房和礦柱兩步驟回采，先采礦房，后采礦柱，隨著回采工作面的推進(jìn)，逐步用充填料充填采空區(qū)。全尾砂膠結(jié)充填采礦法是在全尾砂中加入適當(dāng)?shù)哪z凝材料，使松散的充填料凝結(jié)成具有一定強(qiáng)度的整體，用以改善礦房礦柱的回采條件，以適應(yīng)復(fù)雜的開采技術(shù)條件，同時(shí)膠結(jié)充填的目的還在于降低礦石損失和貧化，更好地保護(hù)地表。

1.2 充填工藝流程

目前，選廠尾砂(濃度25%左右)用砂漿泵經(jīng)管道輸送到充填制備站立式砂倉進(jìn)行沉淀，提高充填尾砂的濃度(60%～70%)，后經(jīng)攪拌機(jī)和水泥給料機(jī)按4∶1進(jìn)行配比，攪拌均勻后，充填料利用自然壓差，自流輸送到充填作業(yè)點(diǎn)。根據(jù)礦山目前的生產(chǎn)能力，選廠提供的尾砂不能完全滿足充填的能力，現(xiàn)采用采砂船在尾礦庫直接挖取尾砂，利用尾礦庫輸送的備用管路，將尾砂(35%～40%)輸送到砂泵站，再經(jīng)砂漿泵輸送到充填制備站的立式砂倉。其井下充填工藝流程圖如圖1所示。

1.3 充填參數(shù)

根據(jù)礦山規(guī)模和采礦方法的要求，日均充填量為330 m3/d，充填參數(shù)為:(1)充填能力:50～80 m3/h;(2)充填濃度:70%～75%;(3)砂漿濃度: 65%～70%;(4)“灰”漿比:1∶4。

2 充填存在的問題

2.1 充填接頂率不高［2］

圖1 井下充填工藝流程圖

由于采場(chǎng)中充填料濃度低，充填高度估計(jì)不足，作業(yè)人員不能進(jìn)入充填空區(qū)，充填脫水效果差，導(dǎo)致充填后很難接頂。

2.2 充填體強(qiáng)度低

按正常水泥尾砂充填料漿配比(1∶4)，充填強(qiáng)度要求2 MPa，這樣確保采場(chǎng)穩(wěn)定性與充填體自立性，并減少礦石貧化與損失。充填漿體濃度偏低且不穩(wěn)定，加上尾砂粒級(jí)偏細(xì)(全尾砂粒級(jí)組成如表1)，充填體強(qiáng)度往往達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，膠結(jié)充填體自立性差，易發(fā)生塌落現(xiàn)象，因而在回采礦柱時(shí)出現(xiàn)較大的貧化與損失。

表1 全尾砂粒級(jí)組成試驗(yàn)表 %

2.3 采場(chǎng)中充填脫水困難

充填時(shí)由于大量引路水與洗管水進(jìn)入采場(chǎng)，充填料漿濃度低，再加上各個(gè)采場(chǎng)未施工脫水井，因而大量充填多余水進(jìn)入采空區(qū)，降低了充填強(qiáng)度，影響充填接頂。

2.4 充填體分層現(xiàn)象明顯

從回采礦柱揭露充填體的情況來看，充填體分層明顯，由此可見，充填料漿灰砂比不均勻。

3 充填存在的不利因素

3.1 充填脫水條件不具備

由于采用中深孔爆破，且礦房設(shè)計(jì)偏大(礦房寬15～20 m，長(zhǎng)度依礦體厚度而定，一般在70 m以上，采礦階段高度在30 m以上)，出礦周期長(zhǎng)，空?qǐng)霰┞睹娣e大且時(shí)間長(zhǎng)，以上因素造成采空區(qū)人員不能安全進(jìn)入，以致無法安設(shè)脫水井和脫水管，導(dǎo)致充填無法形成脫水條件?，F(xiàn)在充填完全依靠自然滲水，以致充填體強(qiáng)度無法保證。

3.2 尾砂分級(jí)條件不具備

礦山選礦采用二段磨礦，－74 μm達(dá)到72%以上，尾砂產(chǎn)率每天約900 t，如果分級(jí)或脫泥，可用于充填的尾砂量將銳減，無法滿足采礦要求。礦山設(shè)計(jì)采用立式砂倉，參入人工砂操作難度大且成本高，因而條件不成熟。由于砂質(zhì)量限制，無法保證充填體最終質(zhì)量。

3.3 充填下料口單一且設(shè)計(jì)不合理

目前充填下料口設(shè)置在礦房下盤，由于礦房較長(zhǎng)，造成尾砂形成“水力充填”模式，不僅在礦房?jī)?nèi)形成自然沉淀內(nèi)坡，而且不利于完成充填接頂?，F(xiàn)要改變這種狀況，施工難度大，投入也大。

4 擬優(yōu)化及改善措施

4.1 優(yōu)化充填配比［3］

針對(duì)現(xiàn)有礦山的充填體質(zhì)量強(qiáng)度較小的現(xiàn)狀，可對(duì)充填料漿的充填配比進(jìn)一步優(yōu)化，對(duì)充填料漿的灰砂比進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)最優(yōu)配比，必要時(shí)，可在料漿中加入一定量的早強(qiáng)劑等添加劑，提高充填體強(qiáng)度，縮短施工工期。

4.2 加強(qiáng)管理措施，強(qiáng)化充填站質(zhì)量責(zé)任意識(shí)

強(qiáng)化充填質(zhì)量意識(shí)，加強(qiáng)對(duì)充填人員的技術(shù)培訓(xùn)，對(duì)業(yè)務(wù)能力差，不負(fù)責(zé)任的工人采用嚴(yán)厲的獎(jiǎng)罰制度，建立以提高充填質(zhì)量、充填接頂率為目標(biāo)的生產(chǎn)責(zé)任制。針對(duì)給料設(shè)備要定期校驗(yàn)，在保證不堵管的情況下，提高充填料漿的濃度，穩(wěn)定料漿流量，避免充填配比出現(xiàn)大的波動(dòng)，使灰砂比與設(shè)計(jì)要求基本吻合，從而保證充填站盡可能達(dá)到較高的輸送濃度，與設(shè)計(jì)要求充填配比吻合。

4.3 采場(chǎng)嚴(yán)格按要求施工

針對(duì)回采斷面超高、超寬的情況，采用控爆方法，限制超挖現(xiàn)象，提高充填接頂率。

4.4 采用多種技術(shù)措施確保充填接頂

采用三通閥，實(shí)現(xiàn)充填引路水、洗管水外排。充填下料管置于充填采空區(qū)最高點(diǎn)，同時(shí)，可以利用已有鉆孔等進(jìn)行多處充填，保障充填接頂質(zhì)量。

5 結(jié)論

針對(duì)礦山現(xiàn)有礦體的賦存條件，提出分段空?qǐng)鏊煤笕采澳z結(jié)充填法采礦方法，對(duì)充填材料及充填工藝等進(jìn)行相關(guān)研究，其不僅減少尾礦庫庫容及地表沉降，而且降低了礦石損失率和貧化率，充分地回采礦體，有效控制地壓，實(shí)現(xiàn)了尾礦再利用。

通過此次的研究及技術(shù)管理方面措施改進(jìn)，獲得了較為豐富的相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)為礦山積累了相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，為全礦推廣奠定了基礎(chǔ)，為類似礦山提供了借鑒。

［1］ 謝世俊.金屬礦山地下開采［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2008.

［2］ 孫恒虎，黃玉程.當(dāng)代膠結(jié)充填技術(shù)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2002.

［3］ 王新民，肖衛(wèi)國(guó)，張欽禮.深井礦山充填理論與技術(shù)［M］.長(zhǎng)沙:中南大學(xué)出版社，2005.