高含水礦山井下廢石破碎泵送膠結(jié)充填技術(shù)研究

姚銀佩

(湖南有色冶金勞動(dòng)保護(hù)研究院)

湖南寶山有色金屬礦業(yè)有限責(zé)任公司是一家多金屬國(guó)有礦山企業(yè)。礦山經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的開(kāi)采，淺部資源消耗殆盡。2006年，礦山在接替資源找礦時(shí)，發(fā)現(xiàn)礦山西部二號(hào)砂頁(yè)巖礦體。西部二號(hào)礦體位于50 m中段以下，為高品位的鉛鋅礦，Pb+Zn品位約30%左右，Ag品位約為160 g/t，具有較高的開(kāi)采價(jià)值。

西部二號(hào)礦體上下盤圍巖為極不穩(wěn)固的碳質(zhì)頁(yè)巖，f系數(shù)為4～6，礦體為中等穩(wěn)固以下，f系數(shù)為8～12。二號(hào)礦體位于0 m標(biāo)高以下，走向長(zhǎng)約100 m，礦體產(chǎn)狀變化較大，礦體形態(tài)復(fù)雜。目前開(kāi)采中段為－70～－110 m中段，－190 m中段以下為開(kāi)拓中段。－70 m～－50 m中段礦體呈傾斜產(chǎn)狀，傾角為30°～40°，厚度一般在2～10 m，平均為6～7 m。原采用礦山傳統(tǒng)的留礦法開(kāi)采，開(kāi)采高度最多為3個(gè)分層(約6～8 m)，礦體和上盤圍巖全部垮塌，開(kāi)采無(wú)法進(jìn)行，采出礦石量?jī)H有5% ～15%，損失較大，安全性較差［1］。

寶山礦采用豎井+盲斜井開(kāi)拓，豎井井口標(biāo)高在472 m，目前開(kāi)拓中段在－190 m，開(kāi)拓的廢石和生產(chǎn)過(guò)程中采掘的廢石比較多，廢石提升至地表，須提升高度近700 m，運(yùn)輸費(fèi)用較高。砂頁(yè)巖礦體及上下盤巖石都比較破碎，巖性較差，開(kāi)采安全性低，必須采用充填法開(kāi)采以確保開(kāi)采安全。礦山現(xiàn)有尾砂中含有貴金屬金，暫不能用于井下充填，不適宜建地表尾砂充填站，而井下充填系統(tǒng)受充填倍線影響，須應(yīng)用泵壓輸送。巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，南方雨水充足，井下廢石含水較多。綜合考慮上述條件，提出建設(shè)高含水礦山井下廢石破碎系統(tǒng)和井下移動(dòng)式泵送膠結(jié)充填系統(tǒng)，將廢石井下就地破碎，高壓泵加壓管道輸送充填采場(chǎng)［2］。

湖南寶山礦業(yè)公司根據(jù)西部二號(hào)砂頁(yè)巖礦體礦巖復(fù)雜破碎的開(kāi)采技術(shù)條件，目前采用上向水平分層泵送黃泥碎石膠結(jié)充填采礦法開(kāi)采，分層高度2.5 m，上向進(jìn)路式回采，使用混凝土泵加壓輸送黃泥碎石膠結(jié)充填料充填采場(chǎng)，取得了很好的開(kāi)采效果。

1 高含水礦山井下廢石破碎系統(tǒng)

1.1 高含水礦山井下廢石破碎設(shè)備

高含水礦山井下廢石破碎系統(tǒng)［3］(如圖1)主要應(yīng)用的設(shè)備有振動(dòng)給料機(jī)、顎式破碎機(jī)、碎石脫水漿體網(wǎng)格振動(dòng)篩、復(fù)合破碎機(jī)、碎石分級(jí)振動(dòng)篩、膠帶輸送機(jī)、風(fēng)機(jī)及風(fēng)管(通風(fēng)除塵)等。

圖1 井下廢石破碎系統(tǒng)(局部)

1.2 高含水礦山井下廢石破碎工藝

高含水礦山井下廢石破碎系統(tǒng)采用破碎—脫水—再破碎獨(dú)特兩級(jí)高含水廢石破碎工藝(圖2)，一級(jí)破碎設(shè)備為顎式破碎機(jī)，一級(jí)碎石脫水設(shè)備為脫水漿體網(wǎng)格振動(dòng)篩，二級(jí)破碎設(shè)備為復(fù)合破碎機(jī)［4］。

圖2 高含水礦山井下廢石破碎工藝流程

高含水礦山井下廢石破碎系統(tǒng)具體的破碎工藝為:井下開(kāi)拓和采掘的廢石通過(guò)井下廢石溜供系統(tǒng)聚集在井下廢石儲(chǔ)備礦倉(cāng)，再經(jīng)振動(dòng)放礦機(jī)和廢石溜槽進(jìn)入顎式破碎機(jī)破碎。破碎的廢石中含有大量的水漿體，再脫水漿體網(wǎng)格振動(dòng)篩脫去廢石中小于20 mm的含水漿體，直接輸送到分級(jí)振動(dòng)篩篩分;未通過(guò)脫水漿體網(wǎng)格振動(dòng)篩的廢石進(jìn)入復(fù)合破碎機(jī)破碎，二級(jí)破碎的廢石通過(guò)分級(jí)振動(dòng)篩篩分，小于20 mm滿足充填骨料要求的直接進(jìn)入儲(chǔ)存料倉(cāng)，未通過(guò)的碎石由循環(huán)膠帶運(yùn)輸機(jī)傳送至復(fù)合破碎機(jī)再進(jìn)行一次二級(jí)破碎，直至破碎粒徑滿足充填骨料粒徑要求為止。

在高含水礦山井下廢石破碎工藝過(guò)程中，因廢石中含水，一級(jí)破碎的廢石含有大量的水漿體，這些水漿體粒度小，呈黏稠狀，如果含水漿體的碎石直接進(jìn)入復(fù)合破碎機(jī)，極易導(dǎo)致堵塞，致使復(fù)合破碎機(jī)無(wú)法正常工作。碎石脫水漿體網(wǎng)格振動(dòng)篩主要作用為脫去一級(jí)破碎的廢石中水漿體，避免堵塞復(fù)合破碎機(jī)，防止破碎機(jī)電機(jī)燒壞;另外水漿體滿足充填粒徑要求，分離后直接進(jìn)入料倉(cāng)，節(jié)約了費(fèi)用和時(shí)間。

井下廢石破碎產(chǎn)生大量的粉塵，可采用密閉抽出式通風(fēng)除塵措施來(lái)處理破碎過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵，控制破碎硐室內(nèi)工作區(qū)的粉塵濃度在國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)2 mg/m3以下。

1.3 高含水礦山井下廢石破碎技術(shù)參數(shù)

脫水漿體網(wǎng)格振動(dòng)篩網(wǎng)孔設(shè)計(jì)為10 mm×20 mm;分級(jí)振動(dòng)篩網(wǎng)孔設(shè)計(jì)為20 mm×20 mm。

高含水礦山井下廢石破碎系統(tǒng)設(shè)計(jì)破碎能力15 m3/h，生產(chǎn)作業(yè)時(shí)破碎能力 11～13 m3/h，與井下充填系統(tǒng)銜接良好，可滿足井下充填工作碎石的使用量。

廢石粒徑為0～400 mm;一級(jí)碎石粒徑為0～70 mm;二級(jí)碎石粒徑為0～20 mm，其中粒徑小于3 mm約占70%。

2 井下移動(dòng)式泵送充填系統(tǒng)

2.1 井下移動(dòng)式泵送充填設(shè)備及充填料

井下移動(dòng)式泵送充填系統(tǒng)［5-6］主要應(yīng)用的設(shè)備有振動(dòng)給料機(jī)、帶料斗的碎石混凝土攪拌機(jī)、井下導(dǎo)軌式混凝土高壓泵、高強(qiáng)耐磨充填鋼管及4層鋼絲橡膠軟管、空壓機(jī)配風(fēng)包等(如圖3所示)。

圖3 充填硐室內(nèi)井下移動(dòng)式泵送充填系統(tǒng)

井下泵送充填料以碎石為充填骨料，水泥為膠凝材料，并且以黃泥替代部分水泥，改善充填料漿的泵送性能，減輕了充填料對(duì)管道的磨損，降低了對(duì)充填管道的摩擦阻力。

2.2 井下移動(dòng)式泵送充填工藝

井下移動(dòng)式泵送充填系統(tǒng)工藝［7-8］流程包括充填料的準(zhǔn)備、充填料的制備、料漿的加壓泵送、管道輸送及采場(chǎng)充填等(如圖4所示)。

圖4 寶山礦井下廢石破碎泵送充填系統(tǒng)

(1)充填料的準(zhǔn)備。碎石儲(chǔ)存在料倉(cāng)，由振動(dòng)放礦機(jī)放出;水泥和黃泥搬運(yùn)至井下，分別儲(chǔ)存在井下的水泥儲(chǔ)存硐室和黃泥儲(chǔ)存硐室。

(2)充填料的制備。將碎石、水泥及黃泥放至攪拌機(jī)的料斗里，進(jìn)入混凝土攪拌機(jī)加水?dāng)嚢杈鶆颉?/p>

(3)料漿的加壓泵送。制備好的黃泥碎石膠結(jié)充填料漿倒入充填泵料斗，通過(guò)混凝土泵的加壓，由充填管道輸送至采場(chǎng)。

(4)充填結(jié)束后，利用空壓機(jī)及風(fēng)包內(nèi)高壓風(fēng)推動(dòng)彈性海綿體從充填管道內(nèi)通過(guò)，達(dá)到清洗充填管道的目的。

2.3 井下移動(dòng)式泵送充填技術(shù)參數(shù)

井下移動(dòng)式泵送充填系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)如下。

(1)充填骨料(碎石):粒徑小于20 mm，其中3 mm約占70%。

(2)按設(shè)計(jì)選擇的水泥標(biāo)號(hào)為325。人工混凝土假底和膠面充填時(shí)，每1 000 kg碎石加入100 kg水泥和32 kg黃泥，抗壓強(qiáng)度R30為5.40 MPa;采場(chǎng)充填時(shí)，每1 000 kg碎石加入50kg水泥和64 kg黃泥，抗壓強(qiáng)度R30為2.05 MPa。

(3)充填濃度為73% ～76%。

(4)充填綜合成本為97元/m3。

(5)充填效率為60 m3/工班。

3 結(jié)論

高含水礦山井下廢石破碎系統(tǒng)和井下移動(dòng)式泵送充填系統(tǒng)在湖南寶山礦深部砂頁(yè)巖復(fù)雜破碎礦體開(kāi)采中成功應(yīng)用。

井下建立廢石破碎站，采用破碎—脫水—再破碎獨(dú)特的高含水礦山井下廢石兩級(jí)破碎工藝，解決高含水廢石破碎過(guò)程中二級(jí)破碎時(shí)水漿體堵塞復(fù)合破碎機(jī)的問(wèn)題，并使用密閉抽出式通風(fēng)除塵，控制破碎硐室內(nèi)粉塵濃度。

通過(guò)改進(jìn)攪拌機(jī)和混凝土泵等設(shè)備，研發(fā)出井下移動(dòng)式泵送充填系統(tǒng)，采用軌道式可移動(dòng)型混凝泵，高壓泵送高濃度黃泥碎石充填料漿充填采空區(qū)，解決湖南寶山礦砂頁(yè)巖復(fù)雜破碎礦體開(kāi)采問(wèn)題。實(shí)踐證明，高含水礦山井下廢石破碎泵送膠結(jié)充填系統(tǒng)具有充填迅速、充填濃度高、費(fèi)用低、管路短并鋪設(shè)簡(jiǎn)單、不受充填倍線影響等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了井下廢石不出窿就地破碎處理，直接在井下泵送充填采場(chǎng)，在提高礦石回采率的同時(shí)，確保了不穩(wěn)固礦體的開(kāi)采安全。

［1］ 楊文忠.寶山礦西部2號(hào)砂巖礦體采礦技術(shù)研究［J］.湖南有色金屬，2009，25(4):5-7.

［2］ 劉同有.充填采礦技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2001.

［3］ 呂 波.紅透山銅礦井下廢石破碎充填系統(tǒng)評(píng)述［J］.有色礦冶，2001，17(5):5-7.

［4］ 李志超.井下廢石破碎系統(tǒng)在寶山礦深部開(kāi)采中的應(yīng)用［J］.金屬礦山，2011(9):9-11.

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

［6］ 陶啟華.井下充填廢石的輸送方式及其設(shè)備探討［J］.工程設(shè)計(jì)與研究，1994(2):4-6.

［7］ 石文波.英國(guó)泵送充填護(hù)巷技術(shù)［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，1986(1):59-60.

［8］ 袁梅芳.地下金屬礦井下移動(dòng)式充填系統(tǒng)的研究與應(yīng)用［J］.金屬礦山，2011(9):5-8.