全尾砂膠結充填技術在楊山鐵礦的應用

【摘要】為最大限度的回收礦產資源，保證礦山安全生產，實現(xiàn)礦山綠色開采，本文針對楊山鐵礦床地質及開采技術條件進行了簡要分析，提出采空區(qū)采用嗣后全尾砂膠結充填。并說明礦山采用嗣后膠結充填的礦石回采率比不進行充填的礦石回采率高18%左右。

【關鍵詞】全尾砂充填；充填管道；尾礦庫；綠色開采

1、前言

廬江縣礬山礦業(yè)有限公司楊山鐵礦為一礦體埋藏較淺、資源零散，由楊山礦段和陽山洼礦段組成的小型礦山。目前礦山分兩個采區(qū)，一采區(qū)開采Ⅱ號礦帶（回收原開采剩余鐵礦資源）的礦體，二采區(qū)開采Ⅳ號礦帶的礦體。由于兩礦體相距400～500m，獨立開采。整個礦山設計規(guī)模為30萬t/a，兩采區(qū)分別15萬t/a。由于礦體規(guī)模較小，形態(tài)不規(guī)則，分布零星，總的控制程度不足，礦山已近多年的露天開采，且在Ⅱ號和Ⅳ號礦帶上部形成了多個露天采坑，從而給Ⅱ號和Ⅳ號礦帶的地下采礦工作帶來了困難。

針對上述問題，礦山對采空區(qū)進行了嗣后全尾砂膠結充填。全尾砂膠結充填采空區(qū)是對尾砂進行環(huán)保處理，實現(xiàn)礦山綠色開采的新技術，同時具有保護生態(tài)、防止大規(guī)模地壓，節(jié)約尾礦庫占地、充分回收資源等諸多優(yōu)點。

2、礦床地質及開采技術條件

楊山鐵礦床為小型巖漿后期貫入型（大廟）礦，兩采區(qū)共12個獨立礦體，主要賦存于輝石斜長正長巖中，從構造來說，礦體主要分布于構造破碎發(fā)育地段。Ⅱ號礦帶總體走向SN，走向長400m，礦體傾角向E，傾角14～45°，個別0～5°，礦體平均厚16～29m，礦帶賦存標高+45～-121m；Ⅳ號礦帶總體走向NE70°，走向長350m，礦體傾向NW，傾角15～35°，礦體平均厚9～42m，礦帶賦存標高+46～-204m。礦體多呈不規(guī)則層狀或似層狀，礦體圍巖為輝石正長巖或輝石斜長正長巖巖。

礦床前期為露采礦山，礦體位于地下水位線以上，但深部開采趨于復雜，礦床水文地質條件中等。由于裂隙發(fā)育，蝕變強烈，邊坡圍巖穩(wěn)定性差，礦區(qū)已出現(xiàn)坍塌、滑坡等不良地質現(xiàn)象，礦床工程地質條件中等。地下水質量中等，礦區(qū)及其近區(qū)植被茂密，平坦地帶田疇相連，礦區(qū)及其近區(qū)地面環(huán)境質量一般。

3、全尾砂膠結充填的意義

（1）提高資源回收率。根據(jù)礦山開采現(xiàn)狀及礦體的賦存狀態(tài)，采用空場采礦法后，留下一定厚度的頂柱及礦柱，將會使礦石回收率大為降低，造成資源的嚴重浪費。全尾砂膠結充填法的兩步驟回采礦房和礦柱，不但可以大幅度的提高礦石的回收利用率，還可延長礦山的服務年限，使礦山可獲得較大的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。

（2）保證礦山安全生產。在礦體上部存在多個露天采坑的情況下，對接近采坑的礦體開采影響頗大。應用空場采礦法時，雖然要求礦石和圍巖穩(wěn)固，但一味的尋求資源的最大利用而導致地表塌陷，將給礦山生產及人的生命財產安全帶來嚴重災難，不利于社會和諧及穩(wěn)定。對采空區(qū)進行充填可有效防止大規(guī)模地質災害的發(fā)生[1]

（3）保護生態(tài)，實現(xiàn)綠色開采。礦區(qū)及其近區(qū)楊山地帶植被茂密，如礦床上覆巖層崩落，則將破壞地表生態(tài)環(huán)境，并影響到地面村莊、河流及農田、池塘等。若將大量尾礦堆存于地表，不但需大量征地，花費較大；而且還要花費大量的維護費用。同時尾礦庫在安全環(huán)保上的建設維護工作將伴隨尾礦庫的存在而終身存在。尾砂充填于井下則有效地解決了上述問題。全尾砂膠結充填可有效地保護礦區(qū)地表及礦區(qū)周邊環(huán)境，大幅度地減少尾礦堆存占地。

為了提高資源回收率，保證礦山安全生產，實現(xiàn)礦山的綠色開采，礦山對Ⅱ號和Ⅳ號礦帶采空區(qū)采用嗣后全尾砂膠結充填。

4、充填工藝

4.1充填流程

水泥、尾砂及水等充填料通過地表充填站進行攪拌，然后用專用管道輸送至井下。設計膠結充填能力500m3/d。充填系統(tǒng)流程圖1。

4.2物料配比

通過礦山尾砂的粒級組成及類似礦山的生產經(jīng)驗，楊山鐵礦全尾砂膠結充填料配比見表1。

4.3礦房充填

礦房回采后，采空區(qū)用全尾砂膠結充填，直到將剛采完的礦房充填完畢。先采用砼墻對采場通道進行密閉，充填管道經(jīng)上階段充填巷道在采空區(qū)頂部向采空區(qū)進行充填。為保證充填質量，臨近接頂時采用膏體充填。待礦房充填完成，充填體強度達到的要求后，再進行礦柱回采。

5、充填效果評述

5.1全尾砂膠結充填法優(yōu)點

（1）礦石回采率得到了很大提高，若不對采空區(qū)進行充填，間柱未能進行回收，則礦石回采率僅有70左右，采用嗣后全尾砂膠結充填后，礦石回采率達到了88%以上，最大限度的回收了礦產資源。礦石回采率對比見表2。

（2）目前，礦山年充填尾砂7.79萬t，水泥0.91萬t，水3.38t萬，合計12.08萬t。楊山鐵礦嗣后全尾砂膠結充填的應用，使地表位移沉降得到有效控制的同時，確保了露天坑底隔水層的穩(wěn)定性及可靠性，減少了礦山生產的安全隱患。

（3）嗣后全尾砂膠結充填采礦真正實現(xiàn)了礦山綠色采礦，將固體廢料（廢石、尾砂）充填采空區(qū)的同時，不僅大量減少了尾礦堆存所占用的土地，減少了尾礦庫建設的投資，還有效的避免固體廢料對環(huán)境的污染，保護了礦區(qū)地表及周邊環(huán)境。

5.2存在問題

（1）礦山未對尾砂進行專項試驗，會引起膠結體堵管及影響其強度。當尾砂細粒級配較高時，會直接影響膠結體在管道中的流動速度，影響充填效率，甚至會使充填管道堵塞。膠結體至采空區(qū)沉降后，降低膠結體的強度也會受到影響。

（2）冬季進行充填作業(yè)時，攪拌車間需設有專門的供熱設施，充填管道也需專門保護，以免影響充填正常作業(yè)。

（3）隨著開采量的增加，選廠除去用于井下充填的尾砂，外排的尾砂量也在增加，尾砂的堆放存在一個問題。建議對原露天采坑的尾砂進行綜合利用，如制磚等。