尾砂膠結(jié)充填技術(shù)在紫金東坪金礦的應(yīng)用

張國(guó)臣

(崇禮紫金礦業(yè)有限責(zé)任公司， 河北 張家口市 076350)

尾砂膠結(jié)充填技術(shù)在紫金東坪金礦的應(yīng)用

張國(guó)臣

(崇禮紫金礦業(yè)有限責(zé)任公司， 河北 張家口市 076350)

紫金東坪金礦井下的采空區(qū)多年來(lái)一直沒(méi)有進(jìn)行實(shí)際充填，采空區(qū)的危害逐漸顯現(xiàn)，為了及時(shí)、安全、有效地進(jìn)行采空區(qū)處理及回收礦柱，避免地表塌陷，礦山建設(shè)尾砂充填系統(tǒng)，采用膠結(jié)充填技術(shù)，處理礦山遺留采空區(qū)。通過(guò)實(shí)施尾砂膠結(jié)充填，降低了井下生產(chǎn)的損失率和貧化率，安全、高效回收地下資源，創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

采空區(qū)；尾砂膠結(jié)充填；充填系統(tǒng)；效益

1 概 述

紫金東坪金礦1986年建礦，2008年生產(chǎn)能力為850 t/d, 累計(jì)出礦485萬(wàn)t，目前四期改擴(kuò)建項(xiàng)目已完成，設(shè)計(jì)的生產(chǎn)規(guī)模為2500 t/d。控制性工程留有擴(kuò)建至3000 t/d規(guī)模余地，選廠碎礦、磨礦等關(guān)鍵設(shè)備按3000 t/d處理能力一次投入。

礦山運(yùn)行20多年地下形成的采空區(qū)約有150萬(wàn)m3，原井下厚大礦體形成的采空區(qū)采用塊石膠結(jié)充填，但10多年來(lái)一直也沒(méi)有進(jìn)行實(shí)際充填，采空區(qū)的危害逐漸顯現(xiàn)。為了處理新的采空區(qū)和1304中段以上老舊采空區(qū)，建設(shè)尾砂充填系統(tǒng)，同時(shí)可以解決尾礦庫(kù)庫(kù)容以及滿足采礦的需要。

2 采礦方法及采空區(qū)情況

東坪金礦礦區(qū)臨近滑雪旅游區(qū)、旅游公路穿過(guò)礦區(qū)、礦區(qū)地表有工業(yè)廣場(chǎng)、辦公區(qū)、村莊等構(gòu)筑物，目前礦區(qū)不允許崩落，空區(qū)的大量存在對(duì)礦山生產(chǎn)存在重大的安全隱患，主要是突發(fā)性大面積空區(qū)垮塌和地表大范圍沉陷，其影響后果將是十分嚴(yán)重的，將會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和資源浪費(fèi)，而且嚴(yán)重危害相鄰部分礦體開(kāi)采的安全。因此，及時(shí)、安全、有效地進(jìn)行采空區(qū)處理及回收礦柱，直接關(guān)系到礦山企業(yè)的生產(chǎn)安全與經(jīng)濟(jì)利益。

2009年礦區(qū)投資建立全尾砂膠結(jié)充填站，2010年5月份投產(chǎn)試行。根據(jù)礦體賦存狀態(tài)，礦山對(duì)厚大礦體采用窄分條兩步驟空?qǐng)龌夭伤煤蟪涮畈傻V法開(kāi)采，對(duì)薄礦體采用留礦法、留礦全面法開(kāi)采。窄分條兩步驟空?qǐng)龌夭伤煤蟪涮畈傻V法采場(chǎng)垂直于礦體走向布置，礦柱寬10 m，礦房寬20 m，長(zhǎng)度為礦體水平厚度，不留頂柱，底柱高10 m，中段高40 m，分段高度10 m，采用塹溝底部結(jié)構(gòu)，并在礦體下盤(pán)掘分段平巷及輔助出礦進(jìn)路。每一中段礦體下盤(pán)施工一條輔助斜坡道，與各分段平巷連通。在礦體走向上，每100 m劃分為一個(gè)出礦盤(pán)區(qū)，掘斜溜井與各分段平巷相通。

3 充填方案

3.1 充填方案的選擇

設(shè)計(jì)新建充填系統(tǒng)，選擇高濃度全尾砂自流輸送充填方案。其充填設(shè)施主要包括地面充填制備站、充填鉆孔和輸送管路等設(shè)施。充填料漿在地面充填制備站制成符合充填工藝要求的充填料漿后，通過(guò)充填鉆孔和充填管路自流輸送到充填采空區(qū)。

充填鉆孔3個(gè)，2個(gè)使用，1個(gè)備用。經(jīng)充填倍線計(jì)算，1390 m中段以下礦體，最大充填倍線為7，部分空區(qū)靠自流充填比較困難；1334 m以下中段礦體，最大充填倍線均小于6，滿足充填輸要求。

3.2 充填能力計(jì)算

根椐上述確定的充填方案，充填材料為選礦廠全尾礦，膠結(jié)材料為普通硅酸鹽水泥。

礦山工作制度：年工作330 d，每天3班，每班8 h。礦山規(guī)模：礦石2500 t/d，另外現(xiàn)存的150萬(wàn)m3的空區(qū)需要充填。充填料漿用量計(jì)算如下：

(1) 年平均充填采空區(qū)體積。正常生產(chǎn)過(guò)程中，約有2100 t/d的產(chǎn)量需要進(jìn)行充填，則正常生產(chǎn)年平均需要充填采空區(qū)體積為：

式中：Vn—年平均充填采空區(qū)體積，m3/a；

Vk—采用充填法回采的礦石年產(chǎn)量，t/a；

Z—充采比，取Z=1；

γk——礦石體重，t/m3。

礦山現(xiàn)存尚未處理的采空區(qū)體積約150萬(wàn)m3，按10 a的時(shí)間進(jìn)行折算，平均每年需要充填的采空區(qū)體積為15萬(wàn)m3。則整個(gè)礦山年平均充填采空區(qū)體積為406667 m3。

(2) 日平均充填采空區(qū)體積。

式中：Vr— 日平均充填采空區(qū)體積，m3/d。

(3) 日平均充填料漿需用量。

Qr=VrK1K2=1233×1.05×1.2=1554(m3/d)

式中：Qr—日需料漿充填量，m3/d；

K1—流失系數(shù)，取K1=1.05；

K2—沉縮比，取K2=1.2。

(4) 年平均充填料漿需用量。

Qa=Qr×330=1554×330=512820(m3/a)

式中：Qa—年平均充填料漿需用量，m3/a。

根據(jù)采礦方法對(duì)充填工藝的要求，尾砂充填系統(tǒng)應(yīng)具備制備兩種料漿的能力，即加水泥和不加水泥兩種料漿。非膠結(jié)尾砂充填料主要用于充填二步驟空?qǐng)霾煽諈^(qū)；膠結(jié)充填料主要用于充填一步驟空?qǐng)霾煽諈^(qū)，灰砂比初步確定為1∶6。料漿濃度盡可能提高，初步確定膠結(jié)和非膠結(jié)充填料漿濃度均為70%，以后需要經(jīng)過(guò)充填試驗(yàn)最終確定。

根據(jù)日平均需要充填的采空區(qū)體積膠結(jié)與非膠結(jié)比例1∶3，膠結(jié)時(shí)灰砂比1∶10，充填濃度按70%計(jì)算，所需全尾砂量(干量)為1887 t/d。

全尾砂產(chǎn)率為95%，日產(chǎn)尾砂量(干)2375 t/d，因此尾砂能滿足充填用量要求。剩余的選廠尾砂則泵送至尾礦庫(kù)堆壩。

按充填攪拌站工作制為3班/d，5 h/班實(shí)際工作時(shí)間計(jì)算，同時(shí)考慮到充采不平衡及最大充填采場(chǎng)一次充填的需要，則需建2套充填能力為85 m3/h充填系統(tǒng)。

3.3 充填料制備方案

目前采用的尾砂漿制備方式主要有臥式沉淀和立式濃縮兩大類(lèi)。全尾砂沉降和濃縮困難，一般考慮較高的沉降濃縮高度，適用于立式裝置。臥式制備裝置占用的廠區(qū)空間大，沉淀效率低，自動(dòng)化水平低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，脫水效果也欠佳，不適合于較大規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用。選用立式濃縮的方案，在地表新建充填攪拌站。

選廠產(chǎn)出的尾砂先進(jìn)入尾礦泵站，當(dāng)井下采空區(qū)不需要充填時(shí)，尾礦泵站的尾砂泵可將尾砂庫(kù)送至尾礦壩堆壩；當(dāng)充填攪拌站需要將尾砂充填到井下采空區(qū)時(shí)，由尾礦泵站泵送全尾砂漿入尾砂濃縮貯存裝置頂部。進(jìn)入尾砂濃縮貯存裝置頂部的尾砂經(jīng)濃縮沉降后由倉(cāng)底放出進(jìn)入攪拌槽內(nèi)。當(dāng)需要膠結(jié)充填時(shí)，啟動(dòng)水泥添加裝置通過(guò)螺旋輸送機(jī)把水泥輸送至攪拌槽內(nèi)攪拌，按濃度要求添加定量的水后經(jīng)鉆孔及巷道管路自流輸送至井下采空區(qū)；當(dāng)不需膠結(jié)時(shí)，尾砂濃縮貯存裝置放出的尾砂漿直接進(jìn)入攪拌槽內(nèi)按濃度添加定量的水后經(jīng)鉆孔及巷道管路自流輸送至井下采空區(qū)。

4 充填系統(tǒng)的效果

通過(guò)建設(shè)充填系統(tǒng)，采用膠結(jié)充填技術(shù)進(jìn)行空區(qū)處理和回采礦體，礦山取得了明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。建設(shè)充填系統(tǒng)共投資約4000多萬(wàn)元，充填成本按實(shí)際發(fā)生成本計(jì)算充填單耗成本約87元/m3。不充填與充填開(kāi)采相比，不采用充填系統(tǒng)井下1264～1184 m中段厚大礦體的礦房采場(chǎng)幾乎無(wú)法再進(jìn)行開(kāi)采；與廢石充填相比，廢石充填成本約50元/t，但需留有隔離礦柱。

采用充填法能夠提高礦石回采率，回采率從原來(lái)的68%，提高到95%以上；礦石貧化率從25%下降到10%以下；使1184 m中段至1264 m中段的厚大礦體礦房得到安全、高效的回采。

另外，采用全尾膠結(jié)充填，解決了井下地壓危害，避免了地表陷落和大規(guī)模地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。減少了尾礦庫(kù)容積、尾礦對(duì)環(huán)境的污染及尾礦處理的環(huán)境整治費(fèi)用，最大限度的減少了因尾礦堆放而引發(fā)的外部環(huán)境污染的爭(zhēng)議，減少與村民、其它人員的民事糾紛，社會(huì)效益顯著。

[1]王愛(ài)民,米繼武.東坪金礦充填采礦法充填工藝的實(shí)踐[J].中國(guó)黃金,2004(12).

[2]傅沛興.普通混凝土砂石級(jí)配的研究[J].建筑材料學(xué)報(bào),2007(2).

[3]陳建奎,王棟民.高性能混凝土(HPC)配合比設(shè)計(jì)新法-全計(jì)算法[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，2000(2):194-198.

2014-08-13)

張國(guó)臣(1982-)，男，河北崇禮人，技術(shù)員，從事采礦及充填技術(shù)工作，Email:756164393@qq.com。