會寶嶺鐵礦全尾砂非膠結充填新工藝

李保健 周 涌 劉允秋 翟利軍 郭同曉

(1.山東能源臨礦集團會寶嶺鐵礦，山東臨沂277700;2.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司，安徽馬鞍山243000;3.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室，安徽馬鞍山243000; 4.華唯金屬礦產資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司，安徽馬鞍山243000)

由于地下礦床開采技術條件愈來愈復雜及無害化開采的要求，國內外地下礦山使用充填采礦法的比重逐年上升，充填新工藝和新材料相繼出現，推動了采礦技術的不斷進步［1-2］。會寶嶺鐵礦床為隱伏礦床，礦帶賦存于泰山群山草峪組地層中，產狀與地層產狀基本一致，屬于傾斜—極傾斜、薄—中厚礦體，厚度3～20 m。礦區(qū)地表受村莊、206國道及其通訊、供電線路等建筑物影響，不允許地表塌陷沉降，采用分段空場嗣后尾砂充填的采礦方法，對地表建筑物予以保護。

1 充填材料試驗

1.1 全尾砂物理性能測試

全尾砂物理參數主要有密度、松散容重、密實容重、自然安息角，以及由密度和松散容重得出的孔隙率［3］。會寶嶺鐵礦有限公司全尾砂的基本物理參數測定結果見表1。

表1 全尾砂基本物理參數Table1 Full tailings basic physical parameters

1.2 全尾砂粒級組成

為了對尾礦砂進行定名并獲得各項級配指標，室內對野外所采取的尾礦砂試樣(原狀樣和擾動樣)均進行了顆粒分析試驗，試驗方法采用篩析法及比重計法。根據顆粒分析試驗結果，繪制了尾礦砂的顆粒大小分布曲線，同時，給出了尾礦砂的有效粒徑d10、中間粒徑d30、平均粒徑d50和限制粒徑d60，并根據這些數據計算出了不均勻系數Cu和曲率系數Cc，尾礦砂試樣的顆粒分析試驗曲線及結果詳見附圖1及表2。

圖1 尾砂試樣顆粒分析曲線Fig.1 Particle analysis curve of tailings sam ple

表2 尾粉細砂級配指標統(tǒng)計Table2 Tailings grading index statistics

由表2可以看出，會寶嶺鐵礦現狀尾礦砂的有效粒徑d10變化于0.007～0.073 mm，平均值為0.050 mm;尾礦砂的平均粒徑d50變化于0.138～0.240mm，平均值為0.196 mm;尾礦砂的不均勻系數Cu變化于2.79～26.33，平均值為5.717。對照尾砂的分類標準，會寶嶺鐵礦有限公司尾砂屬于中細砂，適合全尾砂充填［4］。

2 充填工藝及施工組織

2.1 充填料漿的制備

充填料漿采用全尾砂和水為原料進行制備。選廠產出的全尾砂用砂泵揚送到尾砂泵房尾砂池，再由渣漿泵揚送到砂倉內脫水。進行全尾砂充填時，打開砂倉底部閥門放砂，將砂倉底流高濃度的尾砂送到高濃度攪拌槽進行攪拌。制備好的充填料通過充填鉆孔輸送到井下充填采場進行充填。會寶嶺鐵礦最大充填倍線約為18.7，初期最大充填倍線為6.2。

2.2 充填料輸送技術

初期通過管路高濃度自流送入采場，中后期隨著水平管路距離的增加采用加壓輸送。一段充填鉆孔為+90～－60 m水平，經－60 m水平800 m長水平管路輸送至各個采場采空區(qū);二段充填鉆孔為－60～－340 m水平，經－340 m水平南沿脈600 m長水平管路以及北沿脈1000 m長水平管路輸送至各個采場采空區(qū)。

為保證充填料的順利輸送，確定充填體的最大充填濃度為75%。

2.3 濾水設施的加工

濾水設施包括濾水管、濾布、牽引鋼絲繩、固定錨桿等。

濾水管采用硬質波紋管，管內徑為150 mm，管壁濾水孔為梅花形排列，孔徑為10 mm，每圈波紋管鉆孔6個。鉆孔位置設置在波紋管的凹陷槽內，并在濾水管上敷設單層濾水濾布(80目濾布)，內層濾水濾布為土工布，外層濾水濾布為麻布。濾水濾布單層縫制成內直徑大于110 mm左右長袋，長度大于單段濾水管長度，濾水濾布包扎在濾水管外，用棉線縫合，能保證有較好的濾水效果。

2.4 充填擋墻的砌筑

礦房回采結束后，各出礦進路礦石出空露出空區(qū)，在靠近空區(qū)5m位置砌筑充填擋墻。擋墻采用先刻槽再砌筑方式，兩幫刻槽高度2.4 m，槽體深度0.5 m，寬度0.5 m，刻槽完成后扎鋼筋網，網格300 mm×300 mm，擋墻頂部采用φ28螺紋鋼打錨桿，錨桿長度2m外露1m，然后進行混凝土支模砌筑，砌筑時預留700 mm×700 mm觀察窗作為施工人員進出的通道。濾水設施以及充填擋墻圖詳見圖2。

圖2 濾水設施以及充填擋墻Fig.2 W ater treatment facilities and the filling retaining wall

3 充填中遇到的問題及改進措施

3.1 跑漿隱患防范措施

如圖2中所示，濾水管從上水平經過空區(qū)下放到底部聯(lián)接到擋墻上，濾水管暴露在采空區(qū)內時間較長，采空區(qū)頂部有浮石掉落隱患，會有砸壞濾水管的可能。濾水管砸壞后會有跑漿現象。采取在擋墻濾水管外口將法蘭盤和土工布固定在濾水管口上，并留有一定的濾水間隙。當發(fā)生跑漿現象時，將法蘭盤緊固，密封濾水管口，以防大面積跑漿。

3.2 脫水方式的優(yōu)化

由于礦山充填強度較大，而濾水只能從兩側和底部濾水，尾砂屬于中細砂，濾水速度達到設計要求，但滿足不了礦山充填強度對濾水率的要求。采取在礦房下盤底部巷道內向上打泄水鉆孔輔助脫水，泄水鉆孔按照一定的設計高度布設，泄水鉆孔底部采用球閥封閉。隨著充填的進行充填體頂部清水可以通過泄水鉆孔排出礦房，當泄水孔出現渾水或少量含砂礦漿，則將底部球閥關閉。

3.4 充填體礦柱地質條件影響

礦山主要巖性為黑云角閃片巖，節(jié)理較發(fā)育，層理較明顯。經現場充填實踐發(fā)現，充填體邊幫及礦柱有裂隙通往礦房外部，隨著充填體高度的增加，靜水壓力增大，有少量含砂礦漿會順著節(jié)理裂縫外滲。為防止礦漿外滲造成裂隙增大，同時阻止充填體內部水力通道，采取在擋墻周邊噴漿及破碎地帶注漿的措施，更好的封堵裂隙，確保充填安全。

4 結論

(1)全尾砂全粒級非膠結充填，減少了尾砂向地面尾礦壩輸送以及地表堆放，避免占用大面積土地;全尾砂以高濃度沖入采空區(qū)，減少地面排放，提高輸送能力，實現礦山無固廢排放。

(2)通過尾礦砂物理力學性質以及尾礦砂級配指標統(tǒng)計表可以看出該礦尾砂為中細砂，尾砂的粒級分布較好，濾水速度良好，適合采用非膠結充填。

(3)會寶嶺鐵礦在高充填倍線情況下實現了尾砂自流，但當濃度變高時或者采用膏體充填時需要進行加壓。

(4)充填進度、濾水速度、頂水高度的關系，需要進一步實踐摸索。

(5)礦山實行“隔一采一”，待充填礦房充填體穩(wěn)定后再開采相鄰礦房，礦房充填完成后需要經過多久的濾水周期，才能確保相鄰礦房回采爆破的安全，還需要進一步試驗研究。

［1］ 周愛民.礦山廢料膠結充填［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2007.

Zhou Aimin.Mine Waste Cement Filling［M］.Beijing:Metallurgical Industry Press，2007.

［2］ 劉再濤.緩傾斜破碎礦體全廢石充填采礦法的應用［J］.現代礦業(yè)，2013(4):62-63.

Liu Zaitao.The whole waste rock fillingminingmethod of application in gently inclined ore crushing［J］.Modern Mining，2013(4):62-63.

［3］ 張盛祥，王偉杰.高濃度全尾砂結構流膠結充填材料試驗研究［J］.現代礦業(yè)，2014(5):6-7.

Zhang Shengxiang，WangWeijie.Experimental study on high concentrations of full tailings structure stream cement filling material［J］.Modern Mining，2014(5):6-7.

［4］ 汪振鵬.淺談全尾砂高濃度充填技術在深井礦山的應用［J］.現代礦業(yè)，2010(9):76-77.

Wang Zhenpeng.On the application of a full tailings high concentrations filling techniques in deep mines［J］.Modern Mining，2010 (9):76-77.