袋裝充填技術(shù)在礦山中的應(yīng)用

朱天平 , 甯瑜琳 , 歐任澤, 詹 進(jìn)

(1.西部銅業(yè)有限公司, 內(nèi)蒙古 巴彥淖爾市 015000；2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410012；3.國家金屬采礦工程技術(shù)研究中心， 湖南，長沙 410012)

袋裝充填技術(shù)在礦山中的應(yīng)用

朱天平1, 甯瑜琳2,3, 歐任澤2,3, 詹 進(jìn)2,3

(1.西部銅業(yè)有限公司, 內(nèi)蒙古 巴彥淖爾市 015000；2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410012；3.國家金屬采礦工程技術(shù)研究中心， 湖南，長沙 410012)

結(jié)合礦山生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的采空區(qū)控制充填、維護(hù)開挖空間的穩(wěn)定、采空區(qū)和巷道的支護(hù)與密封、預(yù)留巷道、形成人工礦柱等問題，提出了采用袋裝充填技術(shù)解決上述問題的方法。結(jié)果表明：袋裝充填技術(shù)作為一種新型的充填技術(shù)能很好的解決上述問題，該技術(shù)具有工藝簡單，成本低的特點(diǎn)，在輔助采礦和充填作業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景。

袋裝充填;預(yù)留巷道;充填隔墻;人工礦柱

0 引 言

固體礦物資源開采后形成采空區(qū)，為控制圍巖崩落和地表下沉，同時(shí)為后續(xù)回采工作提供安全保障，采用尾砂對采空區(qū)進(jìn)行充填是礦山常采用且行之有效的措施之一[1]。傳統(tǒng)的尾砂充填，充填料漿依靠自身的自重和流動性進(jìn)入采空區(qū)，會在其塌落度范圍內(nèi)流淌，最終形成以充填擋墻和采場四周巖壁為擋體的近水平充填體，這種充填方式難以形成特殊形狀的充填體[2]。

袋裝充填技術(shù)是將充填料直接充填至充填袋內(nèi)，將充填袋作為約束充填料漿流動的擋體，充填料漿通過泌水、凝固后形成穩(wěn)固、特殊形狀的充填體，以支撐采場頂板、維護(hù)采場作業(yè)安全。袋裝充填技術(shù)作為一種新的礦山充填技術(shù)，已開始在國內(nèi)外的多個(gè)礦山開展理論、工藝參數(shù)等相關(guān)研究[2]。

1 袋裝充填技術(shù)在礦山中的應(yīng)用

袋裝充填技術(shù)作為一種新的礦山充填技術(shù)，可用于采空區(qū)控制充填、維護(hù)開挖空間的穩(wěn)定、采空區(qū)和巷道的支護(hù)與密封、預(yù)留巷道等。

1.1 采空區(qū)充填

采用袋裝充填技術(shù)，可改進(jìn)上向水平分層進(jìn)路充填采礦法的采場充填。

上向水平分層進(jìn)路充填采礦法是一種自下而上，以巷道掘進(jìn)的方式回采礦體、在進(jìn)路掘至設(shè)計(jì)位置后進(jìn)行充填的采礦方法。它是在每一水平分層布置若干條進(jìn)路，按間隔或逐條進(jìn)路的順序回采，整個(gè)分層各條進(jìn)路回采充填后，再回采上分層進(jìn)路。該方法采用間隔或逐條的順序回采時(shí)，均是以掘進(jìn)巷道的方式回采，爆破自由面少，鑿巖爆破效率低、成本高。采用袋裝充填技術(shù)對采空區(qū)進(jìn)行充填，見圖1，進(jìn)路回采結(jié)束后，在進(jìn)路空區(qū)內(nèi)鋪設(shè)充填袋，充填袋采用液壓支柱或木立柱固定。充填袋的長為進(jìn)路長度、高為進(jìn)路高度、寬比進(jìn)路寬小1～1.5 m，使充填后袋裝充填體與待采礦體之間留有1～1.5 m的空間。通過袋裝充填技術(shù)，使上向水平分層進(jìn)路充填采礦法的進(jìn)路充填后留有1～1.5 m的自由空間，作為后續(xù)側(cè)向崩礦的補(bǔ)償空間，降低了進(jìn)路鑿巖、爆破的難度和成本，提高了效率。

圖1 上向進(jìn)路袋裝充填采礦法

獲各琦銅礦的礦體上盤圍巖為二云母石英片巖和黑云母石英片巖，硅化地段，比較穩(wěn)固；沒有硅化或硅化弱的巖體，有很多斷裂或破碎帶，極不穩(wěn)固[3]。為保障采場生產(chǎn)作業(yè)的安全，在礦巖不穩(wěn)固地段及頂板回采時(shí)采用上向進(jìn)路袋裝充填采礦法回采，回采順序采用單側(cè)推進(jìn)的方式，自礦體一側(cè)逐漸推進(jìn)至另一側(cè)。先垂直礦體走向回采1條寬4 m、高3 m的進(jìn)路，之后充填寬3 m、高3 m的袋裝充填體，留下寬度1 m的空間作為后續(xù)側(cè)向崩礦的補(bǔ)償空間，之后再逐條回采、逐步充填，每次回采3 m、充填3 m、留1 m的作業(yè)空間，即要求充填距3 m，控頂距1 m，懸頂距4 m。

1.2 預(yù)留巷道

礦山生產(chǎn)過程中，由于生產(chǎn)需要可能要在充填體中布置巷道，此時(shí)可采用先將預(yù)留巷道充填之后再開挖巷道，或采用金屬或木質(zhì)支架、木板、鋼筋、水泥等材料搭建支撐棚之后再充填。預(yù)留巷道先充填后開挖時(shí)，后續(xù)開挖對充填體強(qiáng)度要求高，且在采用爆破的方式開挖，容易引起充填體的垮塌；當(dāng)先采用金屬或木質(zhì)支架搭建支撐棚后充填時(shí)，需消耗大量的鋼材和水泥，成本高，工藝復(fù)雜。

采用袋裝充填技術(shù)形成預(yù)留巷道，在工藝及成本消耗上均比以上兩種方法好。袋裝充填技術(shù)形成預(yù)留巷道的具體工藝為：先在預(yù)留巷道的位置鋪設(shè)特定尺寸的充填袋，之后在充填袋內(nèi)充填尾砂非膠結(jié)充填料，待充填體濾水后，再在充填袋的周邊進(jìn)行膠結(jié)充填，當(dāng)膠結(jié)充填體強(qiáng)度達(dá)到要求時(shí)，由于充填袋內(nèi)充填料漿沒有添加水泥，料漿泌水后可直接用鏟運(yùn)機(jī)或其它設(shè)備將充填袋挖開，將充填料挖出后形成預(yù)留巷道。

1.3 充填隔墻

充填隔墻是指充填采礦法回采過程中，待充填區(qū)域與其他區(qū)域之間的隔離擋墻，常用的充填隔墻主要有木質(zhì)擋墻、磚砌擋墻、鋼筋水泥擋墻[4]。采用袋裝充填技術(shù)砌筑充填隔墻，可采用以下兩種方式：當(dāng)隔墻寬度、高度較小，采空區(qū)內(nèi)尾砂膠結(jié)時(shí)，可用充填袋直接填裝充填到采空區(qū)的料漿，之后將充填袋堆積在隔墻位置；當(dāng)隔墻寬度、高度稍大時(shí)，可采用木立柱或鋼管等在隔墻位置先搭建支架，將充填袋固定在木立柱或鋼管上，之后在充填袋內(nèi)充填料漿，待充填料泌水凝固后，便形成充填隔墻。由此可見，與傳統(tǒng)的木質(zhì)擋墻、磚砌擋墻、鋼筋水泥擋墻相比，采用袋裝充填技術(shù)形成充填隔墻，其充填料可以是混凝土，也可以是采空區(qū)內(nèi)的充填料漿，工藝簡單，成本低。

獲各琦銅礦目前主要采用兩步驟上向水平分層充填采礦法回采銅礦體，分層采場回采結(jié)束后，需在采場入口砌筑充填隔墻以便進(jìn)行采場充填，為降低充填隔墻成本，經(jīng)試驗(yàn)礦山目前已成功應(yīng)用袋裝充填技術(shù)砌筑隔墻，具體為直接將充填至采場的半干充填料或噴漿料裝入充填袋，堆砌在充填隔墻位置，充填袋之間及其與巖壁之間的縫隙用編織袋堵縫，袋裝尾砂充填袋隨分層采空區(qū)充填高度的上升而逐漸堆砌。

江西某鎢礦由于開采后形成大量相互貫穿的采空區(qū)，空區(qū)內(nèi)留有大量價(jià)值高的礦柱。為了回收礦產(chǎn)資源，礦山擬采用分區(qū)隔離充填的方法對采空區(qū)進(jìn)行充填，之后回收礦柱。由于采空區(qū)高度較大，采用傳統(tǒng)的充填隔墻成本極高且隔墻自身穩(wěn)定性難以保障，通過生產(chǎn)實(shí)踐，采用鋼管桿件搭建固定支架，之后采用袋裝充填技術(shù)形成隔離墻并對采空區(qū)進(jìn)行充填的方式，成功實(shí)現(xiàn)了高大采空區(qū)的分區(qū)隔離充填，為礦柱的回收創(chuàng)造了良好的安全條件。

1.4 形成人工礦柱

采用房柱法、全面法回采礦體時(shí)，為維護(hù)頂板巖層穩(wěn)定，需要在采場內(nèi)留設(shè)連續(xù)的或間斷的礦柱，當(dāng)所留礦柱價(jià)值較高時(shí)，往往用人工礦柱代替原生礦柱以提高礦產(chǎn)資源的回收率。傳統(tǒng)的人工礦柱砌筑方法主要有：鋼筋混凝土人工礦柱、混凝土人工礦柱、毛石砌體人工礦柱、毛石混凝土人工礦柱等[5]。常用的鋼筋混凝土人工礦柱及混凝土人工礦柱承載能力強(qiáng)，安全性高，但砌筑工藝復(fù)雜且成本較高；毛石砌體人工礦柱、毛石混凝土人工礦柱承載能力相對較差，雖然成本較低但由于安全性較差而較少采用。

采用袋裝充填技術(shù)構(gòu)筑人工礦柱，必須選擇強(qiáng)度較高的充填材料，以使充填料凝固后具有一定的承壓能力，當(dāng)選擇的充填材料強(qiáng)度較高時(shí)，砌筑小范圍的人工礦柱；當(dāng)選擇的充填材料強(qiáng)度一般時(shí)，需砌筑范圍較大的人工礦柱替代原生礦柱。在采空區(qū)高度較大時(shí)，充填袋必須固定在木立柱或鋼管等搭建的支架上，同時(shí)在充填袋與支架之間插入竹笆板或木板，保障充填袋的牢固性，同時(shí)防止充填袋充填時(shí)外鼓。

2 結(jié) 論

(1) 袋裝充填技術(shù)作為一種新型的充填技術(shù)，具有工藝簡單，成本低的優(yōu)點(diǎn)，可用于充填采礦法中采空區(qū)的控制充填、維護(hù)開挖空間的穩(wěn)定、采空區(qū)和巷道的支護(hù)與密封、預(yù)留巷道、形成人工礦柱等。

(2) 袋裝充填技術(shù)在獲各琦銅礦等礦山的成功應(yīng)用，表明該技術(shù)在輔助采礦和充填作業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景。

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

[2]XS Liu. Upward entrance filling with hydraulic fills inside geotextile bags [C]//proceedings of the 11thInternational Symposium on Mining with Backfill,2014:467-472.

[3]王訓(xùn)青,朱天平.充填采礦法在獲各琦銅礦的應(yīng)用[J].有色金屬(礦山部分),2012,64(1):7-9,16.

[4]王麗紅,李夕兵,趙國彥,等.永平銅礦充填擋墻安全設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用[J].礦冶工程,2013,33(6):6-9,12.

[5]張電吉,周 麟,陳清運(yùn),等.人工礦柱在緩傾斜地下礦開采中的應(yīng)用研究[C]//第八屆全國采礦學(xué)術(shù)會議論文集.2009:223-226,229.

2014-06-16)

朱天平(1962- )，男，總工程師，主要從事采礦技術(shù)與管理工作，Email:ningyulin0712@163.com。