充填采礦法在某鉛鋅礦的應(yīng)用

孟祥瑞，朱文志，張軍奎，馬存虎

(四川鑫源礦業(yè)有限責(zé)任公司， 四川 白玉縣 610031)

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充填采礦法在某鉛鋅礦的應(yīng)用

孟祥瑞，朱文志，張軍奎，馬存虎

(四川鑫源礦業(yè)有限責(zé)任公司， 四川 白玉縣 610031)

某鉛鋅礦由于采用空?qǐng)龇ɑ夭?，多年?lái)形成了多層群空區(qū)，為了有效解決地壓帶來(lái)的安全問(wèn)題和礦山尾礦庫(kù)的堆存壓力，對(duì)4100 m以下銀銅礦及獨(dú)立鉛鋅礦體采用上向水平分層充填法開(kāi)采，簡(jiǎn)介了充填方案，包括充填系統(tǒng)、工藝流程、充填制備站以及工藝要求。采用充填法有效解決了該礦面臨的問(wèn)題，為礦山的發(fā)展提供了方向。

充填采礦法；充填系統(tǒng)；礦山安全

1 概 述

該礦地處川西北高海拔地區(qū)，礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，礦巖不穩(wěn)固，礦山存在兩種不同性質(zhì)的礦石：銀銅鉛鋅礦和獨(dú)立鉛鋅礦，礦山選用的采礦方法為分段空?qǐng)龇ê蜏\孔留礦法。由于年處理量的不同，造成了礦體階梯式下降的現(xiàn)狀，隨著礦山服務(wù)年限的增加，地壓活動(dòng)開(kāi)始顯現(xiàn)：巷道擠壓變形、片幫、冒頂現(xiàn)象頻發(fā)，采場(chǎng)損失貧化指標(biāo)加大。

2 礦山現(xiàn)狀

該礦采用平硐+主溜井(鉛鋅溜井)+輔助斜井開(kāi)拓，銀銅鉛鋅礦石和獨(dú)立鉛鋅礦石分采分運(yùn)，礦山生產(chǎn)已近10 a，銀銅鉛鋅礦石的開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)已經(jīng)形成，獨(dú)立鉛鋅礦石的鉛鋅溜井系統(tǒng)尚未完全形成。各中段生產(chǎn)的銀銅礦石通過(guò)主溜井下放到3886 m主平硐后經(jīng)軌道運(yùn)輸至選礦廠；獨(dú)立鉛鋅礦石出坑后先在各中段平硐口堆放，后經(jīng)地表公路用汽車運(yùn)至選礦廠。礦山已形成3886 m主運(yùn)輸平硐，以及4250，4200，4160，4100，4050 m和4000 m等階段平巷，目前正在準(zhǔn)備進(jìn)行3950 m 中段的開(kāi)拓工作。

4100 m中段以上銀銅鉛鋅礦體，除4100 m中段部分 Cu6 礦體外即將回采結(jié)束，剩余部分基本為礦柱，Cu7～Cu12 多為窄小低品位礦體，難以滿足回采條件，在 4200 m 中段以上利用無(wú)底柱等變通的采礦方法也已基本回采結(jié)束。 4050 m 中段8-3線的 Cu1 礦體目前正在回采中。4160 m 中段以上的獨(dú)立鉛鋅礦體已經(jīng)基本回采結(jié)束， 4100 m 中段6-3線的大部分Pz1-Pz3獨(dú)立鉛鋅礦體已回采，其余鉛鋅礦體尚未開(kāi)采。

3 采用充填采礦法的必要性

生產(chǎn)實(shí)踐表明，隨著空?qǐng)龇ú蓤?chǎng)開(kāi)采的進(jìn)行，圍巖的暴露面積越來(lái)越大，圍巖冒落量也越來(lái)越大，特別是采場(chǎng)回采中后期，局部采場(chǎng)甚至產(chǎn)生大規(guī)模片幫冒落，使礦石和圍巖在出礦過(guò)程中混合，造成礦石損失貧化成倍加大。礦房開(kāi)采后，部分礦房由于圍巖片幫冒落，礦柱回采條件遭到嚴(yán)重破壞，難以正?；厥?，只能進(jìn)行殘采。部分礦房回采時(shí)圍巖冒落量較少，礦柱完整性較好，但是按設(shè)計(jì)用中深孔崩落間柱后，上下盤暴露面積進(jìn)一步擴(kuò)大，采空區(qū)應(yīng)力變化加劇，促使上下盤大規(guī)模冒落，礦塊頂柱和上階段底柱也發(fā)生冒落。

另外，隨著空?qǐng)龇ㄩ_(kāi)采的進(jìn)行，多層群采空區(qū)越來(lái)越多，冒落現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重。據(jù)調(diào)查，目前礦山的地壓?jiǎn)栴}是已十分突出，礦山生產(chǎn)的安全壓力也越來(lái)越大。

目前該礦所用采礦方法的比重為：淺孔留礦法 60%，分段空?qǐng)龇?40%。分段空?qǐng)龇ㄔO(shè)計(jì)損失貧化率為 15%，淺孔留礦法設(shè)計(jì)損失貧化率為12%，綜合損失貧化率為 13.5%。但實(shí)際生產(chǎn)中很難達(dá)到設(shè)計(jì)的指標(biāo)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，礦柱回采的貧化率部分達(dá)到50%以上，采礦綜合貧化率至少在22%以上；為充分回收礦石資源，滿足生產(chǎn)需求，目前形成了多中段同時(shí)作業(yè)的局面；礦山急需采用充填法來(lái)解決上述問(wèn)題。

根據(jù)礦山現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，4250 m以上礦體應(yīng)不予回收，4200，4160 m中段礦柱采用崩落法回收。4100 m中段獨(dú)立鉛鋅礦體采用上向水平分層充填法開(kāi)采，4100 m中段銀銅礦體由于只剩礦柱并且大部分空區(qū)坍塌，只適合崩落法回收礦柱，調(diào)查結(jié)果表明：4106，4206，4207礦房可以充填，故采用泵送充填料至該3個(gè)礦房。4100 m以下銀銅礦體及獨(dú)立鉛鋅礦體均采用上向水平分層充填法開(kāi)采。

4 充填方案

4.1 充填系統(tǒng)

充填系統(tǒng)主要包括地面充填料制備站、選礦廠至充填制備站的尾砂輸送系統(tǒng)、充填井和井巷內(nèi)敷設(shè)的管道等設(shè)施。在地面攪拌站制備成符合充填工藝要求的充填料漿后，充填料漿通過(guò)充填管路輸送到井下指定地點(diǎn)充填采空區(qū)。

4100 m以下礦體充填線路為：充填料制備站充填泵出料口→4100 m平硐→充填井→4100 m以下各中段巷道→充填聯(lián)絡(luò)平巷→充填采場(chǎng)。充填料采用充填泵輸送，到各中段后自流輸送到充填采場(chǎng)。

4100～4160 m礦體充填線路為：充填料制備站充填泵出料口→4100 m平硐→充填聯(lián)絡(luò)平巷→充填采場(chǎng)。此充填線路根據(jù)4100 m中段已采礦房空區(qū)的穩(wěn)固程度來(lái)確定，如果礦房已坍塌則不存在充填的可能性。

4.2 充填系統(tǒng)工藝流程

將選礦廠經(jīng)濃密后濃度55%的尾砂輸送至砂倉(cāng)。尾砂由倉(cāng)頂中心注入倉(cāng)內(nèi)，溢流水由倉(cāng)頂內(nèi)環(huán)形溢流槽排出。倉(cāng)內(nèi)尾砂用壓氣(壓水)造漿均勻后，打開(kāi)放砂管向攪拌機(jī)供給尾砂漿。為了對(duì)放砂流量進(jìn)行檢測(cè)及調(diào)節(jié)，在放砂管上布設(shè)有電磁流量計(jì)，手動(dòng)調(diào)節(jié)閥及流量閥。散裝水泥由罐車運(yùn)至充填站，經(jīng)吹灰管吹卸入水泥倉(cāng)，水泥倉(cāng)底部設(shè)有閘板閥、雙管螺旋給料機(jī)及螺旋電子秤，水泥經(jīng)計(jì)量輸送至攪拌桶中。尾砂漿和水泥通過(guò)各自的供料線進(jìn)入雙軸攪拌機(jī)，充填料漿經(jīng)雙軸攪拌機(jī)初步攪拌后，通過(guò)錐形連接件進(jìn)入高速活化攪拌機(jī)進(jìn)行強(qiáng)力活化攪拌。充填料漿經(jīng)上述兩段攪拌均勻后，通過(guò)充填井及井下管網(wǎng)泵送至井下采場(chǎng)進(jìn)行充填。

4.3 充填料制備站

充填站制漿能力100 m3/h。尾砂通過(guò)管道全部輸送到尾砂倉(cāng)(Φ8.0 m砂倉(cāng)兩座，每座砂倉(cāng)的幾何容積737 m3，有效容積583 m3)。水泥用罐車運(yùn)送到攪拌站附近，用自帶壓氣將水泥吹到水泥倉(cāng)(1座，Φ8.0 m，高26 m。水泥倉(cāng)容量693 t)內(nèi)儲(chǔ)存。充填時(shí)，尾砂通過(guò)倉(cāng)底的放砂管輸送到攪拌槽內(nèi)，用濃度計(jì)和流量計(jì)控制造漿濃度和尾砂流量；水泥通過(guò)倉(cāng)底的雙管螺旋給料機(jī)輸送到攪拌槽內(nèi)，水泥用沖板流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，變頻調(diào)速雙管螺旋給料機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)；水采用電磁流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，用電動(dòng)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。濃度68%左右的尾砂漿、水泥及適量水經(jīng)各自的供料線進(jìn)入進(jìn)料斗后供給攪拌機(jī)。攪拌機(jī)選用雙軸攪拌機(jī)+高速活化攪拌機(jī)兩段連續(xù)攪拌。兩段攪拌機(jī)用連接斗進(jìn)行連續(xù)。充填料經(jīng)兩段連續(xù)攪拌均勻后制備成濃度適中、流動(dòng)性良好的充填料漿，而進(jìn)入測(cè)量管，通過(guò)充填工業(yè)泵輸送，在攪拌槽料漿出口管路上依次安裝濃度計(jì)、流量計(jì)和電動(dòng)管夾閥，用以檢測(cè)和控制充填料漿的濃度和流量。

制備好的充填料通過(guò)充填井下放到各中段內(nèi)，采用水平管道和垂直管道組成充填料漿輸送管線，將充填站制備的充填料漿輸送到充填地點(diǎn)。充填管路主管采用Φ180 mm×10 mm復(fù)合耐磨鋼管，采場(chǎng)外水平管道選Φ180 mm復(fù)合耐磨鋼管，采場(chǎng)內(nèi)選內(nèi)徑110 mm聚乙烯增強(qiáng)塑料管。

4.4 采場(chǎng)充填工藝要求

礦山采用上向水平分層膠結(jié)充填采礦法。為充分回收礦石資源，實(shí)現(xiàn)低貧損低成本高效回采，降低充填成本，減少井下污染，加快采場(chǎng)循環(huán)速度，充填系統(tǒng)的工藝和輸送性能必須滿足上向水平分層膠結(jié)充填采礦法對(duì)充填的要求。

(1) 為保證充填體的強(qiáng)度，充填料漿須濃度>68%，充填料漿充入采場(chǎng)基本不脫水。

(2) 充填站必須能對(duì)各充填材料實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，包括其流量和濃度，在進(jìn)入充填管道前進(jìn)行檢測(cè)并實(shí)現(xiàn)對(duì)各充填材料的給料調(diào)整。

(3) 根據(jù)上向水平分層膠結(jié)充填采礦法的要求，其充填體分為假底層、中間層和澆面層。假底層充填料漿灰砂比為1∶4，濃度>68%，中間層充填料漿灰砂比為1∶12，濃度>68%，澆面層充填料漿灰砂比為1∶4，濃度>68%。

(4) 充填擋墻在砌筑2 d后，能抵抗4 MPa以上的側(cè)壓力。

(5) 主充填管末端必須有事故池和沖洗管道的閥門，保證充填前后管道的沖洗水不進(jìn)入采場(chǎng)。

5 結(jié) 論

根據(jù)礦山現(xiàn)狀及能具備充填條件的采場(chǎng)情況，充填站基建結(jié)束前期，礦山擬先選擇部分4050 m銀銅鉛鋅采場(chǎng)、4100 m獨(dú)立鉛鋅采場(chǎng)進(jìn)行先期的充填試驗(yàn)，以達(dá)到鍛煉充填隊(duì)伍和熟悉充填工藝的目的。該礦選礦生產(chǎn)所產(chǎn)出的尾砂，是礦山充填所需的主要材料，可減少尾礦庫(kù)庫(kù)容以及減輕征地建庫(kù)壓力。礦山實(shí)踐證明，尾砂膠結(jié)充填工藝可以滿足井下充填需要，采用充填采礦生產(chǎn)工藝，可有效解決該礦所面臨的地壓?jiǎn)栴}、片幫冒落問(wèn)題、安全生產(chǎn)問(wèn)題，為該礦今后生產(chǎn)的發(fā)展方向。

[1]北京有色冶金設(shè)計(jì)研究總院.新編礦山采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)(礦床開(kāi)采卷)[M].北京:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2007.

[2]解世俊.金屬礦床地下開(kāi)采[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1992.

[3]于潤(rùn)滄.采礦工程師手冊(cè)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2009.

[4]畢洪濤,趙國(guó)彥,董隴軍.新城金礦充填系統(tǒng)優(yōu)化實(shí)踐研究[J].礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā),2010,30(02):10-12,65.

[5]徐加夫.萊新鐵礦充填系統(tǒng)的優(yōu)化改造[J].采礦技術(shù),2014,14(06):22-25.

[6]郭明明.太平山鐵礦全尾砂充填系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[J].礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā),2015,35(02):9-12.

[7]鄧代強(qiáng),姚中亮,康瑞海,等.大流量全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)[J].礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā),2015,35(05):5-7.

[8]王運(yùn)永,鄧代強(qiáng),高艷華.西南某礦充填系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試研究[J].礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā),2015,35(05):8-10.

[9]柳小勝.短流程無(wú)砂倉(cāng)分級(jí)尾砂膠結(jié)充填工藝[J].礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā),2015,35(05):16-18.

[10]郭慧高,莫亞斌,王 虎,等.金川大流量高濃度自流充填系統(tǒng)的研究及應(yīng)用[J].采礦技術(shù),2015,15(03):25-27.

[11]鄧代強(qiáng),季 勇,姚中亮,等.哈圖金礦的充填技術(shù)[J].礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā),2015,35(12):10-12.(收稿日期：2015-12-14)

孟祥瑞(1983-)，男，河南羅山人，助理工程師，主要從事礦山設(shè)計(jì)和管理工作，Email：303449619@qq.com。