緩傾斜薄礦體采礦方法與工藝優(yōu)化研究

唐湘華（錫礦山閃星銻業(yè)有限責(zé)任公司，湖南冷水江 417500）

緩傾斜薄礦體采礦方法與工藝優(yōu)化研究

唐湘華
（錫礦山閃星銻業(yè)有限責(zé)任公司，湖南冷水江 417500）

錫礦山閃星銻業(yè)有限責(zé)任公司南礦采用桿柱砂漿充填法開采緩傾斜薄礦體，為提高桿柱砂漿充填法充填料漿濃度，防止采場充填水泛濫，滿足淺部中段殘礦和保安礦柱回采的需要，改進了采準(zhǔn)方式，并優(yōu)化研究了充填工藝。優(yōu)化后的充填工藝采用水泥、粉煤灰、分級尾礦、水制成尾礦似膏體，使用柱塞泵高濃度輸送至采場充填。滿足了采礦安全生產(chǎn)需要，具有明顯的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

桿柱；砂漿；似膏體；充填；采準(zhǔn)

桿柱房柱采礦法應(yīng)用于開采緩傾斜薄礦體，取消礦石護頂層，使開采回采率有了很大程度的提高。不過該采礦法必須保留大量房間礦柱，這不僅損失了大量礦石，而且大量的采空區(qū)未及時處理會造成災(zāi)難性的地壓活動。因此，除邊角礦體或低品位礦體外，一般均盡量采用能降低礦石損失貧化率的桿柱砂漿充填采礦法。

桿柱砂漿充填法的優(yōu)點是礦石損失貧化率低，開采回采率高，其缺點是掘采比大，充填工藝復(fù)雜，需要改進與優(yōu)化，以降低掘采比，提高砂漿輸送的質(zhì)量濃度和采場充填體強度，保證采場充填體充分接頂，杜絕采空區(qū)充填時溢流水泛濫而污染井下環(huán)境，為安全開采創(chuàng)造條件，以提高礦山經(jīng)濟效益和可持續(xù)發(fā)展水平。

1 礦山地質(zhì)概況

錫礦山閃星銻業(yè)有限責(zé)任公司銻礦田位于新華夏構(gòu)造體系雪峰山隆起帶的東南側(cè)，處于沉降和隆起分異構(gòu)造運動較激烈的地帶，褶皺和斷裂十分發(fā)育，構(gòu)造線由南而北呈北北東偏轉(zhuǎn)北就，略呈一弧形構(gòu)造。區(qū)域內(nèi)出露地層有前泥盆系淺變質(zhì)巖系和泥盆系至三迭系石灰?guī)r、砂巖和頁巖。前泥盆系淺變質(zhì)巖系分布在隆起區(qū)，厚度達7 300 m以上，泥盆系至三迭系石灰?guī)r、砂巖和頁巖分布在沉降區(qū)，厚度超過7 000 m。

錫礦山銻礦田礦床產(chǎn)于入字型斷裂下盤幾個次一級兩端傾沒的短軸背斜中，它包括飛水巖礦床、童家院礦床、老礦山礦床和物華礦床四個礦床，這四大礦床，以飛水巖礦床最大，童家院礦床次之，物華礦床最小。錫礦山閃星銻業(yè)有限責(zé)任公司南礦主要開采飛水巖礦床。飛水巖礦床主要礦體均賦存在石灰?guī)r的硅化灰?guī)r中。礦體具有多層性，其形態(tài)、產(chǎn)狀和規(guī)模也有差異。主要薄礦體均賦存于厚110 m鈣質(zhì)頁巖直接底板之下，呈緩傾斜似層狀產(chǎn)出，沿走向長30～600 m，延深60～1 800 m。礦體厚度變化穩(wěn)定，一般為2～3 m，局部地段達4～5 m，傾角一般為10°～20°。礦石堅硬穩(wěn)固，f＝10～18。頂板為頁巖，起伏變化不大，較規(guī)則，節(jié)理較發(fā)育，穩(wěn)固性較差，f＝3～5。礦體底板為硅化灰?guī)r或灰?guī)r，不規(guī)則，起伏變化較大，穩(wěn)固，f＝10～18。

2 現(xiàn)有采礦方法與工藝及其存在的問題

2.1 現(xiàn)有采礦方法與工藝

飛水巖礦床笫一號礦層為薄礦體，礦體頂板為厚層頁巖，屬不穩(wěn)固類型，特別是由于成礦運動影響，接近礦體1～2 m的圍巖節(jié)理較發(fā)育，極不穩(wěn)固。為了保證采場頂板安全，薄礦體一般采用桿柱砂漿充填法開采。

礦體沿走向劃分為盤區(qū)，其長度為80～100 m，一個盤區(qū)內(nèi)又劃分礦壁和礦房，礦壁和礦房斜長60～70 m。采準(zhǔn)切割巷道包括：脈外運輸平巷、放礦溜井、切割平巷、采準(zhǔn)天井（上山）、回風(fēng)巷、電耙硐室。

回采工作是在拉開的切割平巷的基礎(chǔ)上，以采準(zhǔn)天井（上山）為自由面，用淺孔落礦的方法進行回采。鑿巖采用YG-40型鉆機，逆礦體傾向沿工作面全寬布置平行炮眼，孔徑約42 mm，孔深2.2～2.4 m，最小抵抗線為0.6～0.7 m，間距0.8～1.2 m。每班崩礦40 t左右。爆破采用2＃巖石乳化炸藥，非電導(dǎo)爆管雷管起爆。

由于直接頂板為不穩(wěn)固的頁巖，采用桿柱維護頂板。桿柱安裝的參數(shù)為：長1.8～2.0 m，網(wǎng)度1× 0.8 m2，每套桿柱實際擔(dān)負的面積為0.77 m2。

礦壁和礦房回采結(jié)束之后，分別采用水泥砂漿充填料和分級尾礦進行充填處理采空區(qū)。

2.2 現(xiàn)有采礦方法存在的問題

桿柱砂漿充填法礦塊沿走向劃分為礦壁和礦房，礦壁與礦房寬度均為6 m，每個采場布置溜礦漏斗與電耙硐室，采準(zhǔn)切割工作量大，其掘采比高達46 m／kt。

砂漿膠結(jié)充填系統(tǒng)由水泥漿輸送系統(tǒng)、尾礦分級系統(tǒng)、攪拌制漿系統(tǒng)組成，由于充填漿料采用自流輸送，存在充填質(zhì)量濃度過低（30%左右）、水泥消耗過大（200 kg／m3）、采場充填脫水量大、充填質(zhì)量低、污染井下環(huán)境等缺陷。同時，砂漿設(shè)計輸送濃度（重量濃度）約為60%，系統(tǒng)自流倍線為5.7～6.1，流速0.98～1.05 m／s，水泥與尾礦重量比為1∶8，砂漿需耗水泥量194～210 kg／m3，充填體強度R28＝1.67～2.09 MPa。實際砂漿輸送濃度（重量濃度）約為30%，充填體強度R28＝1.00～1.50 MPa，達不到設(shè)計要求。

3 采礦方法及其工藝的優(yōu)化

3.1 采場結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化

合理的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)是地下礦山安全、高效生產(chǎn)的前提，也是采礦設(shè)計中必須面對的問題。桿柱砂漿充填法采場結(jié)構(gòu)參數(shù)一是采場跨度，二是采準(zhǔn)切割巷道布置。減少采場跨度，有利于提高作業(yè)安全性，但掘采比相應(yīng)增大；反之，采場跨度增大，可降低掘采比和采礦成本，但安全性相應(yīng)降低。因此，必須綜合考慮經(jīng)濟、安全因素，確定合理的采場跨度。通過長期的生產(chǎn)實踐和采場頂板沉降觀測分析，該開采技術(shù)條件下的采場跨度是合適的。優(yōu)化采場結(jié)構(gòu)參數(shù)只能從采準(zhǔn)切割巷道布置上著手。

桿柱砂漿充填采礦法的礦塊垂直礦體走向布置，每個礦塊劃分為礦壁和礦房，寬度均為6 m，改變原礦壁和礦房中軸各布置一個漏斗和采準(zhǔn)天井的采準(zhǔn)方式，在礦壁右側(cè)和礦房左側(cè)設(shè)計采準(zhǔn)天井，兩個采場共用一個漏斗，兩個采場可節(jié)省一個漏斗和電耙硐室，可大大降低掘采比。同時，先掘礦壁采準(zhǔn)天井，礦壁回采充填后再掘礦房采準(zhǔn)天井，可防止因礦房中采準(zhǔn)天井掘偏，致使礦壁充填跑漿的弊端。其采準(zhǔn)布置如圖1所示。

圖1 桿柱砂漿充填采礦法示意圖1—采準(zhǔn)天井；2—溜礦井；3—回風(fēng)巷；4—電耙硐室；5—運輸平巷；6—切割平巷；7—礦壁；8—礦房

3.2 采場充填工藝的優(yōu)化

改進后的充填系統(tǒng)是把分級尾礦制成尾礦似膏體，采用柱塞泵用管道泵送至采場，砂漿和尾礦輸送共用一套系統(tǒng)。

3.2.1 充填工藝流程

尾礦似膏體充填工藝是把全尾礦進行脫泥分級，通過管道自流到臥式砂倉，濾水后進入穩(wěn)料倉，再通過穩(wěn)料倉底部的振動放料機和皮帶秤的計量后通過皮帶運輸機輸送至攪拌桶。

各種充填物料在攪拌桶內(nèi)強力攪拌形成合乎質(zhì)量濃度要求的分級尾礦似膏體料漿，然后通過高壓泵加壓后經(jīng)管道輸送至待充采場。

3.2.2 充填材料及其配比

1.骨料。用于制備尾礦似膏體的骨料采用以浮選全尾礦經(jīng)一道分級后的沉砂，其沉砂料級組成為：粒級+0.3 mm的沉砂占23.35%，粒級0.3～0.15 mm的沉砂占22.25%，粒級0.15～0.02 mm的沉砂占54.4%。

2.膠凝材料。膠凝材料采用該公司水泥廠生產(chǎn)的礦渣硅酸鹽水泥，標(biāo)號為32.5級。

3.改性材料。采用附近發(fā)電廠從煙道中回收的粉狀粉煤灰。

4.水。采用普通自來水。

5.充填配比。礦壁充填配比：水泥∶粉煤灰∶尾礦＝1∶2∶8（質(zhì)量比），質(zhì)量濃度74%～76%，充填體強度1.5 MPa；礦房充填配比：水泥∶粉煤灰∶尾礦＝1∶4∶15（質(zhì)量比），質(zhì)量濃度74%～76%，充填體強度0.5～1.0 MPa?；蚍旨壩驳V非膠結(jié)充填。

3.2.3 充填作業(yè)

充填作業(yè)前，首先用混凝土做采場下部密閉，并用混凝土砌筑上分層預(yù)留漏斗和通道。充填準(zhǔn)備工作完成后即可充填，在采場用電耙扒運，直至充滿采場為止。

4 結(jié) 論

1.采用柱塞泵實現(xiàn)充填漿體高濃度輸送，充填質(zhì)量濃度從30%提高到76%，減少了采場的脫水量，減輕了井下環(huán)境污染程度，增大了充填料漿的有效利用率，提高了實際充填能力，明顯改善充填體的物理力學(xué)性質(zhì)，提高了充填體強度，達到了有效控制地壓，提高充填作業(yè)效果的目的。

2.在礦壁右側(cè)和礦房左側(cè)設(shè)計采準(zhǔn)天井，共用一個漏斗，可降低掘采比，防止因礦房中采準(zhǔn)天井掘偏，致使礦壁充填跑漿的弊端。

［1］ 王洋，易志清，祝祿發(fā).尾礦似膏體膠結(jié)充填采礦法的研究與應(yīng)用［J］.湖南有色金屬，2013，29（1）：7-9.

［2］ 祝祿發(fā).礦石損失貧化的綜合治理［J］.湖南有色金屬，1993，9（3）：129-132.

［3］ 曾永志，潘謹，祝祿發(fā).塊石膠結(jié)充填采礦法的研究與應(yīng)用［J］.采礦技術(shù)，2012，12（6）：3-4.

［4］ 周愛民.有色礦山采礦技術(shù)新進展［J］.采礦技術(shù)，2006，6（3）：1-7，48.

Optim ization Research on Thin Orebody of Slowly Inclined Mining Method and the Process

TANG Xiang-hua
（Hsikwangshan Twinkling Star Co.，Ltd.，Lengshuijiang 417500，China）

Roofboltmortar filling method is used to mining thin orebody of slowly inclined in Hsikwang Shan south antimony ore.In order to improve filling slurry concentration，to prevent the fillingwater flooding，tomeet the residual ore in shallow and safety pillar stoping，it improves the preparatory work way and optimizes the filling process.The optimized filling process with cement，fly ash，grade tailings，water made from tailing paste.Using plunger pump transportation of high concentration to stope filling，itmeets the requirements ofmining safety in production，and has obvious economic benefits and environmental benefits.

roofbolt；mortar；tailing paste；filling；preparatory work

TD853.21+1

A

1003-5540（2016）01-0005-03

2015-09-25

唐湘華（1972-），男，工程師，主要從事采礦技術(shù)與管理工作。