銅山口銅礦充填采礦技術(shù)的應(yīng)用與改進(jìn)

易 露，童建華

（大冶有色金屬有限責(zé)任公司銅山口銅礦， 湖北黃石市 435000）

銅山口銅礦充填采礦技術(shù)的應(yīng)用與改進(jìn)

易 露，童建華

（大冶有色金屬有限責(zé)任公司銅山口銅礦， 湖北黃石市 435000）

摘 要：介紹了充填采礦方法在銅山口銅礦的應(yīng)用，并針對(duì)目前充填工藝存在的問(wèn)題提出一些改進(jìn)的思路。

關(guān)鍵詞：充填采礦法；充填工藝；應(yīng)用；改進(jìn)

0 引 言

銅山口銅礦經(jīng)過(guò)30多年大規(guī)模開(kāi)采于2014年元月由露天開(kāi)采轉(zhuǎn)為露天與井下聯(lián)合開(kāi)采。為了保證露天與井下同時(shí)開(kāi)采的安全性，減少選礦尾砂對(duì)地表環(huán)境的污染與破壞，銅山口銅礦井下應(yīng)用分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ɑ蛏舷蛩椒謱狱c(diǎn)柱式充填法開(kāi)采，需對(duì)開(kāi)采后的采空區(qū)進(jìn)行充填。

1 銅山口銅礦充填站簡(jiǎn)介

銅山口銅礦充填站由充填攪拌站和充填回水站兩部分組成。充填攪拌站由立式砂倉(cāng)、水泥倉(cāng)、雙葉輪攪拌槽、HGBS120活塞式工業(yè)泵組成。選礦后的尾砂經(jīng)分級(jí)后，粗粒級(jí)（≥37 μm）尾砂進(jìn)入立式砂倉(cāng)頂部的尾砂濃縮貯存裝置，經(jīng)過(guò)自然沉降進(jìn)入砂倉(cāng)底部，用高壓氣和高壓水對(duì)砂倉(cāng)內(nèi)沉積的尾砂進(jìn)行造漿，并輸送到攪拌槽。同時(shí)，按照控制系統(tǒng)設(shè)定的灰砂比和料漿濃度，由水泥倉(cāng)往攪拌槽內(nèi)輸入水泥和生產(chǎn)水。攪拌均勻后的砂漿進(jìn)入活塞式工業(yè)泵，經(jīng)過(guò)加壓后通過(guò)充填管道進(jìn)入待充填采空區(qū)。

充填回水站由生產(chǎn)回水池、低壓生產(chǎn)水池、高壓生產(chǎn)水池3部分組成。生產(chǎn)回水池中的水來(lái)自立式砂倉(cāng)頂部溢流出水，排至尾礦濃密池。低壓生產(chǎn)水池和高壓生產(chǎn)水池中的水都來(lái)自銅山口銅礦游泳池。低壓生產(chǎn)水池中的水有兩個(gè)去向，一個(gè)是進(jìn)入攪拌槽用于調(diào)節(jié)砂漿濃度，另一個(gè)去向是進(jìn)入水箱用于充填前和充填后沖洗充填管道。高壓生產(chǎn)水池中的水進(jìn)入立式砂倉(cāng)進(jìn)行造漿。

銅山口銅礦充填站由兩套系統(tǒng)組成，一用一備。單套系統(tǒng)參數(shù)如下：充填料漿輸送能力為80～120m3/h，充填料漿濃度為 65% ～75%，灰砂比為（1∶4）～（1∶12）（根據(jù)采用的采礦方法而定），一次最大充填量為1500m3，連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間為6～12 h。

相較于國(guó)內(nèi)某些礦山而言，銅山口銅礦充填系統(tǒng)中增加了兩套加壓泵送系統(tǒng)。因?yàn)槟壳般~山口礦井下開(kāi)采中段為-160m中段，充填管道安置在-100m水平，充填倍線為4～8。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，當(dāng)充填倍線大于4時(shí)，需要經(jīng)過(guò)加壓泵送才能將充填料漿輸送到采空區(qū)。當(dāng)井下開(kāi)采中段到達(dá)-220，-280m水平，部分充填倍線較小的采場(chǎng)回采完畢后，充填料漿不需要柱塞泵加壓即可實(shí)現(xiàn)充填采空區(qū)。再往深部開(kāi)采，充填料漿可通過(guò)自身重力輸送到所有的采空區(qū)。

2 銅山口銅礦充填采礦背景及應(yīng)用

2.1礦體賦存條件

Ⅰ號(hào)礦體是受巖株控制的“筒形”礦體，在平面上呈一直徑500～600m的“環(huán)狀”，局部呈S形。礦體走向長(zhǎng)2100m，傾向延伸300～500m；厚度10～30m，最厚60m。Ⅱ號(hào)礦體東、北、西三面與Ⅰ號(hào)礦體相連，平面上似一不對(duì)稱的無(wú)頂“帽沿”，水平延伸100～300m；剖面延伸至-100～-200m標(biāo)高，傾角各段不一，北段幾乎水平，南段傾角較陡；厚度一般5～10m，平均8m。Ⅵ號(hào)礦體為一隱伏的大理巖、矽卡巖、角礫巖的巖體，礦體埋深-190～-250m，呈似層狀，產(chǎn)狀平緩，走向近東西，向西北傾斜，傾角8°～22°，在22線南北兩端與Ⅰ號(hào)礦體相連，其特點(diǎn)是礦體厚大，中間有夾石層。

2.2采礦方法

Ⅰ號(hào)礦體和大部分Ⅱ號(hào)礦體為急傾斜中厚礦體，礦巖穩(wěn)固。采用分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ǎ鐖D1所示。當(dāng)?shù)V體厚度小于15m時(shí)，礦塊沿走向布置，當(dāng)?shù)V體厚度大于15m時(shí)，礦塊垂直走向布置。

Ⅵ號(hào)礦體為緩傾斜極厚礦體，中間有夾石層，采用上向分層點(diǎn)柱式充填采礦法，如圖2所示。

圖1　分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V方法圖

圖2　上向水平分層點(diǎn)柱式充填采礦方法圖

根據(jù)初步設(shè)計(jì)要求，對(duì)于分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ú蓤?chǎng)（沿走向布置），在充填單元的上階段充填道水平安裝塑料充填管，并自上而下安放波紋濾水筒。井下充填準(zhǔn)備就緒后，便開(kāi)始充填，由地表充填站下放尾砂膠結(jié)料漿，經(jīng)充填管路注入井下采空區(qū)，進(jìn)行全階段充填，其間多余水份從濾水筒和密閉墻的濾水層及空區(qū)周圍和底部裂隙滲出。為利于全礦塊回采時(shí)的地壓管理和底柱回采，采空區(qū)的底部（大約4m）和頂部（大約1m）用灰砂比為1∶（4～8）的尾砂膠結(jié)料充填，中部（大約 37m）用灰砂比為1∶（8～12）的尾砂膠結(jié)料充填。

對(duì)于上向水平分層點(diǎn)柱式充填法采場(chǎng)，每個(gè)中段的第一個(gè)分層回采結(jié)束后，澆注人工假底，人工底柱高度3m，其中鋼筋混凝土層厚0.4m，灰砂比1∶5的膠結(jié)充填體厚度2.6m。其它分層充填分為下部非膠結(jié)充填和上部澆面膠結(jié)充填，分層充填高度3m，上部澆面膠結(jié)充填高度 0.4m，灰砂比（1∶8）～（1∶10），充填料漿濃度70%。下部非膠結(jié)充填高度2.6m，并盡可能將掘進(jìn)廢石用于分層下部非膠結(jié)充填，以減少提升出地表的廢石量。分層充填前需要架設(shè)順路泄水井，并在分層聯(lián)絡(luò)道內(nèi)安裝擋墻，封閉充填分層，充填管通過(guò)采場(chǎng)充填回風(fēng)井下到充填分層。

3 銅山口銅礦充填工藝技術(shù)的改進(jìn)

3.1膠凝材料的改進(jìn)

以水泥作為膠凝材料進(jìn)行膠結(jié)充填存在以下缺點(diǎn)：對(duì)充填骨料粒度有要求（對(duì)于銅山口銅礦尾砂物理性質(zhì)而言，要求≥37 μm）；充填體泌水量大；凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)；早期強(qiáng)度低；水泥用量大、成本高。這些缺點(diǎn)導(dǎo)致井下完填不僅嚴(yán)重影響采空區(qū)的穩(wěn)定、破壞了井下作業(yè)環(huán)境，而且大大增加了采礦成本。對(duì)于上向水平分層點(diǎn)柱式充填法采場(chǎng)而言，在一個(gè)分層回采充填完畢后，鏟運(yùn)機(jī)無(wú)法快速進(jìn)入采場(chǎng)進(jìn)行上一個(gè)分層的回采。

針對(duì)以水泥作為膠凝材料存在的上述缺點(diǎn)，銅山口銅礦采用新型膠凝劑進(jìn)行試驗(yàn)。分別對(duì)兩種膠凝材料制作出的試塊進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試。從表1可看出，在1∶6的灰砂配比、64.3%的料漿濃度條件下兩組試驗(yàn)塊3 d的強(qiáng)度TK6要大于SN6，28 d的強(qiáng)度TK6更是遠(yuǎn)大于SN6。通過(guò)試驗(yàn)可看出，新型膠凝劑的使用在一定程度上增強(qiáng)了充填體的強(qiáng)度，而且早期強(qiáng)度也有一定提高。這對(duì)上向水平分層點(diǎn)柱式充填法采場(chǎng)而言，可以大大縮短分層之間作業(yè)循環(huán)時(shí)間，提高采場(chǎng)的出礦能力。對(duì)于灰砂比1∶10的試塊TK10而言，3 d期和28 d期試塊的強(qiáng)度同樣大于灰砂比1∶6的試塊SN6，也就是說(shuō)獲得同樣強(qiáng)度的充填效果，新型膠凝劑的使用量遠(yuǎn)少于水泥的用量，起到了節(jié)約充填成本的作用。

表1　兩種膠凝材料的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

3.2充填擋墻的改進(jìn)

目前，我礦北沿517采場(chǎng)的充填擋墻制作方式是：在砌墻處巷道頂幫底上各打3根、兩排Φ36mm ×1800mm的鋼筋錨桿，錨桿外露1000mm。人工清底至硬底處，澆筑100mm厚的砂漿地坪，地坪上面敷設(shè)麻袋，以保證封閉擋墻底部的平整密實(shí)并避免漏漿，采用390mm×190mm×190mmmU10.0空心砌塊和M10.0水泥砂漿砌筑，擋墻與出礦進(jìn)路輪廓接縫處用麻袋堵塞，并在空隙處灌注砂漿以保證密實(shí)，出礦進(jìn)路口、聯(lián)絡(luò)道口封閉擋墻厚度1000mm。砌筑期間在每個(gè)擋墻0.5，1.0，2.0，3.0m處埋設(shè)乙烯管作臨時(shí)脫水管兼觀察管，如圖3所示。

圖3　北沿517采場(chǎng)人工澆注的充填擋墻

借鑒國(guó)內(nèi)其他礦山經(jīng)驗(yàn)，在銅山口銅礦嘗試應(yīng)用可移動(dòng)式充填擋墻。該充填擋墻主要是由鋼骨

架、木塊、過(guò)濾布組成。在巷道兩幫一頂，用錨桿固定鋼骨架，木塊布置在鋼骨架前端，木塊間留濾水空隙，再將過(guò)濾布置于木塊的前端。當(dāng)采空區(qū)充填完畢后，該擋墻可拆卸、可移動(dòng)到其他待充采空區(qū)進(jìn)行重復(fù)利用，可大大節(jié)約人工制作充填擋墻的成本。

4 結(jié) 語(yǔ)

總體來(lái)說(shuō)，充填采礦法在銅山口銅礦的應(yīng)用還在探索階段，雖然在新型膠凝劑的改進(jìn)等方面取得了一定成果，但還存在以下問(wèn)題今后可繼續(xù)優(yōu)化。

（1）進(jìn)一步試驗(yàn)優(yōu)化新型膠凝劑的理論特性，使充填料的早期強(qiáng)度更大，最終實(shí)現(xiàn)在上向水平分層點(diǎn)柱式充填法采場(chǎng)分層充填完畢24 h內(nèi)，鏟運(yùn)機(jī)能在充填體上進(jìn)行上一分層的回采作業(yè)。

（2）可移動(dòng)式擋墻雖在某些礦山成功運(yùn)用，但在銅山口銅礦的應(yīng)用能否取得預(yù)期效果，還有待進(jìn)一步實(shí)踐。

（3）隨著開(kāi)采水平的不斷降低，充填倍線越來(lái)越小，在-220m中段的某些采場(chǎng)可嘗試不用加壓泵送充填料漿。理論上可行，但還需實(shí)踐檢驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

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收稿日期：（2015-10-22）

作者簡(jiǎn)介：易 露（1986-），男，助理工程師，主要從事井下采礦技術(shù)管理工作，Email：515885291@qq.com。