充填采礦法在大紅山鐵礦的應(yīng)用

黃體興

摘要：充填采礦法是一種很符合持續(xù)發(fā)展理念、綠色礦山理念的實用技術(shù)，目前在大紅山鐵礦I號銅礦帶深部150萬t/a采礦工程、III、IV號礦體和280m小富礦體等處取得了良好的效果，不但可以減少尾礦和采切廢石的排放，而且有效的降低生產(chǎn)成本和提高安全性能。

還有二道河礦段100萬ta采礦工程未“三下”開采，也必須采用充填采礦法，目前正在建設(shè)配套的充填系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：充填采礦法；綠色環(huán)保；安全高效

1.大紅山地質(zhì)和采礦方法簡介

1.1地質(zhì)簡介

大紅山鐵礦根據(jù)礦體平面分布、產(chǎn)出部位、埋藏深度、構(gòu)造邊界等因素，可劃分為淺部鐵礦、深部鐵礦、曼崗河北岸鐵礦、哈姆白祖鐵礦和Ⅰ號鐵銅礦帶等五個地段。五個地段經(jīng)勘探查明有五個主要含礦帶，共計71個礦體，其中大型礦體3個、中型礦體7個、小型礦體61個。共計有鐵礦石總儲量45825.34萬t（未包含熔巖鐵礦）/55790萬t（含熔巖鐵礦），TFe品位36.32%/33.41%，其中表內(nèi)34112.75萬t，TFe品位40.94%，表外11712.59萬t，Tfe品位23.05%。銅礦石總儲量約7567.15萬t，銅平均品位0.53%，伴生鐵品位TFe20.09%。

根據(jù)礦體產(chǎn)出層位和部位，由下而上劃分為7個含礦帶，其中有工業(yè)礦體的礦帶5個（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ）。礦體的產(chǎn)出層位，上部以鐵礦為主，下部以銅礦為主。Ⅱ礦帶為主要鐵礦帶，Ⅳ、Ⅴ礦帶為鐵礦，Ⅰ、Ⅲ礦帶為鐵銅礦帶。各礦體的空間位置如下：

1.2采礦方法簡介

1.2.1無底柱分段崩落法采礦法

大紅山鐵礦中部采區(qū)、南翼采區(qū)和主采區(qū)等400萬t/a一期已回采結(jié)束的采區(qū)及西翼采區(qū)、西上采區(qū)、東上采區(qū)等400萬t/a二期正在進(jìn)行的采礦工程均采用無底柱分段崩落采礦法。

主礦體整體回采順序自上而下開采，其中主采區(qū)合采部分礦體較為厚大，從礦體中部朝南北向拉槽，邊角部分輔助拉槽形成補償空間，礦塊回采時整體向切割槽兩翼及側(cè)翼后退式回采，多分段梯段式同時出礦，上分段回采工作面超前下分段回采工作面大于一個分段的距離。分采部分多從礦體上盤拉槽形成補償空間，礦塊回采時從切割槽位置后退式回采。崩落礦石采用6m?電動鏟運機（3m?柴油鏟運機作為輔助）鏟裝礦石通過礦塊溜井下放至階段（中段）有軌運輸水平裝車運至轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，礦石經(jīng)破碎后通過膠帶運至地表礦倉。

1.2.2點柱式上向水平分層充填采礦法

大紅山鐵礦I號銅礦帶深部150萬t/a采礦工程采用點柱式上向水平分層充填采礦法。主要開采對象是銅礦帶Ⅰ3、Ⅰ2及Ⅰ1礦體。礦體間夾層厚度從零米到幾十米不等。礦體整體走向近東西，向南傾斜，傾角一般在12°～55°之間，平均傾角35.7°；礦體厚度在1.7～21.4m之間，平均厚度6.9m。

I號銅深部一期采礦工程設(shè)計開采400～700m標(biāo)高之間礦體，沿礦體傾向方向劃分為三個階段自下而上同時開采，階段高度100m，分段高度20m，盤區(qū)沿礦體走向布置，每300m劃分為一個盤區(qū)。采場分層回采高度4m，礦塊長度50m，礦塊寬度為礦體水平厚度，礦塊高度按一個分段高度劃分，礦塊內(nèi)按8～12.5m間距留設(shè)5*5～12m點柱或條柱，每個礦塊上盤均布置充填回風(fēng)上山貫通上分段回采聯(lián)道，斷面尺寸2m*2m，角度≥45°，礦塊間留4m寬間柱。采場溜井、回風(fēng)上山等按300m間距設(shè)置，充填回風(fēng)平巷按階段設(shè)置于礦體下盤，負(fù)責(zé)階段的回風(fēng)和充填及作為上階段的排（集）水通道。

各中段首分層用1：4灰砂比的水泥尾砂漿充填，并在其底板鋪設(shè)200*200Φ16鋼筋網(wǎng)，以利于下中段最上分段的回采；其它分層回采結(jié)束后先用廢石充填，再用分級尾砂充填，之后最上層的0.8m用1：6灰砂比的膠結(jié)尾砂漿充填，以利于鏟運機和汽車運行。各中段首采分層充填厚度2.5m，留出1.5m，以留出上分層回采爆破的空間，其它分層每次充填總厚度同回采分層厚度，為4m（最后一個分層充填接頂）；為便于充填時的脫水和回采時的排水，在采場回采聯(lián)道適宜位置設(shè)置濾水孔。采礦方法大樣圖見圖2：

1.2.3分段空場法采礦法（含嗣后充填）

大紅山鐵礦分段空場采礦法主要應(yīng)用于III、IV號礦體、720m頭部、分采采區(qū)和I號銅礦帶淺部（760～800mI1礦體）。礦體沿傾向方向劃分為階段自上而下開采（分采采區(qū)自下而上），階段高度40～80m，分段高度10～30m，盤區(qū)沿走向布置，長約100～200m，沿傾向水平寬度約40～45m（含礦柱）左右，盤區(qū)內(nèi)按沿走向長50-80m劃分礦塊，礦塊寬度40～45m（含礦柱）左右礦塊及盤區(qū)間沿傾向留沿傾向礦柱，盤區(qū)間沿走向留沿走向礦柱，礦柱寬度6～8m（礦體較厚時取大值，礦體較薄時取小值）。

采用嗣后充填空區(qū)的采區(qū)在盤區(qū)或礦塊回采結(jié)束后及時澆筑密閉墻密閉采空區(qū)，之后采用廢石或分級尾砂充填采空區(qū)，廢石采用卡車運至上盤充填平巷通過充填小井對空區(qū)進(jìn)行充填，分級尾砂則通過充填鉆孔下放至采空區(qū)充填，尾砂質(zhì)量濃度要求68～70%。采礦方法大樣圖見圖3：

1.2.4房柱法采礦法

大紅山鐵礦房柱法采礦法主要應(yīng)用于I號銅礦帶淺部、720m頭部和III、IV號礦體厚度為3～9m的緩傾斜礦體。礦塊沿走向布置，礦塊長50m，水平礦體礦塊寬約55m，傾斜礦體按20m分段高對應(yīng)的水平寬度劃分。沿走向相鄰4個礦塊劃分為一個盤區(qū)。礦塊間沿走向和傾向留隔離礦柱，礦柱寬度3m，礦塊內(nèi)均勻留點柱，點柱間距約9～11m，點規(guī)格為3×3m，在礦體較厚的地段，礦柱應(yīng)適當(dāng)加大，保證礦柱能有效留設(shè)并穩(wěn)定支撐。傾斜礦體的分層高度按水平寬度約9～11m對應(yīng)的高度劃分。

回采工作面自上而下逐步推進(jìn)，回采作業(yè)采用氣腿式鑿巖機打淺孔爆破落礦。傾斜礦體回采時，先將各分層未掘到盤區(qū)端部的回采進(jìn)路推進(jìn)到盤區(qū)端部，之后各分層自盤區(qū)兩端向盤區(qū)中部后退回采礦石。水平礦體回采時，利用已掘到盤區(qū)端部的回采進(jìn)路作為回采通道，自盤區(qū)兩端向盤區(qū)中部后退回采礦石?；夭蛇^程中，必要時應(yīng)采用錨桿或錨索對頂板進(jìn)行錨固，以保證生產(chǎn)安全。采礦方法大樣圖見圖4：

4.充填采礦存在的問題及改進(jìn)方向

以玉溪大紅山礦業(yè)有限公司為例，在綠色開采過程中取得豐碩成果的同時，亦存在不少問題亟待解決。

2.大紅山鐵礦充填簡介及應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1充填系統(tǒng)簡介

充填系統(tǒng)主要服務(wù)于Ⅰ號銅礦帶深部150萬t/a及III-IV礦體80萬t/a采礦項目。深部I號銅礦帶充填方式為廢石+分級尾砂膠結(jié)充填，III、IV礦體充填方式為廢石+分級尾砂水力充填。充填料選用大紅山鐵礦井下掘進(jìn)廢石和選廠產(chǎn)出的尾砂，采用立式砂倉和攪拌槽制備充填礦漿自流輸送工藝。

選廠尾砂通過Φ53m濃縮機濃縮后，底流濃度為40%左右的尾砂漿經(jīng)過渣漿泵、新增充填隔膜泵加壓，輸送至充填制備站2#立式砂倉頂部的旋流器，經(jīng)旋流器分級后得到濃度為68%左右的尾砂漿，通過分料槽分別為4個立式砂倉給料。經(jīng)過沉砂、水氣聯(lián)動造漿放出質(zhì)量濃度67%～70%的尾砂漿進(jìn)入攪拌槽攪拌。膠結(jié)充填時，按灰砂比1：4的比例加入P42.5標(biāo)號的水泥，制備成質(zhì)量濃度為70%～74%的砂漿，再由管道自流輸送到井下進(jìn)行充填；分級尾砂水力充填時則不需添加水泥。旋流器分級后溢流和立式砂倉頂部溢流細(xì)粒泥級尾砂通過立式砂倉溢流口經(jīng)Φ530mm管道自流至二、三選廠濃縮池。充填系統(tǒng)流程如圖5所示。

2.2充填采礦法的應(yīng)用效果

從2013年元月充填制備站投入運行以后，充填采礦法在大紅山鐵礦開始應(yīng)用，其中I號銅礦帶深部150萬t/a采礦工程采用點柱式上向水平分層充填采礦法和III-IV礦體80萬t/a采礦工程采用分段空場法（嗣后充填）采礦方法。已采用廢石+尾砂或尾砂充填處理采空區(qū)368萬m?，處理量為70多萬m?/a。井下掘進(jìn)廢石排入采空區(qū)，基本實現(xiàn)廢石不出井，提高充填強度和脫水效果的同時減少了廢石運輸成本和運輸風(fēng)險，還能減少廢石場建設(shè)維護。尾砂消耗量約50萬m?/a，有效減少尾礦外排量。采用充填采礦法的采空區(qū)處理情況如下表：

充填采礦法與其它采礦方法對比，有一下優(yōu)點：

（1）充填體充入采空區(qū)后直接與圍巖接觸，對圍巖提供一定的側(cè)向壓力，從而可以有效地調(diào)整采場系統(tǒng)的能量釋放速度，提高地下采礦系統(tǒng)中抵抗動態(tài)作用的能力，限制圍巖變形的繼續(xù)發(fā)展，防止采空區(qū)繼續(xù)冒落。

（2）充填體具有應(yīng)力隔離作用。充填體是在采場開挖后充入的，雖然其后受到開挖的影響，并承受部分轉(zhuǎn)移來的應(yīng)力，但在采場結(jié)構(gòu)中畢竟充填體的剛度小，變形性能大，因而所承受的應(yīng)力較小，這就可以對采場圍巖高應(yīng)力區(qū)起到一定的應(yīng)力隔離作用，保證回采工作的安全。

（3）充填體可以改善礦柱的應(yīng)力狀態(tài)，提高礦柱的強度和支撐頂板的能力?？諈^(qū)充填后，充填體包裹礦柱，給礦柱表面一定的側(cè)壓力，使礦柱處于三維應(yīng)力狀態(tài)，提高礦柱強度。對于礦柱發(fā)生破壞的采場，如果立即進(jìn)行充填，則破壞很快停止而趨于穩(wěn)定狀態(tài)，巖音頻度迅速降低以至消失。

（4）雖然尾砂充填體承載能力有限，但其重要的作用是消除了空區(qū)，可阻止頂板變形破壞的發(fā)展，消除頂板大面積冒落的可能性，避免災(zāi)難性的地壓活動。

（5）充填體在深部開采時可控制巖爆的產(chǎn)生，并可有效抑制地表塌陷。

2.3充填技術(shù)的發(fā)展

隨著國家政策的轉(zhuǎn)變，對安全生產(chǎn)、環(huán)境保護等的要求越來越高，充填采礦法可以較少甚至消除尾礦庫、廢石場等工業(yè)危害，是符合持續(xù)發(fā)展理念、綠色礦山理念的實用技術(shù)，應(yīng)用和發(fā)展前景十分廣闊。對于大紅山鐵礦而言，為降低充填采礦成本、提高充填體質(zhì)量，實現(xiàn)充填采礦的創(chuàng)新發(fā)展和擴大應(yīng)用成果，需進(jìn)行以下方面的應(yīng)用研究應(yīng)用：

（1）將分級尾砂改造為全尾砂，既增大了尾砂消耗量，又減小了細(xì)粒級對尾礦庫的危害；

（2）尋找水泥替代品，研究能滿足充填體強度要求的新型低成本膠結(jié)材料來降低充填成本；

（3）結(jié)合邊角小礦體采礦和充填的特點，設(shè)計出滿足安全規(guī)范又便于充填的新工藝，實現(xiàn)因礦生法、因礦而異的充填采礦技術(shù)新理念；

（4）加強充填全過程的自動化和智能化改造，實現(xiàn)信息化、智能化的充填信息管理系統(tǒng)；

（5）利用尾砂和廢石對塌陷區(qū)進(jìn)行治理；

（6）利用充填技術(shù)對1號銅淺部，II1頭部等前期形成采空區(qū)進(jìn)行治理。

3.結(jié)束語

充填采礦法是實現(xiàn)金屬礦綠色開采發(fā)展的重要載體。從當(dāng)前采礦工程領(lǐng)域的發(fā)展中，充填技術(shù)已經(jīng)成為了該領(lǐng)域發(fā)展中十分高效的一種方法。由于充填采礦法具有安全、高效等多個方面的優(yōu)勢，是其他許多方法不可取代的。然而，從實際的充填技術(shù)應(yīng)用中，我們也不難看出該技術(shù)中還存在著一些不足。因此，我們必須不斷的對充填技術(shù)進(jìn)行研究和分析，創(chuàng)造出更好、更有效的應(yīng)用方法來解決當(dāng)前存在的問題，進(jìn)而在促進(jìn)充填技術(shù)應(yīng)用提高的基礎(chǔ)上，促進(jìn)采礦工程領(lǐng)域的發(fā)展和進(jìn)步。

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