全尾砂充填技術在采礦施工中的應用

鄭彥濤，姜貴川，向品倪

（1.貴州化工建設有限責任公司，貴州 貴陽 550001；2.貴州息烽磷礦有限責任公司，貴州 貴陽 550001）

全尾砂充填技術的應用能夠實現(xiàn)廢物回收綜合治理，既解決了礦山開采過程中的廢料問題，又能夠實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，成為當前礦山開采作用中應用最為廣泛的充填技術。本研究既能提升礦山的開采工作效率，有能減少采空區(qū)塌落，綠色環(huán)保。

1 礦體充填系統(tǒng)及其應用意義

1.1 工程背景

貴州息烽磷礦礦山的首采的II礦體臨近溫泉風景區(qū)，地表不允許崩落，采空區(qū)要進行充填，故采用分段空場嗣后充填采礦法。礦塊眼礦體走向連續(xù)布置，礦塊長60m，中段高度60m，礦塊寬度為礦體的水平厚度。采用分段開采，沿著礦塊傾向方向將礦塊劃分為4個分段，分段高度15m。礦間柱寬度10m，底柱寬9m，礦塊寬度為礦體的水平厚度。在間柱中布置通風人行天井，在礦體頂板脈內(nèi)沿走向布置分段鑿巖體平巷，礦房中央開鑿切割天井，由礦房中央向兩邊退采。

階段礦房分段落礦嗣后充填采礦法具有工藝簡單，生產(chǎn)能力大，工人不在采空區(qū)下作業(yè)，安全可靠等優(yōu)點。

礦房回采：在正式回采前應形成切割立槽和拉底空間，作為回采的崩礦自由面，回采作業(yè)包括在分段鑿巖平巷中打下向扇形中深孔，孔徑45mm，最小抵抗線1.5m～1.8m。一次將炮孔全部打完后，才開始崩礦。每次爆破3排～5排，用導爆索或導爆管分段起爆。出礦：崩落的礦石自溜到漏斗式放礦結構，在中段運輸巷內(nèi)裝入汽車外運。鑿巖：根據(jù)礦山掘井回采的需要，采用YG40氣動鑿巖機，在穿脈鑿巖巷中鑿下向扇形炮孔，孔徑45mm，孔深8.8m～8.5m，孔底距2.2m～2.5m，排距（最小抵抗線）1.5m～1.8m；鑿巖時。爆破：爆破材料采用2號巖石乳化炸藥，用裝藥臺車裝藥。起爆材料為用導爆索或導爆管分段起爆。采用復式起爆網(wǎng)絡起爆。

采場支護和空區(qū)處理：留頂柱、底柱及間柱支撐頂板，保證回采鑿巖出礦安全。

1.2 礦體全尾砂充填系統(tǒng)組成

（1）全尾砂粒級組成分析。礦體在對全礦砂原料進行工業(yè)試驗的過程中，分布粒徑越大，其含有的沙料數(shù)量越多，其中，20um以下粒徑占據(jù)全部顆?？偭康?0%，同一般的礦山相比較，其含量也遠遠低于國內(nèi)的大部分分級尾砂。粒級組成如下表1所示。

表1 礦體礦山全尾砂粒級組成

（2）全尾砂充填系統(tǒng)。在礦山開采作業(yè)中，為高效控制巖體的變形及回采區(qū)域的地壓。由于選定的礦山具備建成現(xiàn)代化礦山的條件，因此在全尾砂濃度及其充填效率上，應結合充填區(qū)域的面積，每天選定650m3。結合立式砂倉結構的體積，應確立有效的容積為465m3，砂倉直徑選定為5m，高度選定為15m，尾砂的儲存量為1656t。

1.3 礦體全尾砂充填技術應用意義

由于礦體礦山中的厚礦體結構的影響，在充填法的選擇上，應創(chuàng)新充填系統(tǒng)應用，及時進行補充粗尾砂的量，保障礦山開采的正常進行；其次，應保證尾砂不能向外溢出，有效的縮短了尾砂庫的使用年限，因此選定全尾砂充填技術，能夠從充填所需的材料及環(huán)境環(huán)保方面，保障礦山長期持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，并保持良好的作業(yè)工況。

2 全尾砂充填技術中充填料的制備分析

2.1 充填料充填理論基礎

結合流體力學模型的建立，為充分的反應充填漿液內(nèi)的力學特性，并且合理的分析總法向力與部分顆粒的孔隙壓力之間的關系，并且分析如何實現(xiàn)固體顆粒間的壓力的傳遞及剪切屈服應力的變化，現(xiàn)以下式客觀的反應全尾砂混合流體力學的特性：

其中，τ為剪切力，u為固體顆粒孔隙壓力，σ為總法向壓力，且φ為內(nèi)摩擦角。由此可以分析出孔隙壓力存在兩部分的傳遞，一部分是由總法向力進行表示，另一部分則會體現(xiàn)由固體傳遞給液體，并且經(jīng)過流體的剪切后，會更加客觀的反映出充填漿液流體力學的主要特征。

2.2 全尾砂充填技術工藝分析

在充填料的制備及充填工藝的布置過程中，尾砂脫水成為主要的擺脫礦山充填技術工藝的主要方法，結合礦山實際情況，可通過利用全新型的全尾砂立式砂倉的方式來解決工藝處理過程中遇到的難題。其次新型的立式砂倉的脫水作業(yè)也尤為重要，要結合膏體的實際作用程度，來滿足當前充填工藝的需求，并且能夠充分結合尾砂漿的濃度來衡量制備工藝的作業(yè)效率。

3 全尾砂充填料輸送技術及分類充填效果

圖1 充填管路系統(tǒng)示意圖

采用分段鉆孔的方式，實現(xiàn)充填料的輸送，為減少剩余壓頭及滿管路的輸送，應結合充填管路系統(tǒng)中的填料濃度實現(xiàn)分段式的填料輸送。從圖1，充填管路系統(tǒng)示意圖可以看出，第一段、第二段充填鉆孔的高度差呈現(xiàn)出梯度式的排放，其中，第一段是從+890m，到+850m的水平，經(jīng)過約200m長度的長距離輸送后到達第一段的采空區(qū)域；第二段是從+785m，到+740m的水平，經(jīng)過約200m長度的長距離輸送后到達第二段的采空區(qū)域。為保證整個結構的順暢，首先按照輸送管路進行了輸送實驗，充填料濃度的提升和穩(wěn)定對于管路的輸送起到了良好的作用。將粗尾砂和細尾砂分不同的步驟和操作方法進行充填作業(yè)，粗尾砂是通過立式砂倉充填系統(tǒng)來解決，而細尾砂則是通過充填系統(tǒng)的脫水實現(xiàn)濃度分級，進而流入到采場進行直接充填。

4 結語

基于全尾砂充填技術，從充填的系統(tǒng)組成、充填料的制備和分析等內(nèi)容出發(fā)，得出了以下結論：①全尾砂漿料的濃度大小對于控制回采區(qū)域的地壓具有重要作用，高濃度全尾砂漿料會對安全開采起到關鍵性作用。②全尾砂充填技術不論從理論上還是實踐上，都實現(xiàn)了經(jīng)濟性的充填作業(yè)，得到廣泛認可。