某礦山細尾砂充填脫水技術(shù)探討

李程程

（百源豐礦業(yè)有限公司 霍城 845550）

1 礦山開采條件

某礦山為一大型露天轉(zhuǎn)地下開采礦山，為了保證礦山的安全開采，地下開采采用中深孔房柱嗣后充填采礦法，礦塊沿走向布置，劃分為礦房礦柱進行二步驟開采，礦塊長100m，礦房寬為礦體厚度，礦房與礦房之間留5m 礦柱，礦塊與礦塊之間留10m 礦柱，并留8m底柱，中段高度為50m。礦房回采完畢后采用尾砂膠結(jié)充填分層回填采空區(qū)。

在充填過程中發(fā)現(xiàn)采場充填存在以下問題：

（1）采場尾砂充填為分層充填，每次只充填6 h，充填完畢后待充填體脫水固結(jié)后再進行下一次充填。尾砂料漿進入采場后，自然離析，不同粒徑的尾砂自下而上形成分層，粗顆粒尾砂集中在充填體最下面，而細顆粒尾砂集中在充填體上部形成一層泥層，導(dǎo)致后續(xù)的充填料漿脫水困難，濾水筒濾水效果越來越差，充填體表面的水無法排干，給井下生產(chǎn)埋下巨大安全隱患。

（2）采用濾水筒進行尾砂脫水，脫出的充填水中含有大量的細粒尾砂，污染井下環(huán)境。

（3）濾水筒用麻布、棕皮等材料包裹后置于采空區(qū)中，在濾水過程中，麻布等材料易腐爛和破損，且濾水量小，不能滿足尾砂充填脫水的要求。

針對礦山充填脫水的問題，對礦山充填脫水進行了優(yōu)化，以解決采空區(qū)充填的水患問題，提高采場脫水能力。

2 充填材料

（1）尾砂的制備

尾砂的粒徑分布見表1，由表1 可知，尾砂的粒徑極細，含泥量高，-0.037um 的顆粒含量達到了52.31%，以往的研究表明，極細尾砂會降低充填料漿的滲透性，導(dǎo)致料漿在采場中脫水量少。為了保證尾砂充填料漿能及時在采場內(nèi)脫水，一般由選廠供給的全尾砂漿采用一段分級方式，通過水力旋流器脫去-0.037um 的細粒級尾砂，分級后的尾砂泵送至立式砂倉儲存。在砂倉底部設(shè)置風(fēng)水聯(lián)動造漿裝置，充填時將尾砂倉內(nèi)的尾砂經(jīng)濃度計和流量計計量后，放至攪拌桶攪拌制備成充填料漿，并通過充填管道輸送至井下采場進行充填。

表1 尾砂粒徑分布

（2）充填料漿配比

根據(jù)采礦方法對充填強度的要求，選擇配比為1:4，1:6，1:8，1:10，濃度為62%和68%，水泥為425#水泥進行充填料漿配比試驗，測試不同養(yǎng)護齡期下充填體的抗壓強度及泌水率，試驗結(jié)果見表2。由表2可知，充填體的抗壓強度與泌水率與充填料漿配比及料漿濃度呈正相關(guān)關(guān)系，因此在充填時，應(yīng)根據(jù)強度要求合理選擇充填配比。

（3）充填順序

本充填采場高50m，在充填過程中采用分層充填的方式，第一次充填高度為1m，充填配比為1：4，濃度為68%，第二次充填高度為2m，充填配比為1：10，濃度為68%，其后采用1：6與1：10 的組合分層充填。在充填過程中，作業(yè)人員嚴(yán)格按照充填配比設(shè)計及順序進行充填。

表2 尾砂充填料配比強度測定結(jié)果

3 采場脫水方案

目前，國內(nèi)外礦山采用的采場充填脫水方法主要有脫水井、擋墻脫水、脫水管、鋼筒等。礦山原采用脫水筒進行充填脫水，該方法存在諸多問題，脫水效果差，為此，工程人員提出了采用木擋墻加脫水管的方式進行采場充填脫水。

（1）擋墻設(shè)計

充填前需要在采場進路口處選擇合適的位置搭建擋墻，擋墻選用木擋墻結(jié)構(gòu)，采用木板、立柱建立擋墻，擋墻從內(nèi)至外依次為土工布、木板、立木、橫撐、木撐，擋墻建筑前，內(nèi)側(cè)襯以土工布作為濾水層，并用水泥砂漿將進路與擋墻之間的間隙密閉，防止充填料漿漏漿。然后再搭建木板，每塊木板之間留有5～10mm的縫隙，可加快采場脫水。利用礦山廢棄的木材作為擋墻的立木、橫撐和木撐，直徑均為20cm左右。立木與木板用長釘固牢，并用廢棄鋼絲繩綁扎固定，在立柱中部位置及下部位置處用一根圓木作為橫向支撐，固定在進路圍巖中，加強木擋墻的支撐能力。木擋墻搭建完成后，用2根圓木斜插入地面支撐擋墻，以此提高擋墻的承壓能力。擋墻在搭建中時，需要在擋墻的上部位置留設(shè)一個觀察窗口，以及在下部位置留設(shè)一個脫水管道口。

（2）脫水管

采場脫水是充填工藝中非常重要的一步，采場脫水速度越快，越有利于充填體形成早強。因此，要求脫水管具有較大的脫水能力。根據(jù)現(xiàn)場試驗結(jié)果，確定采用濾水管進行采場脫水。濾水管采用直徑100mm 的硬質(zhì)波紋塑料管，每根濾水管長25m。在下放濾水管之前，首先需要在濾水管上每隔5cm左右布置一排濾水孔，濾水孔每圈5～6 個，直徑約為1cm，兩排之間的濾水孔按菱形交叉布置。濾水孔布置完成以后，在濾水管上包裹2 層濾布，濾布不能包裹太厚，以防阻隔水的流動，濾布采用工業(yè)濾布，網(wǎng)格為100目，濾布用細鋼絲捆綁。

濾水管處理好之后，采用寶塔接頭加管卡的方式將濾水管連接起來。每個采場安放濾水管的數(shù)量根據(jù)采場的大小以及進路的長度來確定。搭接好的濾水管安裝過程為：首先在上中段下放麻繩至下中段，將麻繩固定在濾水管的鋼絲繩上，然后由上中段充填進路中的絞車牽引麻繩將濾水管拖至上中段，采用鋼絲繩和錨桿將濾水管懸吊于充填進路中，防止濾水管掉落。下中段進路中的濾水管固定在木擋墻預(yù)留的脫水管孔處，該脫水管孔一般距離巷道底板0.5～1m。

（3）方案實施

充填試驗表明，采用木擋墻和波紋濾水管有效地加快了采場脫水速度，現(xiàn)場實際檢測得到，第一次充填時，充填配比為1:4，濃度為68%的料漿，濾水管和木擋墻的最大脫水速度為51m3/h，第二次充填時，充填配比為1:10，濃度為68%的料漿，濾水管和木擋墻的最大脫水速度為40m3/h。根據(jù)采場的脫水速度，基本上每個采場只需要安裝2 根濾水管，即可以滿足采場充填脫水的需求。

4 結(jié)語

針對某礦山尾砂膠結(jié)充填過程中采場脫水困難、井下環(huán)境污染等問題，對礦山充填脫水技術(shù)進行了優(yōu)化，采用木擋墻和波紋濾水管進行采場脫水，取得了較好的效果，結(jié)論如下：

（1）采用木擋墻封堵進路，能充分利用礦山的廢棄木材，成本低，取材方便，易于安裝、拆卸和運搬。且木擋墻之間留有空隙，有利于采場脫水，不僅能保證擋墻的強度，而且濾水性好。

（2）采用直徑100mm 的硬質(zhì)波紋塑料管作為濾水管，在濾水管上布置濾水孔以及包裹濾布，確保濾水管具有良好的透水性，濾水管上部懸掛在充填進路中，下部固定在木擋墻上，確保了安全性。

（3）結(jié)合木擋墻和濾水管脫水的優(yōu)勢，實現(xiàn)了采場快速脫水的目的，最終充填配比為1:4，濃度為68%的料漿時，濾水管和木擋墻的最大脫水速度達到了51m3/h，充填配比為1:10，濃度為68%的料漿時，濾水管和木擋墻的最大脫水速度為40m3/h，縮短了充填時間，充填體提前達到早強。