青銅溝汞銻礦尾砂充填系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

崔永剛

(陜西耀杰礦山設(shè)計(jì)有限公司，陜西 西安 710000)

礦山在長(zhǎng)期開采過程中會(huì)出現(xiàn)尾礦庫(kù)庫(kù)容不足、地下采空區(qū)范圍過大等現(xiàn)象，導(dǎo)致礦產(chǎn)開采難以進(jìn)行，同時(shí)出現(xiàn)地面塌陷等現(xiàn)象出現(xiàn)[1-3]。針對(duì)這種情況就需要對(duì)礦山采空區(qū)及時(shí)進(jìn)行回填，以保證礦山范圍的安全[4-5]。宋中強(qiáng)等[6]、張福學(xué)等[7]、覃星朗等[8]結(jié)合礦山實(shí)例，對(duì)尾砂充填料進(jìn)行分析；鄭伯坤等[9]、李宗洋[10]對(duì)尾礦充填系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，可為尾礦充填建設(shè)提供參考。結(jié)合青銅溝汞銻尾礦回填工程，對(duì)其充填系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

1 工程概況

青銅溝礦區(qū)位于陜西旬陽(yáng)縣北，礦區(qū)面積4.32 km2。目前采選產(chǎn)能接近10×104t/a，為地下開采，選擇以淺孔留礦法為主，全面法或房柱法為輔的采礦方法進(jìn)行礦體回采。隨著地下開采空區(qū)的不斷擴(kuò)大和尾礦庫(kù)庫(kù)容的日益減少，在解決采空區(qū)安全問題的基礎(chǔ)上，對(duì)礦山進(jìn)行尾砂充填采空區(qū)技術(shù)的研究顯得尤為重要。

2 尾砂充填系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1 采空區(qū)分布

經(jīng)過幾十年的開發(fā)，在礦床HT21、HT24(含HT24支)等地點(diǎn)形成了從500～960 m各段高度范圍內(nèi)大小不等采空區(qū)。

HT21礦體的采空區(qū)主要分布在750～960 m各中段，在750和850平巷與HT24礦體的采空區(qū)相連，目前沒有生產(chǎn)、探礦等工作，是個(gè)相對(duì)獨(dú)立的空區(qū)，采空區(qū)總?cè)莘e約(6～7)×104m3。HT24礦體是礦山最大的礦體，采空區(qū)主要分布在500～960 m各中段，且各中段平巷都與HT24礦體的采空區(qū)相連，空區(qū)范圍大，采空區(qū)總?cè)莘e約(20～22)×104m3。

2.2 充填順序及單元?jiǎng)澐?/h3>

根據(jù)井下采空區(qū)分布的實(shí)際狀況，統(tǒng)籌考慮充填系統(tǒng)與井下生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)系，確定采空區(qū)的充填順序?yàn)椋?/p>

(1)HT21礦體采空區(qū)(750～960 m)作為首期充填區(qū)；

(2)HT24礦體采空區(qū)以750 m為界分上下兩段充填：先充填HT24的750 m下部采空區(qū)(HT24：750～650 m；HT24：650～500 m；HT24支1)；然后充填HT24礦體750 m上部采空區(qū)(750～960 m)；

(3)500 m以下深部開采形成的采空區(qū)。

充填單元的劃分：首期充填區(qū)(HT21礦體采空區(qū)750～960 m)作為獨(dú)立充填單元；根據(jù)空區(qū)現(xiàn)狀與礦柱回采要求，HT24礦體采空區(qū)在每個(gè)中段劃分2～3個(gè)充填單元交替充填。

2.3 充填系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇

礦區(qū)地形特點(diǎn)是山高坡陡，現(xiàn)有礦區(qū)占地的平面工業(yè)場(chǎng)地范圍有限，實(shí)地綜合考察了下述四個(gè)候選建站地點(diǎn)，各方案詳細(xì)內(nèi)容見表1。

表1 充填站地址

通過對(duì)以上四個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較，本次設(shè)計(jì)推薦方案3，即在青銅溝820 m處建立充填站方案。

2.4 充填料制備和輸送

2.4.1 充填料的制備

根據(jù)礦山現(xiàn)狀，充填料的來源有三種方式：(1)選廠排尾口輸送來濃度為27%左右的尾砂漿；(2)尾礦庫(kù)取來的干尾砂；(3)尾砂庫(kù)和選廠來到混合尾砂。

2.4.2 選廠全尾砂輸送

選廠排尾口直接輸送即是由渣漿泵將選廠排尾口低濃度(約25%)全尾砂，沿輸送管路輸送至充填站砂倉(cāng)中。

2.4.3 尾礦庫(kù)取砂

尾礦庫(kù)取砂根據(jù)礦山特點(diǎn)，即采用推土機(jī)、挖掘機(jī)和在尾礦庫(kù)取干砂、自卸式汽車輸送干砂的方案。

2.4.4 礦山日充填量

按照礦山擴(kuò)產(chǎn)成12×104t/a的生產(chǎn)能力和老采空區(qū)需要充填的要求，計(jì)算得：

(1)

式中：Q年為采出礦石量，12×104t/a；δγ為礦石容重，2.82 t/m3；T為礦山年工作天數(shù)，300 d/a；Z為充采比，1.8 m3/m3。

2.4.5 砂倉(cāng)

本著工程量少、投資省、施工簡(jiǎn)單、建設(shè)快等優(yōu)點(diǎn)，選擇臥式砂倉(cāng)。為滿足因充填站檢修維護(hù)期間，選廠三天的尾砂排放，單個(gè)砂倉(cāng)的有效容積不小于600 m3。

砂倉(cāng)3個(gè)，均為長(zhǎng)方形臥式砂倉(cāng)，平面尺寸為15 m×10 m，底板傾角12°。1#、3#砂倉(cāng)遠(yuǎn)端深度4 m，放砂端深度7.2 m，平均深度5.6 m；1#、3#單個(gè)砂倉(cāng)容積約840 m3，有效容積750 m3。2#砂倉(cāng)遠(yuǎn)端深度4 m，放砂端深度6.2 m，平均深度5.1 m，2#單個(gè)砂倉(cāng)容積約765 m3，有效容積688 m3。池底按1.0×1.0 m間隔呈梅花形布置壓氣造漿噴嘴。

2.4.6 全尾砂充填料的制備

(1)尾礦庫(kù)干尾砂料的制備

現(xiàn)有尾礦庫(kù)距離設(shè)計(jì)的充填站約1.1 km，礦山可利用挖掘機(jī)和自卸式汽車直接從尾礦庫(kù)取砂后運(yùn)往充填站的砂倉(cāng)。砂倉(cāng)中干尾砂充填時(shí)，利用地表設(shè)置的高壓水槍和砂倉(cāng)底部的壓氣設(shè)施共同作用，制備成濃度60%～70%左右的砂漿，對(duì)井下進(jìn)行充填。

(2)選廠尾砂漿的制備

選廠距離設(shè)計(jì)的充填站約1.0 km，在選廠排尾口增設(shè)渣漿泵或4PNJ泵輸送全尾砂至充填站的砂倉(cāng)。自選廠輸送來的全尾砂濃度約為27%，在充填站的臥式全尾砂倉(cāng)中進(jìn)一步沉降脫水，溢流水則通過溢流槽及回水系統(tǒng)返回選廠污水凈化站。全尾砂達(dá)到60%～70%濃度后，通過壓氣造漿裝置對(duì)全尾砂進(jìn)行造漿后充填。

(3)混合尾砂的制備

按一定的比例配置成濃度60%～70%左右的砂漿，通過壓氣造漿裝置對(duì)混合尾砂進(jìn)行造漿充填。

2.4.7 膠結(jié)充填料的制備

對(duì)于需要進(jìn)行礦柱回收和深部開采的礦房，采用膠結(jié)充填。因此，充填站具有全尾砂充填和膠結(jié)充填兩種功能，用于制備膠結(jié)充填料或制備全尾砂充填料，膠結(jié)充填系統(tǒng)分別由臥式砂倉(cāng)、高濃度攪拌槽及相關(guān)輔助設(shè)施組成；全尾砂充填系統(tǒng)只用于制備非膠結(jié)充填料，分別由臥式砂倉(cāng)、高濃度攪拌槽、渣漿泵及相關(guān)輔助設(shè)施組成。充填系統(tǒng)制備能力為40 m3/h，最大80 m3/h。

散裝水泥經(jīng)罐車運(yùn)至充填站后，卸入水泥倉(cāng)中，水泥倉(cāng)為鋼制結(jié)構(gòu)，直徑為4 m，總高約為12 m，地平面以上高9 m，有效容積約80 m3，可儲(chǔ)存水泥100 t。

在需要進(jìn)行膠結(jié)充填時(shí)，將存儲(chǔ)在砂倉(cāng)的全尾砂和螺旋給料機(jī)將水泥倉(cāng)的水泥同時(shí)放入攪拌筒進(jìn)行攪拌，通過泵送至井下充填場(chǎng)所。

2.5 管道鋪設(shè)

2.5.1 充填管路的鋪設(shè)

充填系統(tǒng)中的尾砂采用管道輸送，共布置兩條管路，包括選廠輸送尾砂管路(雙路)和充填采空區(qū)輸送尾砂管路。

2.5.2 選廠來料管路

選廠排尾口標(biāo)高約755 m，與設(shè)在830 m標(biāo)高的充填站高差相差75 m，管路長(zhǎng)度1 000 m；需要通過泵送，將尾砂漿輸送到充填站砂倉(cāng)。管路沿礦區(qū)公路一側(cè)鋪設(shè)，穿過公路時(shí)需用鋼管套保護(hù)輸砂管。根據(jù)尾砂料漿輸送臨界管徑計(jì)算：

(2)

式中：D為最小輸送管徑，mm；A為每年輸送料漿總量，104t/a；CW為料漿重量濃度，%；γm為料漿密度，t/m3；v為漿體輸送速度，m/s；b為每年工作天數(shù)，d。

選擇φ100×7 mm的復(fù)合陶瓷管或耐壓2.0 MPa的MC尼龍管(DN100)。

2.5.3 充填輸送管路

設(shè)計(jì)首先考慮充填HT21空區(qū)(960～750 m)，高差140 m(820 m～960 m)，鋪設(shè)DN100 mm鋼管到PD8平硐口，PD8平硐內(nèi)的平巷鋪設(shè)φ100的增強(qiáng)塑料管到HT21空區(qū)，由攪拌筒出口泵送至充填地點(diǎn)，總長(zhǎng)度約1 000 m。

750 m以下空區(qū)由充填站制備的60%～70%尾砂漿或水泥砂漿通過管道自流至充填空區(qū)，輸送管道長(zhǎng)1 200 m，管徑DN100。由820 m充填站至750 m平硐須開鑿一條長(zhǎng)231 m、平均傾角17.65°(與750平硐走向呈60°夾角)的斜井，斷面1.8 m×1.8 m，以便鋪設(shè)輸砂管道。對(duì)于需鋪設(shè)輸砂管道井下急彎巷道(夾角小于100°)，可視具體情況刷大急彎，以便減小輸砂管輸送阻力。水平段管路每隔40～50 m裝一壓氣噴嘴，與管道縱軸線呈30°角；噴嘴有簡(jiǎn)單的逆止裝置并用閥門調(diào)壓。

3 結(jié)語(yǔ)

礦山尾砂充填是一個(gè)涉及到多個(gè)學(xué)科的系統(tǒng)工程，青銅溝汞銻礦在多年的開采過程中，地下形成了大面積的采空區(qū)，采空區(qū)安全隱患較大。結(jié)合青銅溝汞銻礦尾砂充填工程，通過方案比選確定了在青銅溝820 m處設(shè)置充填站的方案，可節(jié)省輸送管路，利于施工。并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)從充填順序、充填站選址、充填料制備、輸送管線等多個(gè)方面對(duì)尾砂充填進(jìn)行分析，為類似工程積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。