金川礦山充填進(jìn)路板墻預(yù)留濾水裝置研究及實(shí)踐

鄭向黨，黨金鵬，李芳，韓懷亮，張巖鋒

(金川集團(tuán)股份有限公司二礦區(qū)， 甘肅 金昌市 737100)

0 引言

金川鎳礦是世界著名的多金屬共生的大型硫化銅鎳礦床之一，集中分布在龍首山下長(zhǎng)6.5 km、寬500m的范圍內(nèi)，已探明的礦石儲(chǔ)量為5.2億t，鎳金屬儲(chǔ)量550萬(wàn)t，列世界同類(lèi)礦床第3位，銅金屬儲(chǔ)量343萬(wàn)t，居中國(guó)第2位。伴生鈷、銅、銀、鉑族等共17種元素，現(xiàn)可回收利用14種，礦床共分4個(gè)礦區(qū)，從東向西分別為Ⅳ、Ⅱ、Ⅰ、Ⅲ礦區(qū)。礦山采用機(jī)械化下向進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法開(kāi)采，充填使用高濃度砂漿管道自流輸送工藝，細(xì)沙為?3mm棒磨砂，水泥為425#普通硅酸鹽水泥。充填砂漿濃度為75%～78%，灰砂比為1:4，流量為80m3/h～100m3/h，砂漿由地表攪拌桶經(jīng)鉆孔到充填中段，再經(jīng)盤(pán)區(qū)充填回風(fēng)井中送入分層道、進(jìn)路。充填進(jìn)路是對(duì)已完成回采的進(jìn)路進(jìn)行砂漿充填，使采區(qū)形成假頂支撐頂板，降低采場(chǎng)暴露面積，是盤(pán)區(qū)回采重要的一環(huán)，也是后續(xù)安全生產(chǎn)的重要保證。充填體是否與上分層頂板密實(shí)、充填體的強(qiáng)度以及充填體料漿是否離析對(duì)充填至關(guān)重要[1]。

1 充填存在的問(wèn)題

盤(pán)區(qū)進(jìn)路回采結(jié)束后，須采用充填法進(jìn)行地壓控制，再進(jìn)行組織生產(chǎn)。在做充填準(zhǔn)備過(guò)程中，砌筑的板墻在外墻面進(jìn)行混凝土素噴封閉時(shí)，濾水管出水口常常被堵塞，導(dǎo)致充填漿料中多余的水分無(wú)法及時(shí)排出，易發(fā)生料漿離析及分布不均現(xiàn)象、部分充填體強(qiáng)度降低、進(jìn)路不接頂、觀察口憋開(kāi)及板墻倒塌等工程事故，同時(shí)接頂期間存在充填料漿高度難以觀察，充填泵關(guān)停的時(shí)間難以掌控等問(wèn)題[2]。在此情況下，金川鎳礦先后進(jìn)行了木材料封閉板墻、超大砼磚砌筑板墻、一次性加厚砌筑板墻、充填濾布式高濾水性板墻、加大砌筑板墻厚度等手段對(duì)板墻進(jìn)行改進(jìn)。但由于取材困難、操作方法不科學(xué)等原因，實(shí)施結(jié)果都未達(dá)到預(yù)期成效，難以進(jìn)行推廣。目前回采進(jìn)路仍采用傳統(tǒng)的砌筑方式進(jìn)行充填，充填進(jìn)路接頂率仍達(dá)不到92%的期望值，此外還衍生出了灰漿外溢現(xiàn)場(chǎng)污染、進(jìn)路接頂補(bǔ)充、安全補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)、現(xiàn)場(chǎng)采取專(zhuān)用時(shí)間進(jìn)行工業(yè)保潔等諸多生產(chǎn)組織負(fù)面管理效應(yīng)[3]。

2 板墻濾水裝置研究

2.1 傳統(tǒng)板墻濾水設(shè)計(jì)

金川礦山傳統(tǒng)充填進(jìn)路板墻采用長(zhǎng)×寬×高=390mm×190mm×190mm粉煤灰磚砌筑，1m以下的墻體寬度為800mm，1m以上墻體寬度為600mm，最上端寬度為400mm，磚塊之間相互鑲嵌，外墻使用素噴支護(hù)，墻體四周封閉密實(shí)。在板墻砌筑時(shí)，自下而上依次在高度400mm、1600mm、離上層頂板3600mm處安裝直徑100mm的軟式濾水管用于排出進(jìn)路滲水，待排水管內(nèi)有充填料漿流出后，彎曲、綁扎、封閉排水管。進(jìn)路板墻上部與上層頂板交界中間200mm位置預(yù)留觀察口，具體傳統(tǒng)板墻砌筑見(jiàn)圖1。積水通過(guò)盤(pán)區(qū)架設(shè)管線排入排污系統(tǒng)，采用三次充填結(jié)頂方式充填。

圖1 傳統(tǒng)板墻砌筑方式（單位：mm）

2.2 設(shè)計(jì)板墻濾水裝置

2.2.1 技術(shù)要求

經(jīng)分析研究設(shè)計(jì)充填進(jìn)路板墻的濾水裝置，以解決原板墻濾水不及時(shí)、跑灰影響充填質(zhì)量和接頂率低的問(wèn)題[4?5]。裝置由濾水盒與觀察窗兩部分組成，如圖2、圖3所示。濾水盒正面設(shè)置用薄鋼板與空心鐵箱焊接，中間鑲嵌有壓邊條，空心鐵箱底部焊接有出水方管；濾水箱背面設(shè)置有小方格網(wǎng)與薄鋼板，通過(guò)螺栓連接，小方格網(wǎng)與薄鋼板交接處焊接有加強(qiáng)筋，小方格網(wǎng)表面覆蓋有濾水網(wǎng)并通過(guò)螺栓固定。

圖2 濾水裝置濾水盒

圖3 濾水窗

濾水盒長(zhǎng)×寬×高=2060mm×300mm×80mm；小方格網(wǎng)使用鋼筋制作，規(guī)格長(zhǎng)×寬=10mm×10mm；觀測(cè)窗長(zhǎng)×寬×高=800mm×390mm×190mm；濾水網(wǎng)采用80目不銹鋼網(wǎng)。觀測(cè)窗中設(shè)置有小方格網(wǎng)與薄鐵盒，薄鐵盒兩端為中空，外側(cè)端與小方格網(wǎng)焊接。

2.2.2 預(yù)留方法

濾水裝置預(yù)留在板墻中間位置，上端距上層頂板200mm～400mm，裝置體與板墻體垂直鑲嵌牢固。觀察窗預(yù)留在砌筑板墻的上端且緊靠上層充填體一側(cè)，窗體與墻體密實(shí)坐穩(wěn)。板墻1m以下厚度為800mm，以上厚度為600mm，墻內(nèi)拉筋固定，外墻用鋼筋加固。噴射砼料板墻厚度嚴(yán)格按照100mm進(jìn)行素噴，作業(yè)過(guò)程中要注意出水管、觀察窗的保護(hù)以及板墻周?chē)拿芊庑?。一次充填打底砂灰量控制?00%以內(nèi)，二次充填砂灰量控制在55%左右，接頂砂灰量控制在45%左右。充填鋪吊前必須將進(jìn)路底板淤泥清理干凈，積水排出。充填長(zhǎng)度及充填量符合相關(guān)規(guī)定，杜絕兩條以上進(jìn)路大面積充填，充填進(jìn)路超過(guò)50m要砌筑半板墻。準(zhǔn)確計(jì)算出充填進(jìn)路充填量，遇到充填進(jìn)路有預(yù)留鐵盒子時(shí)，控制好充填量及灰砂比。在充填接頂時(shí)要及時(shí)觀察濾水窗，充填砂灰距進(jìn)路頂板100mm，同時(shí)有水汽從觀察窗冒出停止充填。距進(jìn)路板墻5m～10m位置，砌筑1.2m擋水墻，將過(guò)濾水蓄積在池中，便于統(tǒng)一排污。

3 實(shí)踐效果

（1）排水及時(shí)，接頂率大幅度提高。傳統(tǒng)充填工藝采用三次充填方式，濾水由Φ100mm×4塑料軟管排出，管水速度流動(dòng)較慢，板墻承受壓力較大。安裝新的濾水裝置后采用一次或二次充填，濾水速度較快，由于采用濾網(wǎng)裝置，解決了軟管被砂漿堵塞的問(wèn)題，使得充填進(jìn)路中留存的積水快速排出，很好地解決了充填體離析現(xiàn)象。采場(chǎng)頂板接頂率由原來(lái)的85%提高到98%以上，充填體的充填強(qiáng)度也明顯提高，杜絕了充填頂板出現(xiàn)紅砂子頂板的現(xiàn)象[6]。

（2）充填量準(zhǔn)確控制，支護(hù)費(fèi)用大幅度降低。觀察口的預(yù)留直觀看到真實(shí)充填體所處的高度，準(zhǔn)確把控了充填接頂時(shí)機(jī)，杜絕了充填過(guò)程中板墻倒塌、憋口、充填欠超量現(xiàn)象，使得溢流灰漿量減少，由原來(lái)每條溢流量10m3以上，降低到5m3范圍內(nèi)，剎幫木和鋼拱架支護(hù)費(fèi)用及人工成本也明顯降低，盤(pán)區(qū)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)指標(biāo)長(zhǎng)期處于較好區(qū)間。

（3）安全隱患得以管控，盤(pán)區(qū)作業(yè)環(huán)境進(jìn)一步改善。減少了采場(chǎng)暴露面積，更好地與上層充填體嚴(yán)密結(jié)合成為一體，有效控制了盤(pán)區(qū)地壓的變化，保證了頂板穩(wěn)固性，確保了安全生產(chǎn)，較好解決了盤(pán)區(qū)回采過(guò)程中因充填質(zhì)量問(wèn)題而導(dǎo)致的返工情況，減少了清灰量和收拾現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的次數(shù)以及系統(tǒng)維護(hù)頻次，為盤(pán)區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)提供了有力支撐。與此同時(shí)，充填體強(qiáng)度的提高，為下分層人員和設(shè)備安全回采夯實(shí)了基礎(chǔ)。

（4）操作簡(jiǎn)單，容易推廣。濾水裝置具有方法科學(xué)，取材方便，性價(jià)比高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于操作，勞動(dòng)強(qiáng)度低，濾水清澈速度快等特點(diǎn)，有利于該裝置在金川礦山廣泛推廣應(yīng)用。

4 結(jié)論

研制濾水裝置并應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)，有效解決了充填采礦法進(jìn)路充填接頂率低、礦石貧化嚴(yán)重、墻體濾水性差、充填體堅(jiān)固不達(dá)標(biāo)、板墻充填時(shí)的倒墻和決口、支護(hù)成本費(fèi)用高，排水管道和排污泵堵塞難題，化解了進(jìn)路垮幫、頂板裂縫脫層、礦巖破碎危險(xiǎn)系數(shù)高等安全險(xiǎn)情，規(guī)避了回采因前期管理不善，轉(zhuǎn)層進(jìn)路頂板遺留大量充填進(jìn)路不接頂及砂頂板和頂板離析情況，最大限度地滿足了生產(chǎn)要求，有力助推了礦山提出的盤(pán)區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化安全環(huán)境創(chuàng)建工作，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著，此裝置可在同類(lèi)礦山充填中推廣應(yīng)用。