上向水平進路充填法在山東某金礦的應(yīng)用與實踐

王 乾 王要善 王吉祥

(山東黃金集團蓬萊礦業(yè)有限公司，山東 煙臺 265621)

0 引言

上向水平分層進路充填采礦法具有采礦效率高、充填體的強度要求低、工藝簡單等特點，山東黃金集團某金礦礦脈呈不規(guī)則透鏡狀、囊狀，礦體屬于碎裂蝕變巖類型，含礦巖性為褐鐵礦化蝕變巖，礦體破碎，泥化較嚴重，上下盤圍巖為較穩(wěn)固的灰?guī)r及板巖，穩(wěn)固性一般。根據(jù)礦床開采技術(shù)條件和礦山生產(chǎn)現(xiàn)狀，參考國內(nèi)銅山銅礦傾斜礦體、和睦山鐵礦傾斜薄礦體、江西金山金礦緩傾斜中厚礦體等開采技術(shù)條件類似的礦山開采經(jīng)驗，設(shè)計應(yīng)用了上向分層進路膠結(jié)充填法，薄礦體采用電耙出礦，中厚及厚礦體采用鏟運機出礦。通過不斷地應(yīng)用和摸索，在充填體強度要求、充填料漿濃度及配比選取、充填工藝流程、空區(qū)封堵措施等方面積累了大量的實踐經(jīng)驗。

1 開采條件

山東黃金集團某金礦設(shè)計區(qū)域內(nèi)礦脈呈不規(guī)則透鏡狀、囊狀。礦體走向長750 m，傾角60°左右，平均厚度8 m，平均品位3.39 g/t，估計礦量21萬t，金屬量718.2 kg，在83線附近礦體被一條結(jié)構(gòu)面斷開。礦體屬于碎裂蝕變巖類型，含礦巖性為褐鐵礦化蝕變巖，礦體破碎、泥化較嚴重；上下盤圍巖為較穩(wěn)固的灰?guī)r及板巖，穩(wěn)固性一般。

2 采礦方案

根據(jù)礦床開采技術(shù)條件和礦山生產(chǎn)現(xiàn)狀，并與國內(nèi)類似礦山(銅山銅礦傾斜礦體、和睦山鐵礦傾斜薄礦體、江西金山金礦緩傾斜中厚礦體)開采技術(shù)條件進行分析比較[1]，設(shè)計應(yīng)用了上向分層進路膠結(jié)充填法，薄礦體采用電耙出礦，中厚及厚礦體采用鏟運機出礦。結(jié)合該礦現(xiàn)有裝備水平和開采實踐經(jīng)驗，設(shè)計一、二層采用鏟運機出礦，三層及以上采用電耙出礦。采場進路為3 m×3 m，即進路寬度3 m、進路高度3 m。礦體沿走向設(shè)計兩個采場(7 983 m水平采場、8 389 m水平采場),礦塊設(shè)計采場長均為40 m，高20 m，厚度為礦體厚度，進路沿走向布置。

2.1 采準工程布置

采準工程主要包括充填通風(fēng)井、人行通風(fēng)井、探礦穿脈以及脈外出礦巷。其中充填通風(fēng)井布置于83線下盤，人行通風(fēng)井布置于81線下盤，延伸脈內(nèi)巷與77線穿脈相通，作為下盤脈外出礦巷，工程量統(tǒng)計見表1。83線充填通風(fēng)井的布置見圖1。

表1 采準工程量統(tǒng)計表

(a)平面圖

2.2 回采工藝

設(shè)計為兩個礦房(7 983 m水平采場和8 389 m水平采場)，同時進行采礦作業(yè)，控制一個礦房長度為40 m。一分層8 389采場自聯(lián)絡(luò)道向兩邊施工，回采過程先掘進2 m×2 m小斷面，到達端部后再進行擴幫，擴大為3 m×3 m，采后充填接頂[2～4]。二分層在一分層充填體上作業(yè)，開采高度3 m，采后立即充填，充填接頂，完成一個分段的作業(yè)。隨著分層回采，脈內(nèi)順路進行溜井架設(shè)，采用3 mm鋼板進行鋪設(shè)，設(shè)計溜井直徑為1 m。

2.3 采場鑿巖、爆破

進路式采礦采用YT-28氣腿式鑿巖機進行鑿巖，淺孔落礦，釬頭直徑38～40 mm，孔深2.5～3.0 m。掘進進路爆破采用銨油炸藥、爆破順序由中間向兩翼，分段微差起爆，導(dǎo)爆管起爆，電雷管引爆，實行光面爆破。在靠近頂板周邊眼距控制在0.6 m以內(nèi)，采用間隔裝藥，導(dǎo)爆管起爆，提高爆破后頂板的平整度。

2.4 采場通風(fēng)

采場通風(fēng)由礦山主要通風(fēng)系統(tǒng)形成的主風(fēng)流和工作面局扇共同完成。為提高出礦效率，各回采工作面都應(yīng)配備有局扇通風(fēng)，必要時可采用雙扇抽壓混合式通風(fēng)。采場風(fēng)速應(yīng)不低于0.15 m/s，不大于4 m/s。工作面局扇通風(fēng)時，在保障設(shè)備安全的前提下，扇風(fēng)機盡量安設(shè)在靠近工作面處，采用軟風(fēng)筒將工作面污風(fēng)壓入采場充填回風(fēng)天井，進入上部回風(fēng)系統(tǒng)。新鮮風(fēng)流自充填通風(fēng)井至采聯(lián)，送至采場后，污風(fēng)自端部人行通風(fēng)井排入1 780 m中段集體排出。

3 充填方案設(shè)計方案

3.1 充填總體方案

根據(jù)礦山充填需求，充填總體方案需滿足單獨全尾砂、單獨機制砂以及全尾砂+機制砂膠結(jié)充填的制備能力，所以對于充填設(shè)備的選型要兼顧3種充填料漿的特性，特別是攪拌及輸送特性。設(shè)計采用大錐角立式砂倉進行尾礦的濃縮，采用兩段攪拌，一段為適合全尾砂膠結(jié)充填攪拌的高速攪拌桶攪拌，二段為適合機制砂膠結(jié)充填攪拌的雙軸臥式攪拌機。充填料漿的輸送采用自流輸送。

3.2 充填體強度要求

采用上向分層或者上向進路膠結(jié)充填法采礦的區(qū)域，要求：R7不小于2.5 MPa；采空區(qū)充填R28不小于1 MPa。充填料漿流平性好，坡積角小于3°～5°，充填體接頂要好，沉縮率小于2%～3%。

3.3 充填原料來源

該礦地表淺部氧化礦采用全泥氰化選礦工藝，尾砂含有毒化學(xué)藥劑，不能用于充填。隨著開采標高的延深，原生礦逐漸增多，礦山已建成一座生產(chǎn)規(guī)模為100 t/d的原生礦選礦廠，采用浮選法選礦，其尾砂可以作為充填料骨料。該礦為生產(chǎn)礦山，地表已堆存大量廢石，巖性主要為細粒石英砂巖、灰?guī)r以及千枚巖，可以作為充填料骨料；廢石最大塊度300 mm左右(特大塊除外)，含泥量較大，需進行破碎以滿足管道輸送要求。根據(jù)當(dāng)?shù)夭牧瞎?yīng)條件，膠凝材料選用附近水泥廠生產(chǎn)的42.5硅酸鹽水泥。

3.4 充填料漿濃度及配比選取

充填實驗主要對尾砂的物理化學(xué)特性、靜態(tài)沉降、廢石機制砂的物理化學(xué)特性、尾砂+機制砂膠結(jié)充填料以及機制砂膠結(jié)充填料的理化特性、充填料漿的配比、試塊的單軸抗壓特性以及受壓破壞等進行了試驗研究[5～6]。

充填工程實驗室主要測試了全尾砂基礎(chǔ)物化性質(zhì)、全尾砂絮凝沉降特性以及不同物料不同配比充填料漿的強度特性，得到主要結(jié)論如下：

1)全尾砂比重2.86 t/m3，容重1.33 t/m3,空隙率53.5%，自然安息角41.11°；尾砂粒徑偏細，-400目顆粒含量占到46.15%；砂漿pH=7.5，呈弱堿性。

2)質(zhì)量濃度80%，灰砂比1:4碎石(粒徑≤0.5 cm)料漿凝結(jié)時間為233 min。

3)通過全尾砂靜態(tài)濃密沉降試驗得出：對于西和中寶全尾砂料漿，使用絮凝劑型號ZYD絮凝沉降效果較好，最佳礦漿稀釋濃度為10%，最佳絮凝劑添加量為30 g/t。動態(tài)濃密試驗表明在料漿質(zhì)量濃度為10%左右的給料濃度、絮凝劑添加量為60 g/t情況下，處理量為0.4088 t/m2·h時的底流濃度為66.34%。

4)配比試驗表明：充填骨料采用尾砂和碎石混合骨料時，m砂：m碎石為10:1時強度最優(yōu)；單獨采用碎石(粒徑≤0.5 cm)作為充填骨料，料漿質(zhì)量濃度達到80%時，粗顆粒沉降不明顯，灰砂比1:4料漿1d強度0.5 MPa，3d強度1.96 MPa，7d強度4.11 MPa；灰砂比1:6料漿3d強度0.96 MPa，7d強度1.92 MPa；灰砂比1:15,料漿3d強度0.23 MPa，7d強度0.33 MPa。

充填材料的設(shè)計應(yīng)用如下：一步采進路底部采用1:4膠結(jié)充填，充填厚度0.5 m，中間部分采用1:6～1:10膠結(jié)充填，充填厚度1.5 m，頂部0.5 m采用1:4膠結(jié)充填；二步采進路底部采用1:10膠結(jié)充填，充填厚度0.5 m，頂部0.5 m采用1:10膠結(jié)充填，中間部分采用廢石充填。

3.5 充填工藝

該攪拌站可以實現(xiàn)全尾砂膠結(jié)料、機制砂膠結(jié)料、機制砂+全尾砂膠結(jié)料的制備，充填料漿濃度：機制砂充填料76%～80%，全尾砂充填料68%～72%；機制砂+全尾砂充填料70%～74%?？筛鶕?jù)井下對不同強度充填料的需要靈活選用，技術(shù)參數(shù)見表2。本次充填工藝設(shè)計流程為：

1)浮選車間排出的全尾砂尾礦漿經(jīng)尾砂輸送泵輸送至充填站大錐角立式砂倉中，溢流水經(jīng)管道輸送至24線罐籠明豎井口的高位水池循環(huán)使用；濃密后的高濃度料漿通過底流剪切泵輸送至充填站攪拌車間一級攪拌桶中[7～8]。

2)調(diào)濃沖洗水利用砂倉溢流水，利用砂倉清洗泵計量后輸送至攪拌桶及二級臥式攪拌機中；水泥通過散裝水泥罐車輸送至水泥筒倉內(nèi)存儲，筒倉設(shè)置料位計，底部通過螺旋輸送機、稱重螺旋給料機進行輸送計量后卸料至一級攪拌桶中；濃密后的高濃度尾砂料漿、水泥和水通過高濃度強力攪拌桶進行充分攪拌，再自流至二級臥式攪拌機中。不同粒級的機制砂由裝載機鏟裝至配料斗，再由斗提設(shè)備提升至二級臥式攪拌機中。

3)混合機制砂和來自一級攪拌的全尾砂膠結(jié)料在二級臥式攪拌機中再進行混合攪拌，制成的機制砂+全尾砂膠結(jié)料最終通過鉆孔自流輸送至井下需要充填區(qū)域。

表2 充填工藝技術(shù)參數(shù)表

3.6 空區(qū)封堵措施

充填封堵工藝主要包括充填擋墻的構(gòu)筑與采空區(qū)相通通道的封堵，以免充填時料漿泄漏和不必要的水流入采空區(qū)。充填擋墻是充填必不可少的設(shè)施，是采場充填密閉工藝的關(guān)鍵技術(shù)，它關(guān)系到充填體的強度、充填的安全性和充填成本。

用于井下封閉的充填擋墻主要有：混凝土擋墻、磚混結(jié)構(gòu)擋墻、鋼絲繩鋼筋網(wǎng)擋墻、木結(jié)構(gòu)擋墻和組合擋墻等；其作用是隔離空區(qū)，防止充填料槳外泄，同時還要承受充填料凝固之前側(cè)向靜壓力。混凝土擋墻強度高、防滲性能好，但需要拆除揭露充填體時較困難；磚混結(jié)擋墻強度和防滲性能中等，需要拆除揭露充填體時較容易;木結(jié)構(gòu)擋墻成本低、構(gòu)筑和拆除容易，但強度和防滲性能較差。

分層(進路)充填法采場或留礦法采場各分段聯(lián)道擋墻采用木擋墻或柔性擋墻，擋墻布置在采場進路或分段聯(lián)道口，主要材料包括土工布、木板、鋼材、圓木、錨桿等，充填擋墻結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 擋墻結(jié)構(gòu)圖

采空區(qū)充填為大體積連續(xù)充填，考慮尾砂脫水固結(jié)時間較長，充填密閉墻采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)型式，選擇在聯(lián)絡(luò)道中圍巖整體性好、斷面較小的位置設(shè)置。

采用濾水管作為充填濾水設(shè)施，在高分子聚乙烯管濾水管上按照梅花形布置10 mm左右的濾水孔，再用棕毛或土工布包裹、鐵絲綁扎而成。濾水管沿著進路、電耙道及人行通風(fēng)井鋪設(shè)，沿途固定，最終與采場底部的充填密閉墻澆灌在一起，將采場充填體泌水排出。

4 應(yīng)用效果

該采礦方法實現(xiàn)安全高效采礦、采礦成本較低，主要的技術(shù)經(jīng)濟指標見表3。

表3 技術(shù)經(jīng)濟表

5 結(jié)語

上向水平進路充填法在山東黃金集團某金礦的應(yīng)用，表明該采礦方法生產(chǎn)能力達到120 t/d、掘進工效較高(4 m/班)、采切比較低(1.3 m/kt)，具有采礦效率高、采切成本低的特點，在上下盤圍巖的穩(wěn)固性較好，采礦安全性較好。

采用的充填料漿制備工藝實現(xiàn)充填體7天凝固強度達到4.11 MPa，充填體的強度有效支撐頂?shù)装?，達到保障圍巖整體穩(wěn)固的效果，實現(xiàn)了安全高效采礦。