1、某矿山充填工艺研究和应用摘 要矿房回采结束后，为保证后续矿房安全回采，须充填采空区。选择合适的充填料参数是保证充填体强度的重要因素，合理确定充填料参数对于矿山安全生产具有重要意义。本文选择具有较好的代表性和典型性的采场进行了一系列充填实验，其试验结果对整个矿井采场的充填具有充分和广泛的指导意义，为矿山今后的充填生产提供充分的指导。 关键词尾砂；充填工艺；应用 中图分类号：TP393.08 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）01-0231-02 引言 某硫铁矿床位于庐枞中生代陆相火山岩盆地的西部，淮阳山字型构造前弧东翼，郯庐断裂带的南侧。 该矿床是一个硫铁矿、铁矿、硬石膏矿
2、共生矿床。矿床成因与火山活动相关，黄铁矿为火山喷气热液充填交代矿床，铁矿为与次火山岩有关的气成高中温热液充填交代矿床。 硫铁矿体主要赋存于闪长玢岩体与砖桥组下组火山碎屑岩的外接触带中，砖桥组下段第一韵律层的凝灰岩、角砾凝灰岩为主要赋矿围岩。 铁矿体大多包裹在硫铁矿体中，赋矿围岩主要为硫铁矿体。 工程地质条件： 本矿床矿体及顶底板围岩属坚硬半坚硬的块状、层状结构岩体，岩体致密坚硬、稳固，质量总体较好。矿床工程地质类型属坚硬半坚硬岩层为主的似层状矿床，工程地质条件中等偏简单。 但矿体顶板与硅化岩岩组和火山碎屑岩岩组的距离较近，局部直接接触，混杂有水云母化、高岭土化等强烈蚀变的凝灰岩或粗安岩，岩心破
3、碎，其稳定性差，易产生垮塌、冒落，在这些部位要加强支护，并留适当厚度的保护层，以免发生顶板冒落和垮塌，矿体底板膏辉岩及周围的黄铁矿化膏化岩等均较完整坚固，稳定性好。 水文地质条件： 矿床充水来源主要为矿体顶板硅化岩含水岩组的孔洞裂隙承压水及其上部的粗安岩含水岩组的裂隙潜水。断裂构造富水性弱，对矿床充水影响甚微。 矿体位于当地侵蚀基准面以下，地形有利于自然排水，附近无大的地表水体，矿床主要充水含水层和构造破碎带富水性较弱，地下水补给条件差，矿床水文地质类型以裂隙含水层充水为主，顶板进水，水文地质条件简单的矿床。 环境地质条件： 由于矿床埋藏较深，地温比较高。-300m 中段温度在 30.09，-
4、400m 中段地温平均温度在 32.65。矿床存在一定热害，为了预防热害的发生，应采取加强通风、封闭采空区等措施，消除热害。 矿山采用主副井开拓，主井井底标高-514m，垂深 592m，担负整个矿山矿石提升任务；副井位于主井附近，水平距离 80m，井底标高-542m，井深 620m，担负整个矿山废石、人员运输及主进风任务；辅助斜坡道位于副井的南侧，开口标高 62m，终点标高-303m，总长 3238m，担负整个矿山材料和设备及进风任务。 1 采矿方法及开采现状 1.1 采矿方法 根据矿体赋存特征及开采技术条件，考虑到地表不允许塌陷，本矿井采用了分段空场嗣后充填采矿法，且现场应用效果良好。 根据
5、矿体赋存情况，将整个中段矿体划分成盘区，中段高度 50m，矿体平面上沿走向每隔 50m 划分一个盘区，盘区矿柱宽度 15m，在矿柱中布置一条穿脉巷道；矿体垂直方向上，中段之间划分为 4 个分段，分段高度为 12.5m。 沿穿脉巷道方向，每隔 30m 划分一个矿块，矿块长 35m、宽 30 m、高为中段高度 50m，矿块分为矿房和矿柱；宽度方向又分两步骤回采，一步骤回采矿房，宽度 15 m，二步骤回采矿柱，宽度 15m。 按照该采矿方法作业顺序要求，第一步骤先采 15m 的矿房，矿房回采结束后，进行尾砂胶结充填至接顶；第二步骤回采 15m 矿柱，矿柱采完后，进行尾砂胶结充填至接顶。 1.2 开采
6、现状 目前矿井采矿范围为-300m 至-250m 中段，生产主要集中在-262.5m、-275m、-287.5m 三个分段，-287.5m 分段集中出矿。其中，-250m 中段主要为充填管路巷，-300m 至-287.5m 为底柱，暂不回采。 目前已经回采结束的采场有 4-3#、4-7#、4-9#、4-11#和 5-8#五个采场，正在进行回采的采场有 4-5#、4-13#、3-4#、3-8#、3-10#和 5-6#六个采场。 2 采场充填工艺 2.1 采场充填前的准备工作 矿房回采结束后，需依次进行采空区清理、采场充填密闭、井下充填管道安装等。 2.2 充填系统组成及工艺流程 充填系统由尾砂输
7、送系统、充填搅拌站、充填钻孔和输送管路组成。选矿厂生产的全尾砂经浓密机浓缩后，用渣浆泵输送到充填站砂仓内，经自然沉降（或在仓顶添加絮凝剂加速沉降）后，使得仓内砂浆浓度达到 60%以上，并将尾砂离淅水排出以增加砂仓存储量。设计采用高压风造浆方式，造浆均匀后，尾砂浆经底部管道送入搅拌桶，与水泥、水搅拌后经充填管自流输送至井下采场。尾砂泵送选用渣浆泵。充填系统简图详见图 1。 充填系统工艺流程如下：选矿厂产生的全尾砂用渣浆泵扬送到充填制备站。需要充填时，通过输送管道输送至充填站砂仓内，由调节阀调节各砂仓内尾砂量。仓内压气造浆，调节底部放砂阀，尾砂通过缓冲池输送至搅拌桶内，电磁流量计显示流量、密度计显
8、示浓度、电动调节阀调节流量。充填所用水泥由水泥罐车运到搅拌站附近，并经压风压入水泥仓。充填时，水泥通过灰仓底部的双管螺旋给料机输送到搅拌桶内，螺旋电子秤计量，调整变频机频率调节流量。水由高压水池通过供水管输送而来，采用电磁流量计计量，用电动阀进行调节，搅拌桶内砂浆液位由液位计进行检测。在搅拌桶料浆出口管路上依次安装了浓度计、流量计和电动闸板阀，用以检测和控制充填料浆的浓度和流量。尾砂料、水泥以及适量的水在搅拌桶内充分搅拌完成后，自流输送到采空区实施充填。 3 充填系统工业试验 3.1 充填实验采场选择 充填试验采场应具有充分的代表性和典型性，能够代表绝大多数井下采场充填的实际情况，从而使井下采
9、场充填试验的充填工艺技术，对整个矿井的充填具有充分和广泛的指导意义，为矿山今后的充填生产提供充分的指导。 由于矿山目前处于开采生产的初期，采空区只有一步骤的矿房采场，只能选择一步骤的矿房采空区进行充填试验，暂时无法进行二步骤的矿柱采空区充填试验。综合以上因素，选择-300m 中段 4 盘区 3#采场作为充填试验采场，并命名为 4-3#充填试验采场。该采场采空区体积大约为1.85 万 m3，采场两边均为二步骤回采的矿柱采场。该采场目前已经完成充填前的准备工作，随时可进行充填试验。该采场充填倍线 3.8，完全能实现充填料自流。 3.2 充填实验前的准备 a. 设备调试 充填实验前需进行设备调试。主
10、要包括：充填供水系统设备及仪表调试、螺旋给料系统调试、尾砂供料系统调试、放砂管冲洗系统调试、水泥上料系统调试、搅拌系统调试等。 b. 控制仪表标定 设备仪表在试车前，必须开展标定工作。主要包括：调浓水供水仪表的标定、螺旋电子称（水泥添加量）标定、尾砂流量计、浓度标定等。c. 空载试车 充填实验前需对充填系统进行空载试车，目的是通过对各系统、设备进行调试、试运行，保证系统各环节运行畅通，再通过模拟给料的试车运行，对设备状况进一步了解、对系统各环节的协调运行控制进行归纳总结。空载试车前需充填钻孔及管路进行疏通。 空载试车具体步骤为： 尾砂仓中储料搅拌 调浓水系统试车 水泥供料系统试车 尾砂供料系统
11、试车 管道冲洗系统试车。 d. 重载试车 重载试车就是对新建的充填系统进行第一次投料试生产，其主要目的是通过对系统的投料试运行，进一步检查和检验系统建设质量，发现和改进设计缺陷、施工缺陷和安全缺陷，进而打通系统各个环节，为以后系统的正常生产打下坚实基础。 重载联动试车的主要包括：水泥仓加料系统试运行、尾砂输送机储备系统试运行、充填料浆流动性测试、抗压强度测定试块的浇筑等。 3.3 充填实验 首次充填作业 1.6 小时，平均料浆流量为 90.63 m3/h，首次采场充填料浆浓度按 56.82%输送。我们共计进行了五次充填实验，平均料浆流量为 80.86 m3/h，充填料浆浓度逐渐提高，当浓度达到
12、 68.53%时，充填料浆流速降低明显，但未出现堵管事故。笔者每次实验均做好充分的准备工作，并安排专人对实验数据进行了详细记录，实验数据详见表 1。 3.4 充填实验结果分析 充填站设有地表实验室，安排每班对充填料浆取样，浇筑试块，检测试块强度，经检测发现如下规律： a. 试块强度特别是早期强度普遍较低； b. 试块强度随水泥用量增加而增大，水泥添加量对试块强度起决定性因素； c. 试块强度随浓度的提高而增加。料浆浓度是试块强度的另一主要因素，在灰砂比相同的条件下，试块强度均随浓度的提高而较大幅度的增加； d. 试块强度随养护龄期的增长而增加，而且后期强度增幅较大。 4 结 语 a. 平均充填
13、充填能力达 7090m3/h，充填站两套充填系统的年充填量达 2729 万 m3/a； b. 系统故障停机率将控制在 3 次/万 m3；膏体充填料浆浓度控制在60%68%之间；膏体料浆搅拌均匀度 98%以上； c. 充填体强度高，胶结充填体整体效果好； d. 节约尾渣库建库费用 120 万元/a，矿石回收率由 75%提高至88%，贫化率小于 7%； e. 有效控制地压活动，保护地表环境，且大大减轻了环境污染。 尾砂胶结充填不仅能节约支出，保护了矿山环境，而且具有良好的社会效益和经济效益。 参考文献 1 杨纪光，王海涛，刘文忠.多矿区充填系统整合提效生产规模在焦家金矿的应用J.黄金科学技术，20
14、13，21（2）：69-71. 2 江英海，潘锦平.采空区充填工艺技术在张马屯铁矿的应用和发展J.矿业快报，2004，12：41-42. 3 陈劲松.影响充填采矿法质量的一些问题J.西部探矿工程，2000，65（3）：75-78. 4 杨志强，王永前等.金川镍矿尾砂膏体充填系统工艺技术改造与应用研究J.有色金属科学与工程，2014，5（2）：1-9. 5 王泽群.块石胶结充填新工艺在新桥硫铁矿的应用J. 矿业快报，2005，5：7-9. 6 黄志伟，张炳旭.全尾砂分级充填新工艺的研究J. 金属矿山，2004，336（6）：79-82. 7 王凤波.全尾砂胶结充填工艺在马庄铁矿的应用J.中国矿山工程，2008，37（5）：23-24. 8 施士虎，李浩宇，陈慧泉.矿山充填技术的创新与发展J.中国矿山工程，2010，39（5）：10-14. 9 杨清平，冷复生.胶结充填工艺在铜绿山矿的应用J.采矿技术，2001，1（1）：17-19. 10 王方汉，姚中亮，曹维勤.全尾砂膏体充填技术及工艺流程实验研究J.矿业研究与开发，2004，24（S）：51-55. 作者简介：胡建钊（1978） ， 男， 硕士，工程师，采矿工程专业，主要从事采矿技术研究、工程管理等工作。
