張春芳

(云南錫業(yè)集團(tuán)(控股)有限責(zé)任公司老廠分礦，云南 個(gè)舊 661007)

老廠礦田14#-5礦體膠結(jié)充填采礦法接頂問(wèn)題的探討

張春芳

(云南錫業(yè)集團(tuán)(控股)有限責(zé)任公司老廠分礦，云南 個(gè)舊 661007)

針對(duì)高品位、高價(jià)值、高含硫發(fā)火特性、緩傾斜中厚的多金屬接觸帶硫化礦體，選用上向式水平分層膠結(jié)充填法開(kāi)采，在傳統(tǒng)接頂方法人工接頂和砂漿加壓接頂都不適用的情況下，提出用膠結(jié)充填料漿在采空區(qū)內(nèi)流動(dòng)后的“自然安息角”來(lái)設(shè)計(jì)接頂方法——砂漿自然安息角法，并提出了礦體頂板圍巖近似水平或呈水平狀態(tài)，充填濾水井一側(cè)的頂板圍巖較另一側(cè)高(即頂板圍巖的傾角大于6°的情況)和充填濾水井一側(cè)的頂板圍巖較另一側(cè)低的情況下，以設(shè)計(jì)施工倒立喇叭口或施工充填小上山來(lái)達(dá)到接頂目的的3種接頂方法，對(duì)使用充填采礦法的礦山無(wú)疑具有很好的借鑒意義。

充填采礦法 接頂問(wèn)題 砂漿自然安息角法 頂板圍巖 倒立喇叭口

1 地質(zhì)概況

14#-5礦體是老廠礦田接觸帶硫化礦的主要礦體之一，位于礦田中部，埋藏深度超400 m。礦體產(chǎn)于花崗巖突起的南東傾沒(méi)部位的凹陷中，呈盆狀產(chǎn)出，形態(tài)為透鏡狀，平面呈等軸狀展布，向北東傾斜。礦體平均長(zhǎng)178 m，寬152 m，面積為27 000 m2；礦體最大厚度29.8 m，平均19.5 m ；傾角一般為0°～20°，最大40°，頂板為中等穩(wěn)固的大理巖，底板為矽卡巖和花崗巖，其穩(wěn)固程度隨風(fēng)化程度的不同而異，由穩(wěn)固到極不穩(wěn)固。該礦體儲(chǔ)量大，品位高，除含主元素Sn，Cu，S外，還伴生有鎢、砷、氟等元素。在14#-5礦體的頂板上面還壓有儲(chǔ)量可觀的14#-8礦體和網(wǎng)狀礦，并有4 000多m運(yùn)輸巷道需要保護(hù)。

2 開(kāi)采情況

由于該礦體為緩傾斜中厚的多金屬高品位高硫礦體，開(kāi)采中必須有效地控制或杜絕硫化礦的發(fā)火，減少氡和氡子體的析出，控制上部地壓的較大活動(dòng)，以保護(hù)上部的運(yùn)輸巷道和順利開(kāi)采上部礦體。為此，選用上向式水平分層膠結(jié)充填法進(jìn)行開(kāi)采，并由昆明冶金設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，按此設(shè)計(jì)施工，現(xiàn)在第一分段的第一、二分層的Ⅰ步驟回采已結(jié)束，已進(jìn)行第三分層的回采，總計(jì)已采出礦石132 313.0 t，錫金屬1 081.75 t。

3 問(wèn)題的提出

為使上部礦體和工程在14#-5礦體采后不致受到影響，就必須解決好充填過(guò)程中的接頂問(wèn)題，可以說(shuō)，接頂問(wèn)題是充填采礦法中最重要的問(wèn)題之一，這個(gè)問(wèn)題解決不好，就會(huì)引起上部地壓的活動(dòng)，導(dǎo)致上部礦體不能回采，上部的工程受到破壞。而目前遵循昆明冶金設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)，是不能很好地解決這個(gè)問(wèn)題的，照此設(shè)計(jì)施工，將有很大一部分空間接不了頂。但現(xiàn)在又不可能過(guò)多地修改此設(shè)計(jì)，只能在此設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上尋求解決這個(gè)問(wèn)題的方法。

傳統(tǒng)的接項(xiàng)方法有：人工接頂和砂漿加壓接頂。但人工接頂勞動(dòng)強(qiáng)度太大，效率很低，木材消耗也很大；砂漿加壓接頂在國(guó)外較普遍，國(guó)內(nèi)目前尚無(wú)在井下使用效率高而又十分可靠的案例。所以上述2種接頂方法都存在較多的實(shí)際問(wèn)題。

在實(shí)際生產(chǎn)中，已實(shí)測(cè)到充填體砂漿流動(dòng)后的自然堆積角(或稱(chēng)自然安息角)為5°～7°(灰砂比為1∶5.6，砂漿濃度為62%條件下)，本研究主要就是試圖在此參數(shù)下探索解決接頂問(wèn)題的有效方法。

4 解決問(wèn)題的方法——砂漿自然安息角法

充填體砂漿流動(dòng)后的自然安息角為5°～7°，為方便起見(jiàn)，取其中間值6°來(lái)討論。

首先，選擇比較有代表性的Ⅰ步驟回采的Ⅰ-3進(jìn)路的31#礦房來(lái)討論(如圖1和圖2)。由圖上可看出，昆明冶金設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的H16充填井，是布置在礦房沿長(zhǎng)度方向上的一端，并且每?jī)蓚€(gè)礦房共用一個(gè)充填濾水井(其他礦房相同)，這樣，是不可能接好頂?shù)?，因此，現(xiàn)在尋求更為有效的接頂方法，應(yīng)該是非常必要和及時(shí)的。下面以31#礦房為基礎(chǔ)，分3種情況來(lái)討論接頂問(wèn)題。

圖1 礦房平面示意

(1) 礦體頂板圍巖近似水平或呈水平。如圖3所示，在這種圍巖條件下，只要當(dāng)?shù)V體采到最后一個(gè)分層，即將接頂之前，以砂漿的自然安息角6°作充填井一側(cè)的倒立喇叭口圖，然后將此喇叭口內(nèi)的巖石刷去，另外，為保證接頂效果，充填井邊還應(yīng)刷去一小部分巖石(圖3中以65°角刷去的那小部分)。當(dāng)這2個(gè)喇叭口都形成后，即可進(jìn)行全面充填，充填后的接頂情況如圖4所示。從圖4可看出，其充填體完全能充分與頂板圍巖結(jié)成一體。當(dāng)然，這只是原充填井(H16)附近那差不多半個(gè)礦房多點(diǎn)的接頂(由圖可知，充填體已超過(guò)Ⅰ-3進(jìn)路的中線(xiàn)0.5 m)。應(yīng)該指出，以上所講的喇叭口都是不完整的，只是一半，只有連同Ⅱ步驟回采的礦柱(即20#礦房)一起才能形成完整的倒立喇叭口。離H16充填濾水井較遠(yuǎn)的那半個(gè)礦房的接頂，仍然是以?xún)A角6°為設(shè)計(jì)參數(shù)，刷去一部分頂板圍巖(指圖1中EF虛線(xiàn)右邊這部分礦房)，形成2個(gè)不完整的倒立喇叭口后再充填，就可以保證全部接好頂(圖5和圖6所示)。

圖2 礦房剖面示意

圖3 倒立喇叭口設(shè)計(jì)

(2) 假設(shè)充填井一側(cè)的頂板圍巖較另一側(cè)高，即頂板圍巖的傾角大于6°的情況。這種情況如圖7所示，接頂問(wèn)題比較容易解決，因?yàn)轫敯鍑鷰r的傾角較大，傾角越大，砂漿越容易流動(dòng)，接頂效果就越好。所以，此時(shí)只要將原充填井邊刷去一小部分巖石(圖7中以?xún)A角60°設(shè)計(jì)的部分)，形成不完整的小倒立喇叭口，再進(jìn)行充填。刷去的這部分巖石，也是只能保證H16井附近至鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)路中線(xiàn)這部分礦房的接頂(見(jiàn)圖8)。離H16井較遠(yuǎn)的那約半個(gè)礦房的接頂，除刷去原充填井邊那小部分巖石外(圖9中以65°角設(shè)計(jì)的部分)，還要以砂漿的自然安息角6°來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)較大的不完整倒立喇叭口(圖9所示)，這個(gè)喇叭口的施工也只是施工EF虛線(xiàn)右邊這部分礦房(圖1所示)。按此設(shè)計(jì)施工，這種頂板條件下的接頂，就能得到保證(圖10所示)。

圖4 充填結(jié)束后的接頂情況

圖5 倒立喇叭口設(shè)計(jì)

圖6 充填結(jié)束后的接頂情況

圖7 倒立喇叭口設(shè)計(jì)

圖8 充填結(jié)束后的接頂情況

圖9 倒立喇叭口設(shè)計(jì)

(3) 假設(shè)原有充填井一側(cè)的頂板圍巖較另一側(cè)低。如圖11所示，這種情況較特殊，只依靠原充填井H16，是很難接好頂?shù)模瑥纳皾{的自然安息角6°入手考慮，工程量太大，是不經(jīng)濟(jì)的。在這種圍巖條件下，當(dāng)采完最后一個(gè)分層后，依靠原充填井H16能充多少就盡量充填多少(圖11中最上層充填體，其表面以角6°自然安息)，然后再?gòu)脑摮涮铙w表面的最高點(diǎn)(圖11中A點(diǎn))開(kāi)始至接頂空間的最高點(diǎn)的2/3處(此圍巖條件是在2.2 m高處)開(kāi)充填上山通H16井，當(dāng)然，若開(kāi)充填井經(jīng)濟(jì)就施工充填井，主要是看哪種工程量最省就施工哪種。此處因充填上山才6 m，而充填井則需打10 m，所以就采用施工20°傾角的充填上山的方案(以上比較是以31#礦房來(lái)討論的)。充填上山的規(guī)格只需打1.2 m×1.4 m (寬×高)即可，只要能保證充填管進(jìn)入和方便人員檢修即可。按此設(shè)計(jì)施工，原充填井H16附近這半個(gè)礦房即可保證全部充分接頂(圖12所示)。離H16充填濾水井較遠(yuǎn)的半個(gè)礦房不可能依靠上面設(shè)計(jì)的充填上山接頂，也無(wú)法用H16井從砂漿的自然安息角6°來(lái)尋找方案，只能另想辦法。此時(shí)施工充填井又比施工充填上山工程量少得多，所以可設(shè)計(jì)施工一個(gè)充填井(圖13所示)來(lái)達(dá)到接頂目的，充填井可接通頂板圍巖中的-56 m中段的充填平巷。充填井的規(guī)格為1.5 m×1.5 m，只要充填管和人都能進(jìn)入即可。按此設(shè)計(jì)，EF虛線(xiàn)右邊這半個(gè)礦房也能全部充分接好頂了(圖14所示)。在這種頂板圍巖條件下，上面的設(shè)計(jì)只用16 m進(jìn)尺，就能保證整個(gè)礦房接好頂。

圖10 充填結(jié)束后的接頂情況

圖11 充填工程設(shè)計(jì)

圖12 充填結(jié)束后的接頂情況

圖13 充填工程設(shè)計(jì)

圖14 充填結(jié)束后的接頂情況

5 結(jié) 語(yǔ)

砂漿的自然安息角是隨著灰砂比和砂漿濃度的變化而變化的，所以，在采用砂漿自然安息角法來(lái)設(shè)計(jì)倒喇叭口時(shí)，必須調(diào)查清楚最近一次充填體的灰砂比和砂漿濃度，并測(cè)出其具體充填體的自然安息角(就按此角設(shè)計(jì)倒喇叭口)，而且形成此安息角的工藝必須是成熟的。諸如灰砂比、砂漿濃度的配制和設(shè)備的操作以及砂漿的運(yùn)輸?shù)缺仨毷鞘炀毢蜏?zhǔn)確無(wú)誤的，這樣才能保證接頂充填體的自然安息角等于或低于已設(shè)計(jì)好的自然安息角，使充填料和頂板圍巖結(jié)成一體，從而達(dá)到接頂目的。在不能使用砂漿自然安息角法來(lái)接頂時(shí)，就考慮用其他方法，總之，對(duì)接頂問(wèn)題，要具體情況具體分析，適用哪種方法就用哪種，如果條件許可，同一個(gè)礦房也可考慮上述2種方法聯(lián)合使用。

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(責(zé)任編輯 石海林)

Discussion of Floor-Contact of Cemented Stowing Method in 14#-5 Ore body of Laochang Granite

Zhang Chunfang

(YunnanTinGroupLaochangMine，Gejiu661007，China)

During the mining process with upward horizontal slicing and cemented stowing method in multi-metal contact zone sulfide ore body of high quality，high value，high sulfur combustion characteristics and gently dipping medium thickness，the traditional floor-contact methods，artificial floor-contact and slurry pressurized floor-contact，are not applicable.In order to solve this problem，a floor-contact method-“mortar nature angle of repose method” is designed by using nature angle of repose of stowing material which had flowed in gob.Three floor-contact methods with the aid of inverted bell-mouth or stowing small rise are proposed to realize the floor-contact under three deferent conditions.First，the roof surrounding rock of ore body is horizontal or nearly; Second，the roof surrounding rock on one side of filling filter well is higher than that on the other side(the dip angle is greater than 6°); Third，the roof surrounding rock on one side of stowing filter well is lower than that on the other side.This method sets a good example for the mine with stowing method.

Stowing method，F(xiàn)loor-contact problem，Mortar nature angle of repose method，Roof surrounding rock，Inverted bell-mouth

2013-12-22

張春芳 (1962—)，男，副礦長(zhǎng)，高級(jí)工程師。

TD853.34

A

1001-1250(2014)-04-039-05