易 露，童建華

（大冶有色金屬有限責(zé)任公司銅山口銅礦， 湖北黃石市 435000）

銅山口銅礦充填采礦技術(shù)的應(yīng)用與改進

易 露，童建華

（大冶有色金屬有限責(zé)任公司銅山口銅礦， 湖北黃石市 435000）

摘 要：介紹了充填采礦方法在銅山口銅礦的應(yīng)用，并針對目前充填工藝存在的問題提出一些改進的思路。

關(guān)鍵詞：充填采礦法；充填工藝；應(yīng)用；改進

0 引 言

銅山口銅礦經(jīng)過30多年大規(guī)模開采于2014年元月由露天開采轉(zhuǎn)為露天與井下聯(lián)合開采。為了保證露天與井下同時開采的安全性，減少選礦尾砂對地表環(huán)境的污染與破壞，銅山口銅礦井下應(yīng)用分段空場嗣后充填法或上向水平分層點柱式充填法開采，需對開采后的采空區(qū)進行充填。

1 銅山口銅礦充填站簡介

銅山口銅礦充填站由充填攪拌站和充填回水站兩部分組成。充填攪拌站由立式砂倉、水泥倉、雙葉輪攪拌槽、HGBS120活塞式工業(yè)泵組成。選礦后的尾砂經(jīng)分級后，粗粒級（≥37 μm）尾砂進入立式砂倉頂部的尾砂濃縮貯存裝置，經(jīng)過自然沉降進入砂倉底部，用高壓氣和高壓水對砂倉內(nèi)沉積的尾砂進行造漿，并輸送到攪拌槽。同時，按照控制系統(tǒng)設(shè)定的灰砂比和料漿濃度，由水泥倉往攪拌槽內(nèi)輸入水泥和生產(chǎn)水。攪拌均勻后的砂漿進入活塞式工業(yè)泵，經(jīng)過加壓后通過充填管道進入待充填采空區(qū)。

充填回水站由生產(chǎn)回水池、低壓生產(chǎn)水池、高壓生產(chǎn)水池3部分組成。生產(chǎn)回水池中的水來自立式砂倉頂部溢流出水，排至尾礦濃密池。低壓生產(chǎn)水池和高壓生產(chǎn)水池中的水都來自銅山口銅礦游泳池。低壓生產(chǎn)水池中的水有兩個去向，一個是進入攪拌槽用于調(diào)節(jié)砂漿濃度，另一個去向是進入水箱用于充填前和充填后沖洗充填管道。高壓生產(chǎn)水池中的水進入立式砂倉進行造漿。

銅山口銅礦充填站由兩套系統(tǒng)組成，一用一備。單套系統(tǒng)參數(shù)如下：充填料漿輸送能力為80～120m3/h，充填料漿濃度為 65% ～75%，灰砂比為（1∶4）～（1∶12）（根據(jù)采用的采礦方法而定），一次最大充填量為1500m3，連續(xù)穩(wěn)定運行時間為6～12 h。

相較于國內(nèi)某些礦山而言，銅山口銅礦充填系統(tǒng)中增加了兩套加壓泵送系統(tǒng)。因為目前銅山口礦井下開采中段為-160m中段，充填管道安置在-100m水平，充填倍線為4～8。根據(jù)經(jīng)驗值，當(dāng)充填倍線大于4時，需要經(jīng)過加壓泵送才能將充填料漿輸送到采空區(qū)。當(dāng)井下開采中段到達-220，-280m水平，部分充填倍線較小的采場回采完畢后，充填料漿不需要柱塞泵加壓即可實現(xiàn)充填采空區(qū)。再往深部開采，充填料漿可通過自身重力輸送到所有的采空區(qū)。

2 銅山口銅礦充填采礦背景及應(yīng)用

2.1礦體賦存條件

Ⅰ號礦體是受巖株控制的“筒形”礦體，在平面上呈一直徑500～600m的“環(huán)狀”，局部呈S形。礦體走向長2100m，傾向延伸300～500m；厚度10～30m，最厚60m。Ⅱ號礦體東、北、西三面與Ⅰ號礦體相連，平面上似一不對稱的無頂“帽沿”，水平延伸100～300m；剖面延伸至-100～-200m標高，傾角各段不一，北段幾乎水平，南段傾角較陡；厚度一般5～10m，平均8m。Ⅵ號礦體為一隱伏的大理巖、矽卡巖、角礫巖的巖體，礦體埋深-190～-250m，呈似層狀，產(chǎn)狀平緩，走向近東西，向西北傾斜，傾角8°～22°，在22線南北兩端與Ⅰ號礦體相連，其特點是礦體厚大，中間有夾石層。

2.2采礦方法

Ⅰ號礦體和大部分Ⅱ號礦體為急傾斜中厚礦體，礦巖穩(wěn)固。采用分段空場嗣后充填法，如圖1所示。當(dāng)?shù)V體厚度小于15m時，礦塊沿走向布置，當(dāng)?shù)V體厚度大于15m時，礦塊垂直走向布置。

Ⅵ號礦體為緩傾斜極厚礦體，中間有夾石層，采用上向分層點柱式充填采礦法，如圖2所示。

圖1　分段空場嗣后充填采礦方法圖

圖2　上向水平分層點柱式充填采礦方法圖

根據(jù)初步設(shè)計要求，對于分段空場嗣后充填法采場（沿走向布置），在充填單元的上階段充填道水平安裝塑料充填管，并自上而下安放波紋濾水筒。井下充填準備就緒后，便開始充填，由地表充填站下放尾砂膠結(jié)料漿，經(jīng)充填管路注入井下采空區(qū)，進行全階段充填，其間多余水份從濾水筒和密閉墻的濾水層及空區(qū)周圍和底部裂隙滲出。為利于全礦塊回采時的地壓管理和底柱回采，采空區(qū)的底部（大約4m）和頂部（大約1m）用灰砂比為1∶（4～8）的尾砂膠結(jié)料充填，中部（大約 37m）用灰砂比為1∶（8～12）的尾砂膠結(jié)料充填。

對于上向水平分層點柱式充填法采場，每個中段的第一個分層回采結(jié)束后，澆注人工假底，人工底柱高度3m，其中鋼筋混凝土層厚0.4m，灰砂比1∶5的膠結(jié)充填體厚度2.6m。其它分層充填分為下部非膠結(jié)充填和上部澆面膠結(jié)充填，分層充填高度3m，上部澆面膠結(jié)充填高度 0.4m，灰砂比（1∶8）～（1∶10），充填料漿濃度70%。下部非膠結(jié)充填高度2.6m，并盡可能將掘進廢石用于分層下部非膠結(jié)充填，以減少提升出地表的廢石量。分層充填前需要架設(shè)順路泄水井，并在分層聯(lián)絡(luò)道內(nèi)安裝擋墻，封閉充填分層，充填管通過采場充填回風(fēng)井下到充填分層。

3 銅山口銅礦充填工藝技術(shù)的改進

3.1膠凝材料的改進

以水泥作為膠凝材料進行膠結(jié)充填存在以下缺點：對充填骨料粒度有要求（對于銅山口銅礦尾砂物理性質(zhì)而言，要求≥37 μm）；充填體泌水量大；凝結(jié)時間長；早期強度低；水泥用量大、成本高。這些缺點導(dǎo)致井下完填不僅嚴重影響采空區(qū)的穩(wěn)定、破壞了井下作業(yè)環(huán)境，而且大大增加了采礦成本。對于上向水平分層點柱式充填法采場而言，在一個分層回采充填完畢后，鏟運機無法快速進入采場進行上一個分層的回采。

針對以水泥作為膠凝材料存在的上述缺點，銅山口銅礦采用新型膠凝劑進行試驗。分別對兩種膠凝材料制作出的試塊進行強度測試。從表1可看出，在1∶6的灰砂配比、64.3%的料漿濃度條件下兩組試驗塊3 d的強度TK6要大于SN6，28 d的強度TK6更是遠大于SN6。通過試驗可看出，新型膠凝劑的使用在一定程度上增強了充填體的強度，而且早期強度也有一定提高。這對上向水平分層點柱式充填法采場而言，可以大大縮短分層之間作業(yè)循環(huán)時間，提高采場的出礦能力。對于灰砂比1∶10的試塊TK10而言，3 d期和28 d期試塊的強度同樣大于灰砂比1∶6的試塊SN6，也就是說獲得同樣強度的充填效果，新型膠凝劑的使用量遠少于水泥的用量，起到了節(jié)約充填成本的作用。

表1　兩種膠凝材料的試驗數(shù)據(jù)對比

3.2充填擋墻的改進

目前，我礦北沿517采場的充填擋墻制作方式是：在砌墻處巷道頂幫底上各打3根、兩排Φ36mm ×1800mm的鋼筋錨桿，錨桿外露1000mm。人工清底至硬底處，澆筑100mm厚的砂漿地坪，地坪上面敷設(shè)麻袋，以保證封閉擋墻底部的平整密實并避免漏漿，采用390mm×190mm×190mmmU10.0空心砌塊和M10.0水泥砂漿砌筑，擋墻與出礦進路輪廓接縫處用麻袋堵塞，并在空隙處灌注砂漿以保證密實，出礦進路口、聯(lián)絡(luò)道口封閉擋墻厚度1000mm。砌筑期間在每個擋墻0.5，1.0，2.0，3.0m處埋設(shè)乙烯管作臨時脫水管兼觀察管，如圖3所示。

圖3　北沿517采場人工澆注的充填擋墻

借鑒國內(nèi)其他礦山經(jīng)驗，在銅山口銅礦嘗試應(yīng)用可移動式充填擋墻。該充填擋墻主要是由鋼骨

架、木塊、過濾布組成。在巷道兩幫一頂，用錨桿固定鋼骨架，木塊布置在鋼骨架前端，木塊間留濾水空隙，再將過濾布置于木塊的前端。當(dāng)采空區(qū)充填完畢后，該擋墻可拆卸、可移動到其他待充采空區(qū)進行重復(fù)利用，可大大節(jié)約人工制作充填擋墻的成本。

4 結(jié) 語

總體來說，充填采礦法在銅山口銅礦的應(yīng)用還在探索階段，雖然在新型膠凝劑的改進等方面取得了一定成果，但還存在以下問題今后可繼續(xù)優(yōu)化。

（1）進一步試驗優(yōu)化新型膠凝劑的理論特性，使充填料的早期強度更大，最終實現(xiàn)在上向水平分層點柱式充填法采場分層充填完畢24 h內(nèi)，鏟運機能在充填體上進行上一分層的回采作業(yè)。

（2）可移動式擋墻雖在某些礦山成功運用，但在銅山口銅礦的應(yīng)用能否取得預(yù)期效果，還有待進一步實踐。

（3）隨著開采水平的不斷降低，充填倍線越來越小，在-220m中段的某些采場可嘗試不用加壓泵送充填料漿。理論上可行，但還需實踐檢驗。

參考文獻：

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［4]《采礦手冊》編委會.采礦手冊［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1990.

收稿日期：（2015-10-22）

作者簡介：易 露（1986-），男，助理工程師，主要從事井下采礦技術(shù)管理工作，Email：515885291@qq.com。