張雪楣，劉 明，李蕭翰，劉志祥

(1.山東黃金礦業(yè)(玲瓏)有限公司， 山東 招遠市 261441；2.中南大學(xué) 資源與安全工程學(xué)院， 湖南 長沙 410083)

玲瓏金礦全尾砂充填工業(yè)應(yīng)用*

張雪楣1，劉 明1，李蕭翰2，劉志祥2

(1.山東黃金礦業(yè)(玲瓏)有限公司， 山東 招遠市 261441；2.中南大學(xué) 資源與安全工程學(xué)院， 湖南 長沙 410083)

為實現(xiàn)玲瓏金礦無尾礦山建設(shè)，進行了全尾砂充填研究。針對玲瓏金礦充填倍線高的特點，重點研究了全尾砂充填管道與管網(wǎng)設(shè)計、充填站建設(shè)、空區(qū)及廢舊巷道充填工藝、充填擋墻設(shè)計和充填接頂工藝，成功實現(xiàn)了全尾砂充填。結(jié)果表明充填站布置合理，充填擋墻可有效封堵充填料漿，脫水效率快，空區(qū)及廢舊巷道充填接頂效果好。全尾砂充填工藝在玲瓏金礦的成功應(yīng)用，為類似無尾礦山建設(shè)提供了參考經(jīng)驗。

全尾砂充填；充填工藝；充填擋墻；接頂工藝

1 研究背景

山東黃金礦業(yè)(玲瓏)有限公司玲瓏礦區(qū)由西山坑口、東風(fēng)礦區(qū)、九曲分礦三個獨立的井下生產(chǎn)單位和玲瓏選廠組成。西山坑口采礦規(guī)模650 t/d；九曲分礦生產(chǎn)規(guī)模1500 t/d，礦山準(zhǔn)備進一步擴產(chǎn)達到2000 t/d；東風(fēng)礦區(qū)為新成立的礦區(qū)，生產(chǎn)能力2000 t/d。礦山開采過程中形成了大量采空區(qū)，危及礦山安全開采。隨著礦山開采規(guī)模不斷擴大和礦石開采總量不斷增長，產(chǎn)生尾砂數(shù)量也不斷增加，主要存放在尾礦庫。玲瓏尾礦庫經(jīng)多次擴建改造，根據(jù)2011年實測，玲瓏尾礦庫保有有效庫容約117.5萬m3，服務(wù)年限僅為1.5 a。此外，尾礦庫具備很高的勢能，是人為形成的潛在泥石流危險源，是礦山三大控制性工程之一，其安全穩(wěn)定性直接關(guān)系到周邊居民生命財產(chǎn)安全以及自然環(huán)境，現(xiàn)今尾礦庫容已達到其設(shè)計容量，存在極大的安全隱患。同時，在尾礦庫的維護與監(jiān)管上也要投入巨大的人力、物力，成本高。因此，解決玲瓏金礦的尾砂問題迫在眉睫。

為了對玲瓏金礦的開采廢棄物進行綜合利用與處理，進一步保護環(huán)境、減少污染，從而實現(xiàn)玲瓏金礦的無廢開采，提出將采礦產(chǎn)生的全部尾砂回填井下，即采用全尾砂充填。

2 充填管道與管網(wǎng)設(shè)計

根據(jù)玲瓏金礦目前采空區(qū)分布狀況，對采空區(qū)充填前各礦段充填管道的充填倍線等參數(shù)進行計算，進而設(shè)計充填管道與管網(wǎng)。

2.1 充填倍線計算

充填倍線計算公式：

N=L/H

式中，N為充填倍線；L為充填管路總長度；H為充填管道起點和終點的高差。

計算結(jié)果顯示，玲瓏金礦充填倍線較高，西山礦區(qū)最大充填倍線達到62.975，東山礦區(qū)最大充填倍線為106.2，通常自流輸送充填料漿的倍線要求在7以下，因此在充填倍線大于7的中段，料漿無法自流輸送，必須用泵壓輸送方式才能實現(xiàn)充填?？紤]到工程實際狀況，綜合國內(nèi)各種充填料漿輸送泵的型號與價格，西山充填最終選擇往復(fù)式柱塞泥漿泵(NB400-80/6型)輸送料漿進行玲瓏金礦西山礦區(qū)井下充填；東山充填最終選擇飛翼公司HBT80.21.220S型號的混凝土泵輸送料漿進行玲瓏金礦九曲礦區(qū)井下空區(qū)充填。

2.2 充填管網(wǎng)設(shè)計

(1) 西山礦區(qū)充填管網(wǎng)布置。西山礦區(qū)目前沒有充填系統(tǒng)，已開采至-420 m中段，隨著礦床往深部開采，地壓顯現(xiàn)越來越明顯，必須采用充填采礦法開采下部礦體。因此，西山礦區(qū)充填系統(tǒng)建設(shè)既要考慮礦區(qū)生產(chǎn)充填，又要考慮采空區(qū)和廢舊巷道充填，充填管網(wǎng)布置如圖1所示。

(2) 東山礦區(qū)大開頭及九曲礦段充填管網(wǎng)布置。東山礦區(qū)包括九曲礦段和大開頭礦段，東山礦區(qū)目前正在建設(shè)一套充填系統(tǒng)，可實現(xiàn)東山礦區(qū)九曲礦段和大開頭礦段的生產(chǎn)充填，但沒有空區(qū)充填的富余能力。九曲礦段和大開頭礦前上部存在大量采空區(qū)，為實現(xiàn)玲瓏金礦取消尾礦庫，必須新建設(shè)充填系統(tǒng)。

圖1西山礦區(qū)充填管網(wǎng)布置

3 充填工藝及應(yīng)用

3.1 充填站

分別在212平硐及230平硐外開闊地建設(shè)充填站。西山充填站負責(zé)西山生產(chǎn)及空區(qū)充填，充填能力為60～70 m3/h。建設(shè)兩個尾砂倉，一個水泥倉，一個攪拌桶，一個充填泵。九曲充填系統(tǒng)充填能力70～80 m3/h。建設(shè)兩個尾砂倉，一個水泥倉，一個攪拌桶，一個充填泵，一個深錐濃密機。

西山充填站至230硐口輸送管路約30～50 m，由于充填站高壓差不足以自流輸送料漿至230平硐，因此需設(shè)立充填泵，將料漿輸送至平硐內(nèi)。充填泵需克服阻力5.13 MPa。東山新建充填站至東山206平硐口輸送管路30～50 m，由于充填站高壓差不足以自流輸送料漿至206平硐，因此需設(shè)立充填泵，將料漿輸送至平硐內(nèi)。需克服阻力9.76 MPa。

3.2 空區(qū)及廢舊巷道充填工藝

采空區(qū)充填前，首先需架設(shè)密閉墻，用以封閉采空區(qū)的所有出口，密閉墻上設(shè)置兩個泄水管，泄水管上需鉆泄水孔，其上覆一層土篷布，密閉墻需保證堅實、封堵嚴(yán)密，確保不漏漿。平巷工程斷面設(shè)計約4.21 m2，其數(shù)值應(yīng)根據(jù)采場或空區(qū)實際情況確定。另需注意，平巷工程應(yīng)布置在空區(qū)頂板下盤巖石移動界線外，以保證安全。充填作業(yè)結(jié)束后，該平巷即可作為運輸巷道用于回采殘礦。掘斷面2 m×2 m的水平巷道直達空區(qū)，充填管路經(jīng)由此巷道鋪設(shè)至空區(qū)充填口，充填口處巷道底板標(biāo)高應(yīng)比空區(qū)頂板標(biāo)高低1～1.5 m。

為了盡快排出采場內(nèi)充填體的滲流水分，在充填擋墻上布置合理的排水孔。設(shè)計排水孔的排距和間距0.9～1.0 m，排水孔布置呈梅花形排列，向擋墻外有5%的角度，以有利于水分的迅速排出。排水孔內(nèi)布置排水管，排水管選用直徑60 mm的無縫鋼管。為了排水孔通暢不堵塞以及防止充填料漿外流，排水孔的進口處要設(shè)置料漿反濾層，反濾層的材料為100目尼龍濾布。在充填擋墻砌筑后，在擋墻的后面鋪3～4層100目尼龍濾布，將其拉直使其承受一定的應(yīng)力。

對廢舊巷道進行充填時，每隔50～60 m設(shè)置密閉墻，用于實現(xiàn)對充填漿液的封堵。玲瓏金礦空區(qū)充填廢舊巷道斷面規(guī)格3.6 m×3.3 m，設(shè)計每次充填廢舊巷道長度25 m。擬在充填進路入口處搭設(shè)充填擋墻，距入口處10～15 m處設(shè)脫水籠，脫水籠距底板高度約0.5 m。充填管及排氣脫水管用管道固定吊架懸掛于頂板之上深入采空區(qū)內(nèi)部。考慮到充填管及排氣脫水管的成本均較低，為保證充填效果，充填結(jié)束后管道留在采空區(qū)內(nèi)部，不予取出。此外，為加快充填體脫水及脫水效果，在料漿進入空區(qū)之前可采用充填濾水器進行部分脫水，增加進入空區(qū)內(nèi)充填料漿的密度，減小充填體的脫水難度。其設(shè)計如圖2所示。

圖2 充填方案設(shè)計

3.3 充填擋墻

對于玲瓏金礦空區(qū)和廢舊巷道充填封堵巷道多、充填高度大的特點，采用木立柱支撐擋墻設(shè)計方案。

木立柱支撐擋墻用木立柱作為支架，木立柱直徑15～18 cm，木立柱支架形成后在靠采場一側(cè)釘木板，木板寬度為15 cm，木板間距為25 cm，木板的厚度3 cm，木板與木立柱用鐵釘固定，而后在木板上安裝金屬網(wǎng)，最后鋪上麻袋布?？紤]充填過程中，擋墻所受的壓力較高(約0.2 MPa)，為此在充填擋墻最外端加三根廢舊鋼軌(鋼管)，廢舊鋼軌(鋼管)與巖壁之間用錨桿聯(lián)接。木立柱支撐擋墻結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 木立柱支撐擋墻結(jié)構(gòu)

3.4 充填接頂工藝

根據(jù)玲瓏金礦實際情況，采用下向微傾斜充填接頂工藝，如圖4所示。

首先礦房區(qū)兩側(cè)聯(lián)絡(luò)道充填超高一層。進路采完后，放炮挑頂打通聯(lián)絡(luò)道，這樣就形成了一個高差。設(shè)置隔離墻，然后架設(shè)充填管道，用全尾砂充填。需進行2次或3次充填，最后一次充填澆面并接頂。

充填管路使用充填塑料軟管，在隔離木板上方適當(dāng)位置，預(yù)先鋪設(shè)一根，懸掛在空區(qū)頂板上。為方便進路充填接頂，下料口離進路盡頭應(yīng)小于10 m。使用快速接頭將軟管與主充填管聯(lián)接起來，以保證充填引路水及洗管水不流入進路。一期進路充填前，在進路口處架設(shè)密閉墻。同時，為避免加寬聯(lián)絡(luò)道，進而影響聯(lián)絡(luò)道穩(wěn)定性，應(yīng)將密閉墻盡可能靠外布置。二期進路充填時，可同時充填多條進路，共用一個密閉墻，并將其架設(shè)在分層聯(lián)絡(luò)道內(nèi)。在靠分段平巷一側(cè)，沿礦體傾向架設(shè)一條鋼溜井。用4塊鋼板焊接成直徑1.5 、長1 m的鋼筒，鋼筒節(jié)與節(jié)之間焊接牢固，并密封以防止跑漿。在每個聯(lián)絡(luò)道內(nèi)架設(shè)一條人行泄水天井。其采用圓木加背板架設(shè)而成，即圓木方框外釘背板，再包以紗布，并用板條釘牢。進路全高進行兩次充填，即第一次充填1.5 m高，一天后，再充填剩余空間。這樣既可減少充填料對密閉墻的壓力，又可確保較好的充填接頂效果。采用沿圓木支架架設(shè)隔離木板，木板內(nèi)側(cè)鋪雙層濾水紗布的隔離墻，脫水效果較好[10]。

該充填接頂工藝，充填下料口位于最高點，充填料漿可以自流充填四周空區(qū)，充填后未出現(xiàn)局部超挖，其頂部輪廓規(guī)整，充填效果較好。

圖4 微傾斜進路充填

4 結(jié) 語

(1) 西山礦區(qū)上部采空區(qū)充填時，充填倍線高，使用泵壓輸送方式實現(xiàn)了空區(qū)充填。大開頭和九曲礦段上部采空區(qū)充填時，克服了充填料漿輸送距離遠、充填倍線高的技術(shù)難題。

(2) 充填站布置合理，料漿輸送距離近，無需跨越東西山之間的公路和峽谷進行輸送，可大大增加料漿輸送效率，減小礦山輸送成本。

(3) 空區(qū)及廢舊巷道充填工藝合理，與玲瓏金礦現(xiàn)場實際情況匹配較好；充填擋墻有效的封堵了充填料漿，脫水效率快，充填接頂效果好。

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2017-05-24)

國家自然科學(xué)基金項目(51674288).