安冠峰，郭志凌

（湖南水口山有色金屬集團(tuán)康家灣礦，湖南 衡陽(yáng) 421513）

在礦山建設(shè)持續(xù)發(fā)展的背景下，礦山開(kāi)采規(guī)模也不斷擴(kuò)大，礦山開(kāi)采過(guò)程中所產(chǎn)生的各類(lèi)工業(yè)固體廢料，如廢石、尾砂等多直接堆放于地表，尤其尾礦的排放與處理問(wèn)題已成為金屬礦山開(kāi)采中亟待解決的問(wèn)題之一。以下即結(jié)合康家灣鉛鋅金礦深部開(kāi)采工程實(shí)例，圍繞該礦區(qū)膏體充填技術(shù)的應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行分析與探討。

1 工程概況

康家灣鉛鋅金礦深部開(kāi)采工程是水口山有色金屬有限責(zé)任公司下轄礦山，位于水口山礦田北東隅，距常寧市水口山鉛鋅礦以東 2.5km，距公司所在地松柏鎮(zhèn)7km，距衡陽(yáng)市40km，屬常寧縣管轄。本區(qū)屬溫暖潮濕氣候帶，盛夏炎熱，冬季暖和，霜凍期短，春夏多雨潮濕。全年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)，年平均風(fēng)速為 1.6m/s。

礦區(qū)水文地質(zhì)條件為：礦區(qū)地表水發(fā)育，但與礦床充水無(wú)關(guān)；礦區(qū)上部含水組（Ⅰ）含水豐富，與礦體之間地層為相對(duì)隔水層和隔水層， 與礦床充水無(wú)關(guān)；礦區(qū)侏羅系微弱裂隙含水帶（Ⅲ）含水微弱，間接對(duì)礦床充水；礦區(qū)下部含水層（Ⅱ）含巖溶裂隙水，富水性強(qiáng)，礦、水交融，是礦床主要充水因素。同時(shí)根據(jù)前期勘探資料顯示，本工程基礎(chǔ)地質(zhì)條件為：礦體直接頂?shù)装鍑鷰r絕大部分是層間硅化破碎角礫巖和含燧石灰?guī)r或白云巖，穩(wěn)固性較好；個(gè)別地段礦體頂板圍巖，結(jié)構(gòu)較松散，強(qiáng)度低，易風(fēng)化崩落，穩(wěn)固性差，但這些巖層一般是作為礦體的間接頂板，對(duì)礦床開(kāi)采無(wú)直接影響。礦床工程地質(zhì)條件屬于中等偏簡(jiǎn)單類(lèi)型。

康家灣鉛鋅金礦自上世紀(jì)八十年代開(kāi)采至今， 已累計(jì)開(kāi)采鉛鋅礦石量860×104t，目前， 礦山仍保持著 40×104t/a的規(guī)模生產(chǎn)水平。為充分發(fā)揮康家灣鉛鋅金礦的資源優(yōu)勢(shì)，解決現(xiàn)有開(kāi)拓系統(tǒng)存在的不足，滿(mǎn)足集團(tuán)公司發(fā)展的需要，水口山有色金屬有限責(zé)任公司決定加快開(kāi)展礦區(qū)深部開(kāi)采工程的開(kāi)發(fā)建設(shè)，并圍繞礦區(qū)膏體充填問(wèn)題展開(kāi)深入分析。

2 充填技術(shù)及其應(yīng)用

康家灣鉛鋅金礦深部開(kāi)采工程是目前已建有一個(gè)充填站，充填站內(nèi)有 2 座立式砂倉(cāng)和 1 座水泥倉(cāng)，立式砂倉(cāng)每座有效容積為 750m3，水泥倉(cāng)的有效容積為 110m3。目前可以進(jìn)行全尾砂膠結(jié)充填，年充填能力可達(dá) 14.4×104m3以上。充填系統(tǒng)當(dāng)前工作制度為年工作 330 天，每天工作 2 班，每班 8 小時(shí)。根據(jù)康家灣鉛鋅金礦實(shí)際情況，在井下開(kāi)采中采用充填法采礦。

2.1 充填材料

為最大限度減少康家灣鉛鋅金礦深部開(kāi)采工程中地表尾礦排放量，并對(duì)選礦廢水外排情況進(jìn)行嚴(yán)格控制，在滿(mǎn)足井下礦產(chǎn)資源開(kāi)采要求的同時(shí)，降低生產(chǎn)成本，控制重金屬污染源擴(kuò)散問(wèn)題，本工程所確定的充填工藝流程為：尾礦→濃縮→膏體尾礦→濃縮→溢流→回用。

2.2 充填參數(shù)

（1）充填采空區(qū)體積：對(duì)于康家灣鉛鋅金礦深部開(kāi)采工程而言，正常生產(chǎn)過(guò)程中，有45×104t/a 的礦石產(chǎn)量所產(chǎn)生的采空區(qū)需要進(jìn)行充填，則正常生產(chǎn)年平均需要充填采空區(qū)體積可以通過(guò)如下方式進(jìn)行計(jì)算（見(jiàn)式1）：

該式中，定義年平均充填采空區(qū)體積為Vn（單位：m3/a），年回采礦石量為Vk（ 單位：t/a），充采比為Z（本工程中取恒定值1.0），礦石體重為Yk（本工程中礦石體重為3.01t/m3）。經(jīng)計(jì)算，正常生產(chǎn)年平均需要充填采空區(qū)體積為14950.166m3/a。

由此還可按照本工程充填開(kāi)采中330天的工作進(jìn)度安排，對(duì)日平均充填采空區(qū)體積進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為453.04m3/d。

（2）充填料漿。根據(jù)本工程中所選擇全尾砂膠結(jié)充填方法對(duì)充填工藝的要求，采用充填料漿濃度為 60%，充填料灰砂比分別為 1：5 及 1：10 兩種形式時(shí)，康家灣鉛鋅金礦的充填料參數(shù)以及充填材料消耗分別如下表（見(jiàn)表1）所示。結(jié)合表1以及表2中有關(guān)數(shù)據(jù)：當(dāng)日均充填料漿用量為453.04m3時(shí)，尾砂加權(quán)日耗 342.95t，水泥加權(quán)日耗37.6t，水加權(quán)日耗 280.88t。

表1 本工程充填材料基本參數(shù)示意表

（3）尾砂用量平衡。在康家灣鉛鋅金礦工程開(kāi)采服務(wù)期限內(nèi)，達(dá)產(chǎn)年年平均全尾砂產(chǎn)率為 77%，日產(chǎn)尾砂量 1047.2t（干量），尾砂日平均用量為342.95t，多余的尾砂704.25t 則排放到尾砂庫(kù)。礦山現(xiàn)充填方式為全尾砂膠結(jié)充填， 礦山現(xiàn)有的充填系統(tǒng)的實(shí)際能力可達(dá) 14.4×104m3以上。

3 充填料流體類(lèi)型

從流變學(xué)角度出發(fā)，水利輸送包括非牛頓流體均質(zhì)流以及牛頓流體非均質(zhì)流兩類(lèi)。常見(jiàn)的非牛頓流的均質(zhì)流有與時(shí)間因素?zé)o關(guān)的賓漢流、偽塑性流和屈服偽塑性流以及與時(shí)間有關(guān)的能變流等。對(duì)于我國(guó)而言，多數(shù)礦山膠結(jié)充填材料以非均質(zhì)流為主。尾砂充填時(shí)，尾砂體重為 2.7g/cm3，重量濃度小于 67%～69%（視粒度級(jí)配）為非均質(zhì)流。

對(duì)于康家灣鉛鋅金礦工程而言，采用膏體井下輸送充填，且礦井采用斜井開(kāi)拓，礦體傾角小，倍線不滿(mǎn)足自留輸送要求，采用充填工業(yè)泵井下輸送。

4 結(jié)語(yǔ)

本文上述分析中重點(diǎn)論述了全尾砂膠結(jié)充填工藝在康家灣鉛鋅金礦深部開(kāi)采工程中的應(yīng)用。經(jīng)上述分析認(rèn)為，全尾砂膠結(jié)充填工藝直接采用選廠尾砂漿，經(jīng)濃密機(jī)和砂倉(cāng)沉降脫水，將全尾砂與一定比例的水泥和水通過(guò)雙軸葉片式攪拌機(jī)和高速活化攪拌機(jī)合成均質(zhì)的膠結(jié)充填料，利用管道將充填料充入采場(chǎng)，以達(dá)到充填開(kāi)采的目的。界于全尾砂膠結(jié)充填工藝的諸多優(yōu)勢(shì)，驗(yàn)證其在本金屬礦山深部區(qū)域開(kāi)采中的確切應(yīng)用價(jià)值，值得引起重視。

[1]肖云濤,吳愛(ài)祥,翟永剛,等．會(huì)澤鉛鋅礦膏體充填鉆孔優(yōu)化研究[J]．金屬礦山,2011,(4)：32-35．

[2]秦洪巖,王海東,題正義,等．西馬礦膏體充填材料最佳混合比確定[J]．煤礦安全,2017,(12)：63-66．

[3]蔡嗣經(jīng),陳長(zhǎng)杰．關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的可靠性及其在金川二礦膏體充填系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā),2004,(z1)：38-40．