王 乾 王要善 王吉祥

(山東黃金集團(tuán)蓬萊礦業(yè)有限公司，山東 煙臺(tái) 265621)

0 引言

上向水平分層進(jìn)路充填采礦法具有采礦效率高、充填體的強(qiáng)度要求低、工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，山東黃金集團(tuán)某金礦礦脈呈不規(guī)則透鏡狀、囊狀，礦體屬于碎裂蝕變巖類型，含礦巖性為褐鐵礦化蝕變巖，礦體破碎，泥化較嚴(yán)重，上下盤圍巖為較穩(wěn)固的灰?guī)r及板巖，穩(wěn)固性一般。根據(jù)礦床開采技術(shù)條件和礦山生產(chǎn)現(xiàn)狀，參考國內(nèi)銅山銅礦傾斜礦體、和睦山鐵礦傾斜薄礦體、江西金山金礦緩傾斜中厚礦體等開采技術(shù)條件類似的礦山開采經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)應(yīng)用了上向分層進(jìn)路膠結(jié)充填法，薄礦體采用電耙出礦，中厚及厚礦體采用鏟運(yùn)機(jī)出礦。通過不斷地應(yīng)用和摸索，在充填體強(qiáng)度要求、充填料漿濃度及配比選取、充填工藝流程、空區(qū)封堵措施等方面積累了大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 開采條件

山東黃金集團(tuán)某金礦設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)礦脈呈不規(guī)則透鏡狀、囊狀。礦體走向長750 m，傾角60°左右，平均厚度8 m，平均品位3.39 g/t，估計(jì)礦量21萬t，金屬量718.2 kg，在83線附近礦體被一條結(jié)構(gòu)面斷開。礦體屬于碎裂蝕變巖類型，含礦巖性為褐鐵礦化蝕變巖，礦體破碎、泥化較嚴(yán)重；上下盤圍巖為較穩(wěn)固的灰?guī)r及板巖，穩(wěn)固性一般。

2 采礦方案

根據(jù)礦床開采技術(shù)條件和礦山生產(chǎn)現(xiàn)狀，并與國內(nèi)類似礦山(銅山銅礦傾斜礦體、和睦山鐵礦傾斜薄礦體、江西金山金礦緩傾斜中厚礦體)開采技術(shù)條件進(jìn)行分析比較[1]，設(shè)計(jì)應(yīng)用了上向分層進(jìn)路膠結(jié)充填法，薄礦體采用電耙出礦，中厚及厚礦體采用鏟運(yùn)機(jī)出礦。結(jié)合該礦現(xiàn)有裝備水平和開采實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)一、二層采用鏟運(yùn)機(jī)出礦，三層及以上采用電耙出礦。采場(chǎng)進(jìn)路為3 m×3 m，即進(jìn)路寬度3 m、進(jìn)路高度3 m。礦體沿走向設(shè)計(jì)兩個(gè)采場(chǎng)(7 983 m水平采場(chǎng)、8 389 m水平采場(chǎng)),礦塊設(shè)計(jì)采場(chǎng)長均為40 m，高20 m，厚度為礦體厚度，進(jìn)路沿走向布置。

2.1 采準(zhǔn)工程布置

采準(zhǔn)工程主要包括充填通風(fēng)井、人行通風(fēng)井、探礦穿脈以及脈外出礦巷。其中充填通風(fēng)井布置于83線下盤，人行通風(fēng)井布置于81線下盤，延伸脈內(nèi)巷與77線穿脈相通，作為下盤脈外出礦巷，工程量統(tǒng)計(jì)見表1。83線充填通風(fēng)井的布置見圖1。

表1 采準(zhǔn)工程量統(tǒng)計(jì)表

(a)平面圖

2.2 回采工藝

設(shè)計(jì)為兩個(gè)礦房(7 983 m水平采場(chǎng)和8 389 m水平采場(chǎng))，同時(shí)進(jìn)行采礦作業(yè)，控制一個(gè)礦房長度為40 m。一分層8 389采場(chǎng)自聯(lián)絡(luò)道向兩邊施工，回采過程先掘進(jìn)2 m×2 m小斷面，到達(dá)端部后再進(jìn)行擴(kuò)幫，擴(kuò)大為3 m×3 m，采后充填接頂[2～4]。二分層在一分層充填體上作業(yè)，開采高度3 m，采后立即充填，充填接頂，完成一個(gè)分段的作業(yè)。隨著分層回采，脈內(nèi)順路進(jìn)行溜井架設(shè)，采用3 mm鋼板進(jìn)行鋪設(shè)，設(shè)計(jì)溜井直徑為1 m。

2.3 采場(chǎng)鑿巖、爆破

進(jìn)路式采礦采用YT-28氣腿式鑿巖機(jī)進(jìn)行鑿巖，淺孔落礦，釬頭直徑38～40 mm，孔深2.5～3.0 m。掘進(jìn)進(jìn)路爆破采用銨油炸藥、爆破順序由中間向兩翼，分段微差起爆，導(dǎo)爆管起爆，電雷管引爆，實(shí)行光面爆破。在靠近頂板周邊眼距控制在0.6 m以內(nèi)，采用間隔裝藥，導(dǎo)爆管起爆，提高爆破后頂板的平整度。

2.4 采場(chǎng)通風(fēng)

采場(chǎng)通風(fēng)由礦山主要通風(fēng)系統(tǒng)形成的主風(fēng)流和工作面局扇共同完成。為提高出礦效率，各回采工作面都應(yīng)配備有局扇通風(fēng)，必要時(shí)可采用雙扇抽壓混合式通風(fēng)。采場(chǎng)風(fēng)速應(yīng)不低于0.15 m/s，不大于4 m/s。工作面局扇通風(fēng)時(shí)，在保障設(shè)備安全的前提下，扇風(fēng)機(jī)盡量安設(shè)在靠近工作面處，采用軟風(fēng)筒將工作面污風(fēng)壓入采場(chǎng)充填回風(fēng)天井，進(jìn)入上部回風(fēng)系統(tǒng)。新鮮風(fēng)流自充填通風(fēng)井至采聯(lián)，送至采場(chǎng)后，污風(fēng)自端部人行通風(fēng)井排入1 780 m中段集體排出。

3 充填方案設(shè)計(jì)方案

3.1 充填總體方案

根據(jù)礦山充填需求，充填總體方案需滿足單獨(dú)全尾砂、單獨(dú)機(jī)制砂以及全尾砂+機(jī)制砂膠結(jié)充填的制備能力，所以對(duì)于充填設(shè)備的選型要兼顧3種充填料漿的特性，特別是攪拌及輸送特性。設(shè)計(jì)采用大錐角立式砂倉進(jìn)行尾礦的濃縮，采用兩段攪拌，一段為適合全尾砂膠結(jié)充填攪拌的高速攪拌桶攪拌，二段為適合機(jī)制砂膠結(jié)充填攪拌的雙軸臥式攪拌機(jī)。充填料漿的輸送采用自流輸送。

3.2 充填體強(qiáng)度要求

采用上向分層或者上向進(jìn)路膠結(jié)充填法采礦的區(qū)域，要求：R7不小于2.5 MPa；采空區(qū)充填R28不小于1 MPa。充填料漿流平性好，坡積角小于3°～5°，充填體接頂要好，沉縮率小于2%～3%。

3.3 充填原料來源

該礦地表淺部氧化礦采用全泥氰化選礦工藝，尾砂含有毒化學(xué)藥劑，不能用于充填。隨著開采標(biāo)高的延深，原生礦逐漸增多，礦山已建成一座生產(chǎn)規(guī)模為100 t/d的原生礦選礦廠，采用浮選法選礦，其尾砂可以作為充填料骨料。該礦為生產(chǎn)礦山，地表已堆存大量廢石，巖性主要為細(xì)粒石英砂巖、灰?guī)r以及千枚巖，可以作為充填料骨料；廢石最大塊度300 mm左右(特大塊除外)，含泥量較大，需進(jìn)行破碎以滿足管道輸送要求。根據(jù)當(dāng)?shù)夭牧瞎?yīng)條件，膠凝材料選用附近水泥廠生產(chǎn)的42.5硅酸鹽水泥。

3.4 充填料漿濃度及配比選取

充填實(shí)驗(yàn)主要對(duì)尾砂的物理化學(xué)特性、靜態(tài)沉降、廢石機(jī)制砂的物理化學(xué)特性、尾砂+機(jī)制砂膠結(jié)充填料以及機(jī)制砂膠結(jié)充填料的理化特性、充填料漿的配比、試塊的單軸抗壓特性以及受壓破壞等進(jìn)行了試驗(yàn)研究[5～6]。

充填工程實(shí)驗(yàn)室主要測(cè)試了全尾砂基礎(chǔ)物化性質(zhì)、全尾砂絮凝沉降特性以及不同物料不同配比充填料漿的強(qiáng)度特性，得到主要結(jié)論如下：

1)全尾砂比重2.86 t/m3，容重1.33 t/m3,空隙率53.5%，自然安息角41.11°；尾砂粒徑偏細(xì)，-400目顆粒含量占到46.15%；砂漿pH=7.5，呈弱堿性。

2)質(zhì)量濃度80%，灰砂比1:4碎石(粒徑≤0.5 cm)料漿凝結(jié)時(shí)間為233 min。

3)通過全尾砂靜態(tài)濃密沉降試驗(yàn)得出：對(duì)于西和中寶全尾砂料漿，使用絮凝劑型號(hào)ZYD絮凝沉降效果較好，最佳礦漿稀釋濃度為10%，最佳絮凝劑添加量為30 g/t。動(dòng)態(tài)濃密試驗(yàn)表明在料漿質(zhì)量濃度為10%左右的給料濃度、絮凝劑添加量為60 g/t情況下，處理量為0.4088 t/m2·h時(shí)的底流濃度為66.34%。

4)配比試驗(yàn)表明：充填骨料采用尾砂和碎石混合骨料時(shí)，m砂：m碎石為10:1時(shí)強(qiáng)度最優(yōu)；單獨(dú)采用碎石(粒徑≤0.5 cm)作為充填骨料，料漿質(zhì)量濃度達(dá)到80%時(shí)，粗顆粒沉降不明顯，灰砂比1:4料漿1d強(qiáng)度0.5 MPa，3d強(qiáng)度1.96 MPa，7d強(qiáng)度4.11 MPa；灰砂比1:6料漿3d強(qiáng)度0.96 MPa，7d強(qiáng)度1.92 MPa；灰砂比1:15,料漿3d強(qiáng)度0.23 MPa，7d強(qiáng)度0.33 MPa。

充填材料的設(shè)計(jì)應(yīng)用如下：一步采進(jìn)路底部采用1:4膠結(jié)充填，充填厚度0.5 m，中間部分采用1:6～1:10膠結(jié)充填，充填厚度1.5 m，頂部0.5 m采用1:4膠結(jié)充填；二步采進(jìn)路底部采用1:10膠結(jié)充填，充填厚度0.5 m，頂部0.5 m采用1:10膠結(jié)充填，中間部分采用廢石充填。

3.5 充填工藝

該攪拌站可以實(shí)現(xiàn)全尾砂膠結(jié)料、機(jī)制砂膠結(jié)料、機(jī)制砂+全尾砂膠結(jié)料的制備，充填料漿濃度：機(jī)制砂充填料76%～80%，全尾砂充填料68%～72%；機(jī)制砂+全尾砂充填料70%～74%。可根據(jù)井下對(duì)不同強(qiáng)度充填料的需要靈活選用，技術(shù)參數(shù)見表2。本次充填工藝設(shè)計(jì)流程為：

1)浮選車間排出的全尾砂尾礦漿經(jīng)尾砂輸送泵輸送至充填站大錐角立式砂倉中，溢流水經(jīng)管道輸送至24線罐籠明豎井口的高位水池循環(huán)使用；濃密后的高濃度料漿通過底流剪切泵輸送至充填站攪拌車間一級(jí)攪拌桶中[7～8]。

2)調(diào)濃沖洗水利用砂倉溢流水，利用砂倉清洗泵計(jì)量后輸送至攪拌桶及二級(jí)臥式攪拌機(jī)中；水泥通過散裝水泥罐車輸送至水泥筒倉內(nèi)存儲(chǔ)，筒倉設(shè)置料位計(jì)，底部通過螺旋輸送機(jī)、稱重螺旋給料機(jī)進(jìn)行輸送計(jì)量后卸料至一級(jí)攪拌桶中；濃密后的高濃度尾砂料漿、水泥和水通過高濃度強(qiáng)力攪拌桶進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，再自流至二?jí)臥式攪拌機(jī)中。不同粒級(jí)的機(jī)制砂由裝載機(jī)鏟裝至配料斗，再由斗提設(shè)備提升至二級(jí)臥式攪拌機(jī)中。

3)混合機(jī)制砂和來自一級(jí)攪拌的全尾砂膠結(jié)料在二級(jí)臥式攪拌機(jī)中再進(jìn)行混合攪拌，制成的機(jī)制砂+全尾砂膠結(jié)料最終通過鉆孔自流輸送至井下需要充填區(qū)域。

表2 充填工藝技術(shù)參數(shù)表

3.6 空區(qū)封堵措施

充填封堵工藝主要包括充填擋墻的構(gòu)筑與采空區(qū)相通通道的封堵，以免充填時(shí)料漿泄漏和不必要的水流入采空區(qū)。充填擋墻是充填必不可少的設(shè)施，是采場(chǎng)充填密閉工藝的關(guān)鍵技術(shù)，它關(guān)系到充填體的強(qiáng)度、充填的安全性和充填成本。

用于井下封閉的充填擋墻主要有：混凝土擋墻、磚混結(jié)構(gòu)擋墻、鋼絲繩鋼筋網(wǎng)擋墻、木結(jié)構(gòu)擋墻和組合擋墻等；其作用是隔離空區(qū)，防止充填料槳外泄，同時(shí)還要承受充填料凝固之前側(cè)向靜壓力?；炷翐鯄?qiáng)度高、防滲性能好，但需要拆除揭露充填體時(shí)較困難；磚混結(jié)擋墻強(qiáng)度和防滲性能中等，需要拆除揭露充填體時(shí)較容易;木結(jié)構(gòu)擋墻成本低、構(gòu)筑和拆除容易，但強(qiáng)度和防滲性能較差。

分層(進(jìn)路)充填法采場(chǎng)或留礦法采場(chǎng)各分段聯(lián)道擋墻采用木擋墻或柔性擋墻，擋墻布置在采場(chǎng)進(jìn)路或分段聯(lián)道口，主要材料包括土工布、木板、鋼材、圓木、錨桿等，充填擋墻結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 擋墻結(jié)構(gòu)圖

采空區(qū)充填為大體積連續(xù)充填，考慮尾砂脫水固結(jié)時(shí)間較長，充填密閉墻采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)型式，選擇在聯(lián)絡(luò)道中圍巖整體性好、斷面較小的位置設(shè)置。

采用濾水管作為充填濾水設(shè)施，在高分子聚乙烯管濾水管上按照梅花形布置10 mm左右的濾水孔，再用棕毛或土工布包裹、鐵絲綁扎而成。濾水管沿著進(jìn)路、電耙道及人行通風(fēng)井鋪設(shè)，沿途固定，最終與采場(chǎng)底部的充填密閉墻澆灌在一起，將采場(chǎng)充填體泌水排出。

4 應(yīng)用效果

該采礦方法實(shí)現(xiàn)安全高效采礦、采礦成本較低，主要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表3。

表3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)表

5 結(jié)語

上向水平進(jìn)路充填法在山東黃金集團(tuán)某金礦的應(yīng)用，表明該采礦方法生產(chǎn)能力達(dá)到120 t/d、掘進(jìn)工效較高(4 m/班)、采切比較低(1.3 m/kt)，具有采礦效率高、采切成本低的特點(diǎn)，在上下盤圍巖的穩(wěn)固性較好，采礦安全性較好。

采用的充填料漿制備工藝實(shí)現(xiàn)充填體7天凝固強(qiáng)度達(dá)到4.11 MPa，充填體的強(qiáng)度有效支撐頂?shù)装?，達(dá)到保障圍巖整體穩(wěn)固的效果，實(shí)現(xiàn)了安全高效采礦。