瑯琊山銅礦充填系統改造實踐

吳　飛

(滁州銅鑫礦業有限責任公司，　安徽 滁州市　239000)

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瑯琊山銅礦充填系統改造實踐

吳飛

(滁州銅鑫礦業有限責任公司，安徽 滁州市239000)

摘要：瑯琊山銅礦地理位置獨特，采用上向分層充填采礦法作為開采方法，隨著開采深度的延伸和生產系統的結構調整，對礦山現有充填系統進行了調查和再研究，并結合地表工業廣場建設，對地表充填站和井下充填路徑進行完善和改造，以滿足礦山深部開采的充填需求，為類似地下礦山充填提供參考。

關鍵詞：分級尾砂充填；混凝土充填；充填系統；充填管道

瑯琊山銅礦礦體規模小、分布分散、價值高，上向分層尾砂充填采礦法為礦山首選。隨著礦山開采向深部延伸和生產系統的結構調整，對現有充填系統的再認識和研究都非常迫切。通過對充填系統的調研，對地表充填站和井下充填路徑進行研究、完善和改造，滿足深部開采的充填需求，以保證礦山生產的有效延續。

1充填系統現狀調查

1.1充填系統概述

滁州銅鑫礦業有限公司地理位置獨特，充填采礦法為礦山首選。根據初步設計要求采礦方法為上向分層尾砂充填采礦法，頂柱和部分圍巖復雜礦體采用膠結體充填。礦山開采深度目前約400 m，但瑯琊山銅礦礦體形態復雜、礦體規模較小及礦體沿接觸帶呈線狀分布，為適應礦體變化而設置兩套充填系統，一個為明天井充填系統(副井口)，另一個為北帶(木材庫)充填系統。每一充填系統分別設置尾砂和混凝土充填系統，另外在明天井設置膠結體充填系統。分級尾砂和膠結體均為自流管道輸送，充填工藝較為成熟。

明天井充填系統主要負責-365 m中段以上817線至東帶各采場的充填工作，該系統主要由3根管路(砼管路、充砂管路、膠結充填管路)組成，3管路通過明天井下至地下各中段。

北帶(木材庫)充填系統主要負責-365 m中段以上817線至北帶各采場的充填工作，該系統主要由4根管路(砼管路、充砂管路及備用管路通過Φ159 mm鉆孔至井下)組成；其中3根管路通過鉆孔下至-65 m中段，另一根管路通過鉆孔直接到-125 m中段，然后通過各中段的聯絡天井通至北帶各中段采場，尾砂充填能力約300 m3/d，充填系統見圖1。

圖1　充填系統

1.2尾砂充填系統

1.2.1地表尾砂儲存與制備

選廠尾砂用砂泵揚送至814線+95 m標高的山頭儲砂池(池底約+90 m)，用2組旋流分級器分級脫泥，+37 μs尾砂進入容積約4000 m3的3個儲砂池。井下充砂時，用高壓水在砂池內人工造漿，造漿濃度砂水比為2∶3到1∶1，即砂占40%～50%。由池底一側的閘門放入Φ150 mm的鋼管中，借助重力一條管道輸送到811線(副井口)明天井下到各中段東帶和北帶17線以南采場；另一條管道是北帶充填系統利用帶套管的專用充填孔，下到各中段北帶817線以北采場。尾砂充填能力為40～50 m3/h，尾砂充填倍線最高達10,尾砂充填工藝見圖2。礦山年產尾砂量約7.5萬m3。礦山尾礦庫容量有限，因此每年充砂量約7.5萬m3。

圖2　尾砂充填工藝

1.2.2明天井尾砂充填系統

814線+95 m標高的山頭儲砂池來砂，通過管道翻越地表山頭至明天井下到-65 m中段，然后分別下到-125 m中段和-185 m中段，到-185 m中段后，經過約270 m長距離到-812線和813線之間的倒段天井，即東帶充填系統位置，再下到-245，-285，-325 m三個中段。該系統各天井下口除-65 m中段沒有向東帶輸送尾砂管道外，其他各中段都有三通管路分別通往東帶和向北輸送至817線附近采場。該系統尾砂充填倍線最大達到10。

1.2.3北帶尾砂充填系統

814線+95 m標高的山頭儲砂池來砂，通過管道約730 m長Φ150 mm鋼管經過地表二道壩附近往北輸送到-819線與820線之間的原木材庫附近馬路西側充填站，通過地表施工到-65 m中段的鉆孔內的套管先輸送到-65 m中段，然后通過-65～-125 m之間的天井內的管道到達-125 m中段，并在該中段向北通過約250 m長的管道輸送到-822線與823線之間的北帶充填系統，并通過此處的中段錯位天井與-245，-285，-325 m各中段相連。北帶尾砂充填系統主要為817線以北的各中段的采場進行尾砂充填服務。該系統尾砂充填倍線最大為8。

充砂管道有2種形式：6寸(159 mm)鋼管和垂直方向充砂孔，水平充砂管道只安裝到-245 m中段，下部是通過2種方式進入采場：一是充填井安裝充填管到達采場；二是充填孔到達中段后再接水平管道進入采場。采場充砂管為塑料管，采場內設置濾水塔。

1.3混凝土充填系統

混凝土充填系統有2條，一條為明天井混凝土充填系統，地面設混凝土攪拌站，混凝土通過明天井內一條單獨的管道(Φ159 mm鋼管)輸送到-185 m以上各中段。-185 m以下各中段之間通過中段充填井倒段運輸傳送，平巷由礦車運輸，明天井混凝土充填系統主要供應礦床西帶和東帶的采場。另一條為北帶(木材庫)混凝土充填系統設在主井山邊-819線與820線之間，此處設一攪拌站，混凝土如尾砂一樣也是由專用鉆孔放到-125 m中段，然后通過中段間的充填井管道倒段輸送到各中段。

礦山井下混凝土強度一般要求不低于C15， C15混凝土配比為32.5 MPa水泥(t)∶中砂(m3)∶碎石粒徑(<31.5 mm)∶水(m3)=0.271∶0.499 ∶0.884∶0.190； C20混凝土配比為32.5 MPa水泥(t)∶中砂(m3)∶碎石粒徑(<31.5 mm)∶水(m3)=0.352∶0.402∶0.930∶0.190。

1.3.1明天井混凝土充填系統

明天井混凝土充填系統，地面設混凝土攪拌站，混凝土通過明天井內一條單獨的管道(Φ159 mm鋼管)輸送到-125 m中段、然后通過錯位天井輸送到-185 m中段，再使用0.7 m3礦車經過約270 m長距離，運至-812線和813線之間的東帶充填系統處，再下到-245，-285，-325 m三個中段。

除-185 m中段需要使用礦車倒運較長的距離外，其他各中段間的運輸，主要通過重力自溜輸送來實現。各井筒的具體位置同尾砂充填系統。明天井混凝土充填系統主要為817線以南和東帶的各中段的采場進行混凝土充填服務。各采場所需的混凝土主要是在該采場上部中段混凝土接料口處，通過使用0.7 m3礦車運至各中段作業點或采場充填井上部卸載。

1.3.2北帶混凝土充填系統

北帶(木材庫)混凝土充填系統設在主井山邊-819線與820線之間，此處設一攪拌站，具體位置同北帶尾砂充填系統位置，混凝土也是由專用鉆孔下到-125 m中段，再通過錯位天井自溜輸送至-125 m中段以下中段，錯位天井與-185，-245，-285，-325 m各中段相連，此處4個中段天井各錯位約5 m。

北帶混凝土充填系統主要為817線以北的各中段的采場進行混凝土充填服務。中段之間混凝土基本上是通過自溜或倒段進入下部中段，在各中段專用充填井下口接料，用0.7 m3礦車運至各中段作業點或采場充填井上部卸載。

1.4膠結充填系統

膠結充填系統主要設置在明天井，34#老窿上方為臨時膠結充填站。膠結系統主要由制漿系統和輸送系統組成。

1.4.1制漿系統

制漿系統設施設在明天井充填站處，該充填站主要由300 m3砂倉和100 t水泥灰倉、攪拌桶和加水設備及控制造漿濃度的儀表組成尾砂膠結站。

1.4.2輸送系統

1.4.3膠結體組成

目前膠結體的凝固劑采用425#散裝水泥，固結物為尾砂。可在飽和濃度范圍內，根據需要任意調節尾砂濃度。加入尾砂固結材料后輸送濃度不大于飽和濃度，灰砂比可以根據井下要求的充填體強度進行調整，一般為1∶4～1∶10。輸送濃度不大于75%濃度，灰砂比不高于1∶4。通過自流輸送到采場的充填料漿，適當脫水后開始固化， 48 h后可開始作業。膠結充填倍線為2～10。膠結體強度最高為5 MPa。

2充填系統改造方案

2.1現有充填系統存在的問題

原充填工藝成熟，適應礦山生產。但是隨著礦山開采力度加大和向深部延伸，也存在諸多不足，主要表現在以下幾個方面：

(1) 2套充填系統，操作非標準化，操作隨意，管理難度較大，運營和管道維護成本較高。

(2) 充填管網縱向多次倒段，橫向延伸較長(井下和井上充砂、混凝土和膠結體管道)，每班充填前對充填管道檢查工作量較大，膠結體充填結束后管道沖洗對井下巷道污染較嚴重，管道磨損嚴重，維修量大。

(3) 井下充填管道主要有：充填鉆孔、鋼管和軟管組成。軟管主要在采場使用，中段之間部分使用充填鉆孔，巷道基本使用剛性管道，管道雖然年年更換，但是磨損嚴重，加上法蘭盤(接頭)的焊接質量差，跑冒滴漏比較嚴重，井下巷道污染，水溝淤塞，水倉清淤頻繁。

(4) 地表充填管道主要為剛性充砂管道，礦山地處瑯琊山風景區，地表充砂管道布置受城市環境制約(明天井充砂管道)，管道布置不合理，管道緩沖段短，過橋和充砂管道軸心線相垂直，充砂磨損較大，跑冒滴漏嚴重，影響企業外在形象和長遠發展。

(5) 東、北帶充填系統相距較遠(800～1000 m)，兩充填系統中的-65 m中段～-125 m中段間豎井井筒內，由于長期管路磨損造成的跑冒滴漏造成井筒內混凝土聚集較多，井筒內維修空間較小，一旦充填管路出現問題，維修時間較長。明天井充填系統(東帶充填系統)，與北帶充填系統不能起到相互彌補與均衡作用，對礦山整體生產均衡有著制約性(今年9月份因北帶充填系統堵塞造成北帶采場無法充填)。

(6) 明天井膠結充填系統的位置對-285中段以上東、北帶端部采場的充填距離相對較遠，充填倍線較大，膠結體遠端輸送困難。礦山充填主要形式為一充一采，采場充填脫水較慢，影響生產環節和增加二次貧化。

(7) 隨著城市建設的推進和礦山主題公園的規劃，地表充填站地塊有可能被征用，而且地表充填站和周邊風景區環境不協調，噪音和運輸揚塵污染影響周邊居民休息和生活。

2.2充填改造方案和實施

(1) 方案一。保留北帶(木材庫)充填系統，明天井充填系統移位至-814線與815線之間(老井北側)(稱為深部充填系統)，先自地表施工5～6個鉆孔并使用鋼管下至-185 m中段，尾砂、膠結體、混凝土3種物料下至-185 m中段后，混凝土用礦車倒運至原-185 m中段東、北帶充填系統位置，利用中段措施井至深部各中段，然后在需用中段的上部用礦車倒運至使用采場的充填井溜灰槽；尾砂、膠結體用管道接入原充填管路，通過中段措施井或帶套管的工程孔下到深部各中段充填管網，再由充填井中的管道進入待充采場。

(2) 方案二。保留現有的充填系統，對充填管網(地表和井下)進行全面改造和整合。采用耐磨材料的充填管(先在地表安裝，地表管道基本固定

分岔)，井下通過增加充填平巷和充填孔，對井下充填管網進行整合和對下部中段延伸接力。局部改變管道軸心走向，提高管道耐磨能力，在井下對管道和法蘭盤部分更換和調整。主要是通過加強管理提高充填的生產能力和減少井下污染。在關鍵崗位點(山頭砂池、旋流器、尾礦庫)加強監管，提高標準化操作水平。

(3) 方案三。分步實施，保留現有的地表充填站，在-814線與815線之間(老井北側)先自地表施工5～6個鉆孔并使用鋼管下至-185 m中段，作為充砂管，和井下充砂管網并網。混凝土、膠結體仍然用原充填管道。另外豎井內充砂管可改為混凝土管道，作為混凝土備用管道。

通過方案比選和論證，并結合礦山目前的經濟實力，最終選擇方案三。經過一年多的改造，礦山充填系統初步改造基本結束。

3結論

提高充填生產能力主要有2個方面：一是加強管理，提高現有系統的能力和充填質量，在關鍵崗位(山頭尾砂池、旋流器、尾礦庫)加強管理，嚴格按照標準化進行操作。二是在生產過程中對充填管網改造或對充填系統進行全面改造，提高系統運行能力。

通過對充填系統研究和改造，極大的提高充填系統的充填能力，減少尾砂的排放，為礦山的可持續發展取到了戰略性的支撐作用。

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