銅山口銅礦充填采礦技術(shù)的應用與改進

易 露，童建華

（大冶有色金屬有限責任公司銅山口銅礦， 湖北黃石市 435000）

銅山口銅礦充填采礦技術(shù)的應用與改進

易 露，童建華

（大冶有色金屬有限責任公司銅山口銅礦， 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。

關鍵詞：充填采礦法；充填工藝；應用；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?shù)V體厚度小于15m時，礦塊沿走向布置，當?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順路泄水井，并在分層聯(lián)絡道內(nèi)安裝擋墻，封閉充填分層，充填管通過采場充填回風井下到充填分層。

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用能否取得預期效果，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：

［1]《采礦設計手冊》編委會.采礦設計手冊（礦床開采卷（上）/（下））［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1988.

［2]劉慶順.現(xiàn)代采礦工程設計手冊［M］.北京：中國煤炭工業(yè)出版社，2006.

［3]李天明.礦山采礦十大關鍵技術(shù)［M］.北京：北京礦業(yè)大學出版社，2007.

［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。