上向水平分層膠結(jié)充填法在杜達鉛鋅礦的應用

徐 雨 ，張東河 ，焦華喆

(1.中國華冶科工集團有限公司， 北京 100176； 2.焦作煤業(yè)(集團)新鄉(xiāng)能源有限公司，河南 新鄉(xiāng)市 453633； 3.河南理工大學 土木工程學院， 河南 焦作市 454000)

上向水平分層膠結(jié)充填法在杜達鉛鋅礦的應用

徐 雨1，張東河2，焦華喆3

(1.中國華冶科工集團有限公司， 北京 100176； 2.焦作煤業(yè)(集團)新鄉(xiāng)能源有限公司，河南 新鄉(xiāng)市 453633； 3.河南理工大學 土木工程學院， 河南 焦作市 454000)

介紹了上向水平分層膠結(jié)充填采礦法在杜達鉛鋅礦的應用情況。該采礦方法能及時充填采空區(qū)，有效控制圍巖地壓，解決了地表塌陷問題，保證了礦山的安全生產(chǎn)，而且提高了勞動效率，礦石回采率提高至95%，貧化率控制在10%以內(nèi)，礦石的損失貧化指標均降低20個百分點以上，大大提高了礦山的經(jīng)濟效益。

上向水平分層充填法；膠結(jié)充填；破碎礦體；巴基斯坦

杜達鉛鋅礦位于巴基斯坦俾路省南部拉斯貝拉地區(qū)的坎拉杰山谷中，海拔高度約550 m，向南逐漸降低與印度河平原相連。礦區(qū)有克拉里河從北部流過，該河為常年性河流，不允許陷落。

礦區(qū)構(gòu)造較為發(fā)育，由于受東西向的擠壓作用，地層彎曲變形形成褶皺，近南北向的逆斷裂較發(fā)育。礦化帶嚴格受構(gòu)造控制，礦體賦存于產(chǎn)狀近南北向的兩翼不對稱向斜地層中，礦化體南北方向延展長度為1100 m，東西方向?qū)挾葹?00～400 m，厚度為10～40 m，埋深為75～1000 m。空間上向北側(cè)伏，側(cè)伏角為30°。根據(jù)賦存關系，礦體在空間上分為3個層狀礦化帶，即從上盤至下盤分別為礦化角礫巖帶、黃鐵礦帶和鋅帶。礦體上盤發(fā)育Plat 3地層的泥巖和泥質(zhì)灰?guī)r，下盤為具有韻律交錯層理的鮞狀灰?guī)r和泥巖。

杜達鉛鋅礦礦巖條件較差，特別是品位較高的1號主礦體，賦存于向斜構(gòu)造中，且部分礦體賦存于向斜的核部，礦體上盤為泥巖和泥質(zhì)灰?guī)r，厚度1～3 m，下盤為碳酸鹽及脫鈣頁巖，礦巖節(jié)理裂隙發(fā)育，f=4～8，穩(wěn)固性差，上盤圍巖較易出現(xiàn)與礦體一起崩落現(xiàn)象。

1 采礦方法

杜達鉛鋅礦礦體屬于厚度、品位變化較復雜的礦體，礦體形態(tài)復雜，且富礦體與貧礦體界線模糊，貧化與損失較難控制；礦石屬高硫礦石，易氧化，采場內(nèi)高溫、高硫，需有良好通風，以保障安全和適宜的工作環(huán)境；圍巖為灰?guī)r和泥巖互層，上下盤圍巖及礦石皆不穩(wěn)固，并且受東西向水平主應力影響，采場塌冒嚴重；東翼礦體零散，且產(chǎn)狀較緩，回采難度大。綜合考慮上述礦體特征、礦巖穩(wěn)定性、地應力控制、損失貧化控制、采礦生產(chǎn)安排的靈活性以及安全生產(chǎn)等因素，需解決好采場通風、強采強充，減少采場暴露時間，最大程度控制損失貧化，保證經(jīng)濟效益，因此宜采用上向水平分層膠結(jié)充填采礦法進行回采(見圖1)。

圖1 杜達鉛鋅礦上向水平分層充填采礦法

對該礦區(qū)礦體采用上向水平分層膠結(jié)充填采礦法進行開采，不僅能滿足安全生產(chǎn)要求，而且能有效防止地表塌陷，同時能將尾砂充入地下，減少環(huán)境污染。

1.1 采場結(jié)構(gòu)參數(shù)

根據(jù)礦區(qū)礦體產(chǎn)狀、賦存狀態(tài)變化大等特點，采用上向水平分層膠結(jié)充填采礦法進行開采，采場沿礦體走向布置，長度為50 m，預留6 m永久礦柱，寬度為礦體厚度，采場高度為60 m(或為礦體高度)，分段高度為20 m。具體參數(shù)如下：

(1) 頂柱：預留3 m厚頂柱；

(2) 底柱：預留7 m厚底柱，底柱上施工0.5 m厚鋼筋砼底板，以便今后安全回收底柱；

(3) 分層高度：2.5 m，第一層采高為拉底巷道高度即3.5 m，充填后每一分層采高為2.5 m；

(4) 最大空頂高度：4 m，每次充填高度2.5 m，預留下一分層回采作業(yè)空間高度1.5 m。

1.2 采準切割

采準工程由斜坡道掘進分段巷道，分段巷道沿礦體走向布置于礦體下盤。自分段巷道向采場以15%～20%的坡度掘1條采場出礦進路，進路布置于采場中部；最底部分段標高礦體內(nèi)下盤布置拉底巷道；采場拉底巷道兩端礦體下盤布置充填、人行、通風井，此井與總回風巷道聯(lián)通，回風至主回風井，同時作為人員應急及充填管路安裝通道。采場出礦進路隨逐層采礦而逐層挑頂墊底形成逐層采場進路，以適應每分層回采進路的要求，每采完一個分段后重新自分段巷道掘進采場出礦進路。

1.3 回采工藝

上向水平分層膠結(jié)充填采礦法主要回采工序為：落礦、出礦、支護、充填、通風。

(1) 落礦。利用YT28鑿巖機鑿巖。采場內(nèi)先掘上向切割槽，再采用淺孔水平炮孔落礦，孔深3.5 m，孔徑43 mm，最小抵抗線0.9～1.2 m。打眼爆破要嚴格控制礦體回采分層高度及回采界線。因礦堆(或充填體)距頂板近，礦石頂板易于控制并能有效降低損失、貧化。起爆方式采用非電導爆雷管控制爆破，以減小圍巖松動圈，防止對礦體圍巖穩(wěn)定性產(chǎn)生破壞。

(2) 出礦。出礦采用3 m3柴油鏟運機由采場出礦進路進入采場裝礦，運出至采場溜井或采區(qū)溜井，溜井下口安裝振動放礦機，用來給礦車裝礦。

(3) 支護。人員和設備在頂板下作業(yè)，隨采場暴露面積加大，分層高度增加，必要時對頂板和上下盤圍巖進行加固或支護，確保人員、設備安全及連續(xù)正常生產(chǎn)。可采用錨桿支護或噴漿支護。錨桿采用直徑18 mm螺紋鋼，長度2.0 m；采用混凝土錨固藥卷錨固。噴射混凝土厚度100 mm，混凝土標號為C25。

(4) 充填。采場充填準備包括砌筑擋墻、架設充填管等，充填管從充填井鋪設至采場，準備工作完成后依據(jù)采空區(qū)實測和杜達充填工藝，確定充填料漿濃度和物料配比，計算充填體體積，從而配備充填料漿。

采用上向水平分層膠結(jié)充填采礦法，按上述工藝參數(shù)對礦體進行開采，平均每個采場礦房礦量為45579.17 t，采準切割工程量為3552.25 m3，其采切比為62.46 m3/kt。

1.4 采場通風

采場新鮮風流自斜坡道進入分段巷道，隨后沿采場出礦進路進入采場，沖刷工作面后通過采場兩端的人行充填通風井上至回風井聯(lián)絡道內(nèi)，匯至總回風巷道后進入主回風井。主回風井將污風直接排出地表。

2 充填工藝

礦山采用戈壁集料+尾砂結(jié)構(gòu)流膠結(jié)充填工藝。將戈壁料破碎成最大粒級≤20 mm的戈壁集料運至充填站作為充填集料，選廠尾礦含泥量較大，將其分級后粗顆粒尾礦經(jīng)自然沉降、脫水后作為充填集料。充填時用鏟車將戈壁集料、尾砂添加到充填料制備系統(tǒng)料斗內(nèi)，計量后，通過輸送皮帶將充填集料輸送至攪拌機中，膠結(jié)劑通過螺旋給料機輸送到攪拌機中，經(jīng)強力攪拌制備成符合要求的充填料，通過充填鉆孔自流輸送至井下，再經(jīng)井下充填管網(wǎng)自流流入待充采場進行充填。

充填制備站位于采選辦公樓前，負責制備充填料漿；充填料漿通過地表～+300 m充填鉆孔進入地下充填管路系統(tǒng)。充填鉆孔有兩個，一用一備，其材質(zhì)為雙金屬復合耐磨管，Φ194×25 mm，內(nèi)徑144 mm，工作壓力為8 MPa，以水泥漿固井；充填鉆孔下口通過彎管與+300 m中段水平充填主管路連接。水平充填主管路通過一段聯(lián)絡巷道后進入+300 m中段沿脈運輸巷，與+300～+260 m充填鉆孔通過彎管聯(lián)通。水平充填主管路為16Mn鋼管，Φ160 mm×10 mm，工作壓力為8 MPa，以快速接頭連接；+300～+260 m充填鉆孔數(shù)量、材質(zhì)、管徑、固井方式與地表～+300 m充填鉆孔一致。+300～+260 m充填鉆孔下口位置位于+260 m總回風巷道內(nèi)，通過彎管與+260 m水平充填主管路連接。+260 m水平充填主管路沿總回風巷道鋪設，材質(zhì)、管徑、連接方式均與+300 m中段水平充填主管路一致。在回風聯(lián)巷開口處預留短接，需要充填采場時，在總回風巷道內(nèi)用16Mn鋼制彎管、直管進入風井聯(lián)巷3～5 m后，用鋼制短接通過法蘭與水平充填支管連接。水平充填支管材質(zhì)為鋼編復合管，DN150，內(nèi)徑140 mm，工作壓力為2 MPa，以法蘭連接。水平充填支管通過彎管經(jīng)人行充填通風井進入采場，將其下口布置在采場中部，其懸掛高度應高于充填高度。

采場充填順序：按礦房回采順序進行充填，礦房每一分層回采完畢后即可進行充填。充填前先做好采空區(qū)的密閉工作，在分層水平采場的各個出口設置密閉墻，密閉墻采用編織袋裝廢渣堆砌兩層或三層砌筑，充填后需養(yǎng)護3～7 d，等平臺凝固后方可繼續(xù)向上回采。

膠結(jié)充填料的配比和需求量計算：根據(jù)充填材料試驗研究以及充填材料實際情況，設計充填砂漿濃度為0.78，充填體容重為2.10 t/m3，充填體含水率為18%，設計每立方米充填體各材料用量見表1,7 d膠結(jié)強度可接近預期強度。

表1 每立方米充填體各材料用量

3 應用評價

(1) 杜達鉛鋅礦采用上向水平分層膠結(jié)充填采礦法，有效控制了上盤巖石不穩(wěn)、易塌落、空頂高度大的圍巖地壓問題；解決了地表塌陷問題，使得距離礦體較近的主體開拓井巷工程、尾礦庫以及附近河流不被破壞，保證了礦山的安全生產(chǎn)。

(2) 杜達鉛鋅礦以前采用干式充填法采礦，頂盤圍巖難以控制，致使采礦貧化、損失率居高不下，其平均貧化率高達30%，損失率達28.5%，采用上向水平分層膠結(jié)充填采礦法后，提高了勞動效率，降低了礦石的損失貧化，采礦回采率達到95%，貧化率控制在10%以內(nèi)。

(3) 杜達鉛鋅礦采用上向水平分層膠結(jié)充填采礦法后，可以回收以前留設的中段底柱和未回采的剩余礦石，光此項可直接多回采45.5萬t礦石，提高了礦山的經(jīng)濟效益。

[1]路明福,宋嘉棟,扈守全,等.盤區(qū)交錯式上向水平分層充填采礦法在玲南金礦的應用實踐[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2016,36(04):1￣3.

[2]田昌進,何茂才,孫德民.上向水平分層膠結(jié)充填采礦法在某礦山的應用[J].有色冶金設計與研究,2011,32(1).

[3]張欽禮,田明華,王新民.機械化水平分層充填法在新橋礦業(yè)公司的應用[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2006,26(S2).

[4]李興尚,吳法春,許家林.上向水平分層充填采礦法的優(yōu)化研究[J].金屬礦山,2006 (4):16￣18.

[5]馬正位,喬登攀,魏學松,等.上向水平分層廢石充填法在東大山鐵礦的應用[J].有色金屬(礦山部分),2009,61(3):3￣5.

[6]王 莉,明世祥,張永達,等.機械化上向水平分層充填連續(xù)采礦法在某金礦的應用[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2015,35(07):5￣8.

[7]陳玉賓,喬登攀,孫宏生,等.上向水平分層充填體的強度模型及應用[J].金屬礦山,2014(10):27￣31.

[8]聞奎武,彭 亮,康瑞海,等.高硫極細尾砂充填料強度配比試驗研究[J].采礦技術,2016,16(04):40￣42.

[9]任賀旭,李占金,李 群,等.點柱分層充填法的點柱間距優(yōu)化與穩(wěn)定性分析[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2015,35(11):60￣63.

[10]成 涌,戴宏輝,周科禮,等.盤區(qū)機械化上向中深孔高分層充填法在銅綠山礦的應用[J].采礦技術,2015,15(06):3￣4,64.

[11]楊 亮.淺談上向水平分層充填采礦法在獲各琦銅礦的應用經(jīng)驗[J].世界有色金屬,2016(01):30￣31.

2016￣08￣10)

徐 雨(1985-)，男，江西樂平人，碩士，主要從事采礦工程生產(chǎn)研究， Email:278565444@qq.com。