廢石充填在膠結充填中的應用

何志義,姜 維,楚立申

(武鋼資源集團大冶鐵礦, 湖北黃石市 435006)

廢石充填在膠結充填中的應用

何志義,姜 維,楚立申

(武鋼資源集團大冶鐵礦, 湖北黃石市 435006)

武鋼資源集團大冶鐵礦有限公司獅子山采區－180m中段采用分段空場嗣后膠結充填采礦方法回采,采空區充填采用全尾砂自流膠結充填工藝,充填料尾砂源于礦山選礦廠尾礦濃縮池底流。由于充填站制備能力無法滿足井下采礦空區的充填要求,導致井下采空區日益增多,一方面造成重大安全隱患,另一方面影響后期采礦生產。通過施工相關聯絡道工程,將原崩落法采礦的覆蓋巖廢石鏟運到采空區中進行輔助充填,不僅有效地緩解了充填能力不足的問題,而且在一定程度上節約了采礦成本,取得了良好效果。

分段空場嗣后膠結充填采礦法;采空區;廢石充填;覆蓋巖

0 引 言

大冶鐵礦有限公司獅子山采區－180m中段采用分段空場嗣后膠結充填采礦方法[1-4]進行采礦,采空區充填采用全尾砂自流膠結充填工藝,充填料尾砂源自礦山選礦廠尾礦濃縮池底流。充填系統能力為10萬m3/a,而采場生產能力高達50萬t/a,充填能力明顯不足。另外由于選礦的處理能力較大,近年采礦量減少,選礦每月生產時間不足20d,導致充填站無法滿負荷生產。隨著采礦生產的推進,獅子山采區充填捉襟見肘,嚴重制約了生產組織,后期采場面臨無礦可采的局面。

為此,大冶鐵礦從解決充填能力不足的問題入手,另辟蹊徑地提出廢石充填與尾砂充填分段進行的方式,將原有崩落法區域的覆蓋巖轉運至采空區回填,減少需要進行尾砂充填的空間,解決生產難題。

武鋼資源集團大冶鐵礦有限公司東露天采場于1958年建成投產,其后經歷擴幫延深和深部挖潛開采,于2001年由露天轉入地下開采,采用無底柱分段崩落法[5]采礦。為保護大冶鐵礦礦區礦山公園地表的露天邊坡、防止邊坡滑坡等地質災害發生,減小尾礦庫尾礦排放量及尾礦庫征地數量,同時為深部開采充填法采礦積累生產、管理經驗。中冶長天國際工程有限責任公司對獅子山采區－180m中段開拓工程按分段空場嗣后膠結充填采礦法進行了修改設計。

分段空場嗣后膠結充填采礦法其礦塊分礦房和礦柱[2-3,6]。礦塊沿礦體走向布置,長度40m,階段高度60m,分段高度13m,底部結構底柱12m。礦房、礦柱寬均為20m,采用simbaH157采礦臺車鑿巖。采場切割工作為在礦塊底部掘出礦平巷(在二步回采的礦柱利用),出礦橫巷并形成底部結構,沿礦體上盤邊界鑿切割天井(一般一個礦塊2條井)。由于礦山－120m階段以上礦體采用崩落法開采,其采空區為崩落的覆蓋巖層。當－180m階段采用充填法時,至少要求留10m以上的護頂礦柱(頂柱),設計考慮留12m頂柱,即－120m分段礦體為保護礦柱。

1 全尾砂膠結充填系統

全尾砂自流膠結充填系統包含全尾砂輸送、充填料貯存、制備及自動控制、充填漿料輸送等系統。全礦設立一套充填系統,由兩個立式砂倉、一個水泥倉、一套攪拌桶、以及充填管道及相應的控制系統組成,充填系統用DN107料漿輸送管輸送充填漿料,年充填能力為10萬m3。

充填站設計在地表標高為＋170m的原煤氣鋼瓶維修站北面院墻外的露采邊坡旁,充填管道沿露天邊坡敷設到－120m平硐口,然后經－120m階段平巷到達充填地點,到采區－180m階段開采最遠處充填管道長度為1400m,垂直高度290m,最大充填倍線為4.83[7]。

為保護礦山公園,設計選用分段空場嗣后充填采礦法,礦塊分礦房礦柱二步驟回采,礦房和礦柱均嗣后膠結充填,回采礦柱時,礦房中充填體暴露側面積平均為1200m2。參照有關礦山的經驗,礦房充填體強度需達2.0MPa。

根據對全尾砂膠結體的灰砂比、料漿濃度進行的壓力試驗報告,選擇灰砂比1∶8時,濃度在70%～75%之間的試件28d強度能達到1.78～2.61 MPa,選擇灰砂比1∶10時,濃度在70%～75%之間的試件28d強度能達到1.0MPa以上(見表1)。

實際生產灰砂比為:礦房充填體灰砂比取1∶8,充填體強度達到1.78～2.61MPa;礦柱采用低強度膠結充填,灰砂比取1∶20,充填體強度為0.5～1.0MPa。

2 廢石充填的應用

2.1 尾砂充填的問題

大冶鐵礦有限公司正處于深淺部接續生產階段,由于深部開拓工程進度緩慢,無法按照設計進度投產,為了滿足礦山生產經營需要,淺部采取了一些超常規方式,如開拓1.6m提升斜井提升－180中段礦石到露天坑底然后經過出入溝運輸到選礦廠等,增加了采礦強度,而充填站設計充填能力為10萬m3/a,按照生產任務要求,充填站能力遠不能滿足采礦生產的需求。

表1 全尾砂膠結充填體單軸抗壓強度

另一方面,由于采礦生產量的減少,選礦無法滿負荷生產,每月生產時間約為日歷時間的2/3,選礦停產期間,無法向充填站供應尾砂進行充填。隨著采礦生產的推進,造成獅子山采區充填捉襟見肘,井下出現了大量的待充填空場,不僅嚴重制約了生產組織,后期采場會面臨無礦可采的局面;還在一定程度上影響了安全[8]。

2.2 廢石充填的原因

考慮到獅子山采區現階段回采已經處于二步采(回采礦柱)階段,待充填空場309和311礦柱兩邊礦房308,310和312已經進行尾砂膠結充填,充填強度較高,穩定性較好,礦柱崩落回采之后,沒有出現大面積垮冒現象。結合原設計資料,礦柱充填體強度不需要很高,可以在尾砂充填過程中增加廢石充填以緩解充填尾砂不足的問題。

獅子山－108m以上采用無底柱分段崩落法進行采礦,有大量的廢石可以用于充填,在相關部位實施少量工程之后,可以通過溜井與－108m水平貫通;同時借鑒公司內部尖林山采區廢石干式充填的情況來看,廢石充填的成本僅為全尾砂膠結充填成本的1/3左右,采用廢石充填還可以降低采礦成本。

2.3 廢石充填的實施

在－120水平9＃溜井向北方向掘進并與充填聯絡道貫通,在－108m水平鏟運廢石翻卸至9＃溜井,鏟運機將9＃溜井中的廢石鏟運到中部309或者311空場進行廢石充填。

在廢石充填過程中,為了確保礦柱的強度,將對礦柱進行分層充填,首層(－171m/－159m)采用灰砂比為1∶5的尾砂進行膠結充填,第二層(－159m/－146m)采用廢石充填,第三層(－146m/－133m)采用灰砂比為1∶20的尾砂進行膠結充填,最后一層(－133m/－120m)采用廢石充填,－120m水平以上仍按全尾砂膠結充填的方式進行多次接頂,以保證接頂效果。廢石充填完之后,其間隙被上層充填的尾砂(含膠骨料)充實,提高了廢石充填體的強度[9-15]。

實際生產中,尾砂充填309空場時,用廢石進行311空場的充填,彼此交替進行。309和311空場廢石充填和尾砂充填布置見圖1。

圖1 309和311空場廢石充填和尾砂充填

3 結 論

通過在膠接充填中應用廢石充填,獅子山采區－180中段有效緩解了充填、采礦的矛盾,節約了充填成本,同時也為采礦方法在實際生產中進行改進、優化提供了一定的經驗。

(1)緩解充填、采礦矛盾:廢石充填的實施,彌補了充填站能力的不足,及時對采空區進行充填,釋放了采礦空間。

(2)節約充填成本:廢石充填的成本僅為全尾砂膠結充填成本的1/3左右,采用廢石充填可以降低采礦成本。

(3)各礦山結合實際情況,改進采礦方法:生產礦山根據礦體賦存狀況、自身生產實際等情況,往往采用多種采礦方法進行獨立或者相互結合回采;部分礦山在采用某種采礦方法過程中,現場通過局部改進,更利于生產組織、安全管理,以取得較高的經濟效益。

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2017-04-10)