嗣后充填采礦法在冀東某鐵礦開采中的應(yīng)用

王明輝

( 河北省唐山市遷西縣安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局， 河北 遷西縣 064300)

嗣后充填采礦法在冀東某鐵礦開采中的應(yīng)用

王明輝

( 河北省唐山市遷西縣安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局， 河北 遷西縣 064300)

針對冀東某鐵礦的地質(zhì)條件和礦產(chǎn)資源利用狀況，對礦山的開采方法進(jìn)行了對比分析。通過采礦方法的改進(jìn)使得礦石回采率和貧化率都得到良好的改善，使得礦產(chǎn)資源得到合理開發(fā)與利用；而且尾砂充填對尾礦處理和環(huán)境保護(hù)都起到了積極作用，有效改善了礦區(qū)環(huán)境和安全問題。

嗣后充填采礦法；貧化率；回采率；礦產(chǎn)資源

冀東某鐵礦山自1998年開始進(jìn)行露天開采，2002年后轉(zhuǎn)入地下開采。設(shè)計采礦規(guī)模為年產(chǎn)鐵礦石30萬t，礦山采用豎井開拓，淺孔留礦法采礦。

從2007年至今，礦山主要開采-40 m、-85 m和-130 m三個中段，目前-40 m中段已經(jīng)回采結(jié)束，主要回采-85 m及-130 m中段。目前礦山進(jìn)行二期建設(shè)，計劃最低開采中段為-400 m水平。

由于現(xiàn)階段采空區(qū)塌陷事故頻繁發(fā)生[1-3]，對于地表破壞問題比較嚴(yán)重，因此對于空區(qū)的處理尤為重要[4-5]。該鐵礦結(jié)合-85 m和-130 m中段的開采技術(shù)條件，為消除采礦作業(yè)中的安全隱患和提高鐵礦資源回收水平，將礦山現(xiàn)采用的淺孔留礦法改為嗣后充填法勢在必行。

1 充填料強(qiáng)度設(shè)計

考慮到礦山整個服務(wù)期采用的采礦方法與開采順序不同，導(dǎo)致充填體的作用也不同，相應(yīng)的充填體強(qiáng)度要求也不相同。

一期開采對象為-85 m和-130 m中段，不論礦體厚薄，均采用淺孔留礦法開采，由于中段礦塊的采準(zhǔn)工程大部完成，采礦方法的變更已不現(xiàn)實，充填對象為采空的礦房，礦塊礦柱不予回采。充填體主要是作為地壓支護(hù)手段，對圍巖提供支撐，降低空區(qū)上下盤的閉合，限制礦柱和采場幫壁的進(jìn)一步破壞，保持巖體區(qū)域的穩(wěn)定性。分析王寺峪礦開采厚大礦體(3.5線～4.5線間礦體礦體一般厚度在40～60 m)地壓顯現(xiàn)，底部結(jié)構(gòu)及間柱出現(xiàn)剪切破壞，及時充填此類采空區(qū)，對相鄰礦房的安全生產(chǎn)十分有益。

分析此類充填體的作用，不需要自立，強(qiáng)度可以相對降低，可以采用分級后的粗粒尾砂或者采用低配比膠結(jié)充填[6-7]。設(shè)計考慮目前充填所需要的尾砂直接取自尾礦庫未經(jīng)分級的干尾砂，為保證充填體必要的強(qiáng)度，采用灰沙比 1∶30的低配比膠結(jié)充填。

二期開采對象為-130～-400 m中段的礦體。為提高礦石的回采率，計劃采用由下往上的中段開采順序。針對礦體的厚度，采用不同的充填采礦方法，對厚礦體不留間柱和頂柱，沿礦體走向劃分成若干個條帶狀礦塊，分二步回采。

此類厚礦體采空區(qū)的充填體除上述作為地壓支護(hù)手段，保證作業(yè)安全以外，某一步采的充填體還作為結(jié)構(gòu)材料存在，必須起到自立墻的作用。因為一步采場充填體在二步采時將會暴露，直至二步采回采結(jié)束、空區(qū)充填完畢，其強(qiáng)度應(yīng)能保證充填體自立和能抗爆破沖擊，因此一步采形成的空區(qū)，采用高配比尾砂膠結(jié)充填料，其灰砂比為1∶8；二步采形成的空區(qū)，采用低配比尾砂膠結(jié)充填或分級后粗粒尾砂充填。

2 空區(qū)充填

2.1 充填準(zhǔn)備工作

(1) 采場充填井施工。為架設(shè)通往采空區(qū)的充填管道，應(yīng)在每個空區(qū)(采空的礦房)頂柱上方靠近沿脈巷道的一側(cè)，施工2條直徑0.5 m的充填井(見圖1)，如有條件充填廢石，可以適當(dāng)加大充填井，以減少充填成本。經(jīng)統(tǒng)計，-85 m中段有34個采場，-130 m中段有35個采場，每個采場按2個充填井，每條充填井8 m計算，需施工充填井1104 m。

(2) 采場封堵及脫水準(zhǔn)備。采場充填前應(yīng)做好采場的密閉工作，使整個采場與周圍一切井巷隔開，以防止充填料的流失和對周圍巷道的污染。用混凝土建筑充填泄水隔墻，墻厚不小于500 mm，墻中預(yù)埋波紋濾水管，便于充填體脫水。泄水隔墻設(shè)置在采場底部出礦進(jìn)路和間柱聯(lián)絡(luò)道中。采空區(qū)通道封堵效果見圖2，巷道封堵效果見圖3。

圖1 充填井位置

圖2 采場通道封堵效果

圖3 巷道封堵效果

充填泄水隔墻按0.5 m厚統(tǒng)計，-85 m中段、-130 m中段封堵工程量見表1。

(3) 移動充填管鋪設(shè)。井下移動充填管采用DN100 mm高密度聚乙烯管。移動充填管與中段運輸巷主充填管連接，敷設(shè)至采空區(qū)頂柱充填井內(nèi)。

2.2 充填作業(yè)

為防止跑漿事故，減少充填體對隔墻的壓力，一個采空區(qū)基本分2～3次充完。首次先充填6～8 m 充填料，待初凝后，再接續(xù)充滿采場。二次充填時應(yīng)盡可能接頂，必要時進(jìn)行接頂充填，為確保充填體接頂，生產(chǎn)中可試用壓力灌漿。充填結(jié)束后應(yīng)對管路進(jìn)行沖洗，沖洗水應(yīng)通過三通管引入巷道排水溝，而不能送入充填區(qū)，以免稀釋充填料漿，影響充填體的強(qiáng)度。充填體養(yǎng)護(hù)時間一般為3個月。

膠結(jié)充填效果見圖4。

表1 -85 m中段、-130 m中段封堵工程量表

圖4 膠結(jié)充填效果

3 結(jié) 論

充填法的應(yīng)用將使礦石的回采率由85%提升到充填后的90%，礦柱的回采率由35%提升到80%，礦石貧化率由充填前的11.5%減少到6.1%。使得礦產(chǎn)資源被充分利用。

礦山充填法的應(yīng)用實現(xiàn)了尾礦的有效資源利用，減少了對地表環(huán)境的破壞，同時解決了地下空間的塌陷隱患問題，提高了該礦山的安全性,利用尾廢充填空區(qū)將會成為今后鐵礦發(fā)展的主要趨勢,能夠有效改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境問題。

[1]吉學(xué)文,唐紹輝,潘 懿.云南昭通市鉛鋅礦古采空區(qū)塌陷地質(zhì)災(zāi)害治理[J].有色金屬工程,2015(03):86-90.

[2]歐陽治華,趙 平,肖 術(shù),等.桃花山礦地表塌陷及下部采空區(qū)穩(wěn)定性分析[J].化工礦物與加工,2012(10):22-25.

[3]卜 華,孫英波,王學(xué)森.山東省巨野煤田采空區(qū)塌陷預(yù)測與治理規(guī)劃[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報,2008(04):37-41.

[4]肖志奎.充填采礦法在雞籠山金礦床開采中的應(yīng)用[J].采礦技術(shù),2014,14(04):4-5.

[5]李叔磊,馮 濤,李石林.條帶膏體充填開采地表沉陷研究[J].采礦技術(shù),2012,12(06):9-11，14.

[6]韓 森,張欽禮,張傳恕.回采過程中充填體自立可靠性設(shè)計[J].采礦技術(shù),2008,8(02):15-17.

[7]楊寶貴,孫恒虎,莊百宏.高水固結(jié)充填體的自立[J].有色金屬,2000(02):7-10.

2017-08-04)