充填采礦技術(shù)在采礦中的應(yīng)用與相關(guān)問題分析

李志杰，金同川

（魯中礦業(yè)有限公司萊新鐵礦，山東 萊蕪 271124）

自我國工業(yè)快速發(fā)展以來，基于長期的、高強(qiáng)度的礦產(chǎn)開采，淺部礦產(chǎn)資源日益枯竭，深部開采、復(fù)雜條件下難采礦體開采成為一大重要趨勢(shì)，如何安全、高效的完成此類開采活動(dòng)，成為礦業(yè)工作者面臨并亟需解決的問題。目前充填采礦技術(shù)已經(jīng)成為了深部采礦的首選方法，本文主要圍繞此技術(shù)的應(yīng)用展開具體分析。

1 我國充填采礦技術(shù)發(fā)展情況

充填采礦是一種采礦回采率高、礦石貧化率低、作業(yè)安全性高、對(duì)地表環(huán)境破壞極小的采礦方法，近年來在深部礦床開發(fā)中得到了廣泛應(yīng)用。按照充填材料、輸送方式的不同，充填采礦可分為三大類：

1.1 干式充填

此種充填方法是最早使用、也是工藝最簡(jiǎn)單的，我國建國初期就采用此種方法，如：弓長嶺、七道溝礦產(chǎn)開采，均采用的廢石干式充填法。但是此開采方法工作量大，部分空區(qū)無法有效充填，存在安全隱患，自1956年開始在我國礦山開采中應(yīng)用比重逐年下降。

1.2 水力無膠結(jié)充填

我國水力無膠結(jié)充填法應(yīng)用較晚，20世紀(jì)60年代方開始探索應(yīng)用，湘潭錳礦從1960年開始探索碎石水力充填工藝，1965年湖南錫礦山南礦采用了尾砂水力充填采空區(qū)，減緩地表下沉。進(jìn)入80年代后，分級(jí)尾砂充填技術(shù)開始推廣，安慶銅礦等60余座金屬礦山先后都使用了此工藝。然而隨著礦山開采深度的逐步增加，水砂充填工藝由于其結(jié)構(gòu)松散、自立性差，未能夠起到主動(dòng)承壓的作用，無法滿足深部礦體回采需要，亟需進(jìn)一步開展技術(shù)改進(jìn)。

1.3 膠結(jié)充填

膠結(jié)充填是在水力無膠結(jié)充填方法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，通過在充填料漿中加入一定量的膠凝材料，切實(shí)提高充填體的自立性、抗壓強(qiáng)度，滿足深部采礦需要。膠結(jié)充填方法眾多，包括細(xì)砂膠結(jié)充填（如：以尾砂（分級(jí)尾砂）、天然砂和棒磨砂等為充填集料，水泥為膠結(jié)劑）、高濃度充填、膏體充填、廢石膠結(jié)充填以及全尾砂膠結(jié)充填等。

2 充填采礦技術(shù)在采礦中的應(yīng)用

根據(jù)上一章節(jié)分析可知，目前我國主要采用膠結(jié)充填采礦技術(shù)，其可滿足深部安全采礦需求，也是發(fā)展無廢開采和綠色礦山的重要措施。如下表1所示即為我國部分礦山充填采礦技術(shù)的應(yīng)用情況。

根據(jù)表1分析可知，我國常用的膠結(jié)充填采礦技術(shù)包括：全尾砂結(jié)構(gòu)流膠結(jié)充填、膏體泵送充填、廢石膠結(jié)充填、分級(jí)尾砂膠結(jié)充填等等。

（1）全尾砂結(jié)構(gòu)流膠結(jié)充填，已經(jīng)成為我國礦山地下開采的主流充填技術(shù)，不泛有開采深度超過1500m的深井開采；

（2）膏體泵送充填，此技術(shù)是隨著我國充填輸送泵制造工藝的完善而逐漸發(fā)展起來，其充填密實(shí)程度高，充填體壓縮率低，開采安全性高，如圖1所示即為某鉛鋅礦膏體充填系統(tǒng)，膏體充填料在輸送流量60m3/h、排出壓力12MPa條件下，單級(jí)與二級(jí)泵壓輸送最大距離分別可達(dá)2406m、4003m。

（3）廢石膠結(jié)充填，此技術(shù)局部應(yīng)用普遍，其采用廢石砂漿或廢石水泥漿自淋混合工藝制備充填料，工藝簡(jiǎn)單、成本低，有利于實(shí)現(xiàn)連續(xù)充填。

（4）分級(jí)尾砂膠結(jié)充填，通過膠結(jié)劑的使用（水泥、石膏、磨細(xì)的爐渣）有效提高了充填體自立性，與傳統(tǒng)的分級(jí)尾砂充填方法相比，更適應(yīng)深部找礦安全開采需要。

表1 我國部分礦山的充填情況

圖1 某鉛鋅礦膏體充填系統(tǒng)

3 實(shí)例探析充填采礦技術(shù)在采礦中的應(yīng)用與相關(guān)問題

3.1 礦區(qū)背景

本文僅以某鎳礦充填采礦技術(shù)的應(yīng)用展開分析，探討了實(shí)踐中遇到的一些技術(shù)管理問題。此鎳礦屬于是多金屬共生的大型硫化銅鎳礦床，礦床地應(yīng)力高、礦體厚大、礦巖體破碎，給采礦方法選擇和采場(chǎng)地壓控制帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。經(jīng)過了30多年的生產(chǎn)實(shí)踐顯示，下向進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法使用效果最佳，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化開采、有效控制采場(chǎng)地壓、降低礦石損失貧化。目前此礦山充填采礦技術(shù)主要可歸納為三大發(fā)展階段：粗骨料機(jī)械化膠結(jié)充填→高濃度管道自流輸送→高濃度管道自流充填技術(shù)革新+膏體充填系統(tǒng)改造。

3.2 充填采礦技術(shù)應(yīng)用問題分析

根據(jù)此礦床生產(chǎn)現(xiàn)狀顯示，開采深度持續(xù)增加，開采條件復(fù)雜多變，采場(chǎng)地壓大，對(duì)充填采礦技術(shù)提出了更高的要求。對(duì)現(xiàn)有充填系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析，其應(yīng)用問題主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）自流輸送系統(tǒng)設(shè)備老舊，工藝復(fù)雜，適用性較差。此礦區(qū)一、二期攪拌站分別建于1982年、1997年，然而近年來礦區(qū)生產(chǎn)能力不斷擴(kuò)大，其供料能力已經(jīng)無法滿足要求，長期負(fù)荷運(yùn)行，已達(dá)使用極限。

（2）整體充填設(shè)施配置不合理，充填能力不高。此礦區(qū)一、二期攪拌站在最初設(shè)置時(shí)，采用的是共用1個(gè)儲(chǔ)砂池的配置，一期攪拌站原本設(shè)置了5套制備系統(tǒng)，現(xiàn)1#、2#已經(jīng)拆除，剩余的3套系統(tǒng)中，2套用于生產(chǎn)，1套備用；二期攪拌站膏體泵送系統(tǒng)運(yùn)行需占用自流系統(tǒng)，由此真正能夠同時(shí)運(yùn)行的只有3套制備系統(tǒng)，整體充填能力無法滿足實(shí)際需求。

（3）膏體充填系統(tǒng)老化嚴(yán)重。膏體充填系統(tǒng)主體輸送設(shè)備采用的是德國Schwing公司20世紀(jì)80年代產(chǎn)品，已停產(chǎn)，備品配件無從供給，雖經(jīng)改造膏體充填系統(tǒng)達(dá)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，但是也存在制約因素，如一旦故障，將嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.3 改進(jìn)方向與對(duì)策

（1）采用大流量、高濃度料漿自流輸送膠結(jié)充填技術(shù)。在二期攪拌站西側(cè)新建一個(gè)充填攪拌站，站內(nèi)設(shè)置4套高濃度料漿自流輸送充填系統(tǒng)；為減少設(shè)備臺(tái)套數(shù)、提高生產(chǎn)效率、降低綜合能耗，提高單套系統(tǒng)制備輸送能力。

（2）加強(qiáng)膏體充填持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行控制與管理。與國內(nèi)廠家合作，研制適合本礦區(qū)工況的充填專用輸送泵（一用一備），保證膏體泵送充填系統(tǒng)正常、持續(xù)生產(chǎn)。

（3）降低充填采礦成本。此礦山充填材料以棒磨砂、戈壁砂和部分全尾砂為主，棒磨砂人工加工成本高，同時(shí)由于深部采場(chǎng)地壓大，必須采用1∶4的高灰砂比，成本居高不下，對(duì)此可從以下兩點(diǎn)入手，切實(shí)降低充填采礦成本：①開發(fā)破碎廢石作為充填集料代替棒磨砂；②利用粉煤灰、脫硫灰渣和礦渣微粉開發(fā)新型充填膠凝材料代替水泥。由此在保證充填體強(qiáng)度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)安全、高效和低成本開采。

4 結(jié)語

綜上所述，充填采礦是我國深部采礦時(shí)代的主流技術(shù)，具有采場(chǎng)圍巖穩(wěn)定性高、礦石貧化率低、回采工作簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)勢(shì)，有利于進(jìn)一步發(fā)展無廢開采和綠色礦山。由于礦山開采是一個(gè)長期性的工作，隨著礦床開采深度的加深、開采面積擴(kuò)大，對(duì)充填質(zhì)量、充填能力的要求不斷提高，對(duì)此必須及時(shí)發(fā)現(xiàn)充填采礦技術(shù)實(shí)際應(yīng)用問題，改進(jìn)優(yōu)化充填材料、充填工藝、充填裝備以及充填系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)高效、安全開采。

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