上向分層充填采礦法在硼礦開采中的應用

蔡福源，劉慶臣

(遼寧環宇礦業咨詢有限公司，沈陽110032)

1 引言

遼東變質型鎂硼酸鹽礦床是我國所特有的硼礦成因類型，由于硼及硼化合物的特殊功能，如質輕、阻燃、耐熱、高硬、高強、耐磨及催化性質，已經由原來的原料角色登上了材料工業的舞臺，在國民經濟部門中有著廣泛的應用。硼資源的開發與利用對于現代工業的發展具有越來越重要的作用。

2 礦床開采技術條件

金瑪集團欒家溝硼礦以Ⅲ3 硼礦體為主開采礦體。礦體長775 m，礦體西厚東薄，平均厚度12.37m。礦體走向近東西，傾向10°～25°，傾角較陡，一般在72°～85°，B2O3平均品位14.47%。礦石礦物主要有纖維硼鎂石、遂安石，其次有極少量的柱狀硼鎂石、板狀硼鎂石和硼鎂鐵礦。礦體圍巖主要為蛇紋石化白云質大理巖，主要礦物有白云石、鎂橄欖石、菱鎂礦、水鎂石、方解石、蛇紋石、透閃石、透輝石、金云母等。礦區水文地質條件、工程體質條件均為中等。

3 上向分層充填采礦法

采場出礦完畢，清理好底板粉礦，將天井聯絡道和裝礦巷道進行封堵，砌筑封堵墻，采用磚混結構，然后架接充填管路，隨后進行尾砂膠結充填工作。充填料采用膠固粉與尾砂按照不同比例混合形成（底柱充填料的灰沙比為1：4，礦房充填料的灰沙比為1：8），由地表充填站經充填管路下放到井下采場充填。

3.1 礦塊布置

當礦體厚度大于8 m 時，礦塊垂直礦體走向布置，礦體厚度小于8 m 時，礦塊沿走向布置。礦塊垂直走向布置時，礦塊長10 m，間柱寬10 m，礦塊寬為礦體水平厚度。頂柱高3 m，無底部結構，礦塊高35 m。礦塊沿走向布置時，礦塊長40 m，礦塊寬為礦體水平厚度。

3.2 采準切割

在礦體下盤巖石中布置沿脈運輸巷道，沿礦體走向在礦房間柱中上掘采礦人行通風天井用于礦塊回風，通過石門與運輸巷道連通，形成通風網絡，并在天井兩側每隔5 m 開鑿通往采場作業的聯絡道，用作行人和通風。沿脈巷道每隔20 m在礦體間柱中掘進一條回采出礦巷道，巷道兩側每隔5 m 布置一條裝礦橫穿，作為礦房出礦的主要裝運巷道。在礦房底部開掘切割平巷，以切割平巷為自由面把礦房底部切開形成拉底層。

3.3 充填系統

充填主要材料為膠固粉和尾砂，膠固粉為礦粉添加劑，滿足水化反應及活性要求，尾砂為小于3 mm 的全尾砂并滿足了級配要求。充填倍線為3.1，滿足自流輸送充填的要求。

3.3.1 充填工藝流程

尾砂料場倒運→尾砂料斗→圓盤給料機→振動篩→皮帶運輸機+電子皮帶秤計量→攪拌桶+水計量+膠凝劑計量攪拌→井下采空區。

膠結材料由外部運輸至廠房內→螺旋給料機→提升機→灰倉內。

充填方案以投資少、便于操作為設計原則，以經濟實用、能夠確保系統的安全可靠性為目標，采用半自動控制模式。將3 臺變頻器、1 臺電子皮帶秤、2 臺流量計引入控制系統操作平臺。儀、電、控系統設計周期短、施工便利的系統配置方案。圓盤給料機、螺旋給料機、水泵等設備采用變頻調速完成給料量的自動控制調節，設置相應的聯絡設備，包括警鈴、警示指示燈、對講機聯絡等，可以完成生產現場與主控制室的開、停車聯系[1]。

3.3.2 充填體強度指標要求

抗壓強度（≥MPa）灰砂比 濃度（%）3 d 7 d 28 d 1∶6 1∶8 1∶10 70 70 70≥1.5≥1.0≥0.5≥2.5≥1.5≥1.0≥5.0≥2.0≥1.5

3.3.3 主要充填設備

尾砂輸送部分：集料漏斗、圓盤給料機、直線振動篩、電子皮帶秤、皮帶機B＝800，L＝30 m，α＝16o，15 kW。

制漿部分：單軸立式攪拌機30 kW 1 臺、螺旋給料機φ325×3m，5.5 kW 1 臺、螺旋電子計量稱φ325×3 m，3 kW 1臺、水泥料倉1 座150 t、倉頂除塵器1 臺、螺旋給料機1 臺、提升機1 臺、60 m3水泵1 臺、空壓機1 臺。

控制部分：控制柜1 臺、配電柜1 個、流量計2 臺、變頻器3 臺。

輸送管路：地表平管外徑121 mm，內徑100 mm，耐磨管8 m、1#和2#鉆孔孔深各351.5 m，外徑121 mm，內徑100 mm，鋼編管1300 m。

3.3.4 上向分層充填采礦法的優缺點

3.4 上向水平充填采礦法的應用效果

金瑪硼礦充填站建設項目，設計工藝簡單，布局合理，設備投資少，施工工期短，可滿足上向分層膠結充填的需要，在攪拌桶除塵上進行了工藝改進和創新，為在新的充填工藝積累了寶貴的經驗。

4 結語

硼礦石在工業領域的用途越來越廣泛，伴隨著硼礦石原礦稅率的不斷升高，充填采礦方法將越來越多地應用于化工類礦石開采及非金屬礦的開采，通過對上向水平分層充填采礦法工藝的分析，不僅提高了礦石的采礦回收率，同時增加了礦山開采作業的安全性，并有效地降低了礦山企業稅收的壓力，可見，充填采礦法將更多地應用于非金屬礦山的開采。