金川礦山充填進路板墻預留濾水裝置研究及實踐

鄭向黨，黨金鵬，李芳，韓懷亮，張巖鋒

(金川集團股份有限公司二礦區， 甘肅 金昌市 737100)

0 引言

金川鎳礦是世界著名的多金屬共生的大型硫化銅鎳礦床之一，集中分布在龍首山下長6.5 km、寬500m的范圍內，已探明的礦石儲量為5.2億t，鎳金屬儲量550萬t，列世界同類礦床第3位，銅金屬儲量343萬t，居中國第2位。伴生鈷、銅、銀、鉑族等共17種元素，現可回收利用14種，礦床共分4個礦區，從東向西分別為Ⅳ、Ⅱ、Ⅰ、Ⅲ礦區。礦山采用機械化下向進路膠結充填采礦法開采，充填使用高濃度砂漿管道自流輸送工藝，細沙為?3mm棒磨砂，水泥為425#普通硅酸鹽水泥。充填砂漿濃度為75%～78%，灰砂比為1:4，流量為80m3/h～100m3/h，砂漿由地表攪拌桶經鉆孔到充填中段，再經盤區充填回風井中送入分層道、進路。充填進路是對已完成回采的進路進行砂漿充填，使采區形成假頂支撐頂板，降低采場暴露面積，是盤區回采重要的一環，也是后續安全生產的重要保證。充填體是否與上分層頂板密實、充填體的強度以及充填體料漿是否離析對充填至關重要[1]。

1 充填存在的問題

盤區進路回采結束后，須采用充填法進行地壓控制，再進行組織生產。在做充填準備過程中，砌筑的板墻在外墻面進行混凝土素噴封閉時，濾水管出水口常常被堵塞，導致充填漿料中多余的水分無法及時排出，易發生料漿離析及分布不均現象、部分充填體強度降低、進路不接頂、觀察口憋開及板墻倒塌等工程事故，同時接頂期間存在充填料漿高度難以觀察，充填泵關停的時間難以掌控等問題[2]。在此情況下，金川鎳礦先后進行了木材料封閉板墻、超大砼磚砌筑板墻、一次性加厚砌筑板墻、充填濾布式高濾水性板墻、加大砌筑板墻厚度等手段對板墻進行改進。但由于取材困難、操作方法不科學等原因，實施結果都未達到預期成效，難以進行推廣。目前回采進路仍采用傳統的砌筑方式進行充填，充填進路接頂率仍達不到92%的期望值，此外還衍生出了灰漿外溢現場污染、進路接頂補充、安全補強支護、現場采取專用時間進行工業保潔等諸多生產組織負面管理效應[3]。

2 板墻濾水裝置研究

2.1 傳統板墻濾水設計

金川礦山傳統充填進路板墻采用長×寬×高=390mm×190mm×190mm粉煤灰磚砌筑，1m以下的墻體寬度為800mm，1m以上墻體寬度為600mm，最上端寬度為400mm，磚塊之間相互鑲嵌，外墻使用素噴支護，墻體四周封閉密實。在板墻砌筑時，自下而上依次在高度400mm、1600mm、離上層頂板3600mm處安裝直徑100mm的軟式濾水管用于排出進路滲水，待排水管內有充填料漿流出后，彎曲、綁扎、封閉排水管。進路板墻上部與上層頂板交界中間200mm位置預留觀察口，具體傳統板墻砌筑見圖1。積水通過盤區架設管線排入排污系統，采用三次充填結頂方式充填。

圖1 傳統板墻砌筑方式（單位：mm）

2.2 設計板墻濾水裝置

2.2.1 技術要求

經分析研究設計充填進路板墻的濾水裝置，以解決原板墻濾水不及時、跑灰影響充填質量和接頂率低的問題[4?5]。裝置由濾水盒與觀察窗兩部分組成，如圖2、圖3所示。濾水盒正面設置用薄鋼板與空心鐵箱焊接，中間鑲嵌有壓邊條，空心鐵箱底部焊接有出水方管；濾水箱背面設置有小方格網與薄鋼板，通過螺栓連接，小方格網與薄鋼板交接處焊接有加強筋，小方格網表面覆蓋有濾水網并通過螺栓固定。

圖2 濾水裝置濾水盒

圖3 濾水窗

濾水盒長×寬×高=2060mm×300mm×80mm；小方格網使用鋼筋制作，規格長×寬=10mm×10mm；觀測窗長×寬×高=800mm×390mm×190mm；濾水網采用80目不銹鋼網。觀測窗中設置有小方格網與薄鐵盒，薄鐵盒兩端為中空，外側端與小方格網焊接。

2.2.2 預留方法

濾水裝置預留在板墻中間位置，上端距上層頂板200mm～400mm，裝置體與板墻體垂直鑲嵌牢固。觀察窗預留在砌筑板墻的上端且緊靠上層充填體一側，窗體與墻體密實坐穩。板墻1m以下厚度為800mm，以上厚度為600mm，墻內拉筋固定，外墻用鋼筋加固。噴射砼料板墻厚度嚴格按照100mm進行素噴，作業過程中要注意出水管、觀察窗的保護以及板墻周圍的密封性。一次充填打底砂灰量控制在100%以內，二次充填砂灰量控制在55%左右，接頂砂灰量控制在45%左右。充填鋪吊前必須將進路底板淤泥清理干凈，積水排出。充填長度及充填量符合相關規定，杜絕兩條以上進路大面積充填，充填進路超過50m要砌筑半板墻。準確計算出充填進路充填量，遇到充填進路有預留鐵盒子時，控制好充填量及灰砂比。在充填接頂時要及時觀察濾水窗，充填砂灰距進路頂板100mm，同時有水汽從觀察窗冒出停止充填。距進路板墻5m～10m位置，砌筑1.2m擋水墻，將過濾水蓄積在池中，便于統一排污。

3 實踐效果

（1）排水及時，接頂率大幅度提高。傳統充填工藝采用三次充填方式，濾水由Φ100mm×4塑料軟管排出，管水速度流動較慢，板墻承受壓力較大。安裝新的濾水裝置后采用一次或二次充填，濾水速度較快，由于采用濾網裝置，解決了軟管被砂漿堵塞的問題，使得充填進路中留存的積水快速排出，很好地解決了充填體離析現象。采場頂板接頂率由原來的85%提高到98%以上，充填體的充填強度也明顯提高，杜絕了充填頂板出現紅砂子頂板的現象[6]。

（2）充填量準確控制，支護費用大幅度降低。觀察口的預留直觀看到真實充填體所處的高度，準確把控了充填接頂時機，杜絕了充填過程中板墻倒塌、憋口、充填欠超量現象，使得溢流灰漿量減少，由原來每條溢流量10m3以上，降低到5m3范圍內，剎幫木和鋼拱架支護費用及人工成本也明顯降低，盤區生產經營指標長期處于較好區間。

（3）安全隱患得以管控，盤區作業環境進一步改善。減少了采場暴露面積，更好地與上層充填體嚴密結合成為一體，有效控制了盤區地壓的變化，保證了頂板穩固性，確保了安全生產，較好解決了盤區回采過程中因充填質量問題而導致的返工情況，減少了清灰量和收拾現場環境的次數以及系統維護頻次，為盤區標準化建設提供了有力支撐。與此同時，充填體強度的提高，為下分層人員和設備安全回采夯實了基礎。

（4）操作簡單，容易推廣。濾水裝置具有方法科學，取材方便，性價比高，結構簡單，便于操作，勞動強度低，濾水清澈速度快等特點，有利于該裝置在金川礦山廣泛推廣應用。

4 結論

研制濾水裝置并應用于現場生產，有效解決了充填采礦法進路充填接頂率低、礦石貧化嚴重、墻體濾水性差、充填體堅固不達標、板墻充填時的倒墻和決口、支護成本費用高，排水管道和排污泵堵塞難題，化解了進路垮幫、頂板裂縫脫層、礦巖破碎危險系數高等安全險情，規避了回采因前期管理不善，轉層進路頂板遺留大量充填進路不接頂及砂頂板和頂板離析情況，最大限度地滿足了生產要求，有力助推了礦山提出的盤區標準化安全環境創建工作，經濟效益和社會效益顯著，此裝置可在同類礦山充填中推廣應用。