分級尾砂膠結充填在某鉛鋅礦的應用

李峰，孟祥瑞，徐禹青，邵兵

(金徽礦業股份有限公司，甘肅 隴南市 742312)

礦區位于西成鉛鋅礦田南礦帶東端，礦床內斷裂構造非常發育，主要為千枚巖含礦、灰巖含礦及二者接觸帶含礦，礦體產狀較緩，千枚巖為軟弱巖層且力學強度較低，遇水易泥化，穩定性較差，灰巖力學強度較高，一般穩固，礦、巖均屬不穩固—中等穩固巖類。

礦山采用分層進路式回采，考慮到投產以來年處理量的增大、綠色礦山建設的要求、采空區頂板安全及礦山達產產能需求等因素，急需采用充填采礦法來解決上述問題。

1 開采現狀

該鉛鋅礦為地下開采，采用主平硐—主、副豎井聯合開拓，井下開拓運輸系統已基本形成，局部系統工程缺陷已完善。各分層生產的鉛鋅礦石卸載到中段溜井，通過中段有軌運輸經主溜井下放至300 m 破碎水平，然后提升到1190 m 主平硐上部礦倉經1190 m 主平硐運輸至選礦堆場。礦山現有550 m 中段，450 m 中段，350 m 中段，并在525 m、500 m、475 m、425 m、400 m、375 m 設6 個分段（分段高度25 m）。

現階段本分段內首個回采分層基本結束，正在進行回采收尾工作，其余分層均未回采。在550～350 m 標高各首采分層內形成了大量空區，若不能及時進行充填，則無法進行二步進路回采工作，礦山生產能力受限，不能達到生產要求；隨時間推移空區頂板受地壓作用影響變形、局部冒頂、片幫現象時有發生，對礦山后期井下安全生產造成一定的威脅。

為了滿足綠色礦山建設和尾礦庫容壓力的要求，合理利用選礦尾砂，降低固體廢棄物外排對生態環境的影響，同時提高井下生產作業的安全性。經礦山實際調查統計，已形成的空區約為10 萬立方米，結合后期采礦生產將要產生的空區情況，改用上向水平分層進路式充填采礦法回采，利用分級尾砂和固化劑攪拌后的充填料漿通過重力自流輸送方式，經充填鉆孔及輸送管道，對采空區進行充填來解決上述問題。

2 分級尾砂膠結充填方案

2.1 充填系統

礦山充填系統主要包括選礦尾砂分級、地表充填站、充填鉆孔（1195～550 m 標高）、井下充填管敷設巷道、充填管纜井及井巷內充填管等設施。充填站制備好符合充填實施方案中配比要求的料漿后，料漿通過重力自流輸送方式，經充填鉆孔及輸送管道，對已完成充填準備的采空區實施充填。

井下充填主要分東、西2 個區域，450 m 中段及以上東側部分充填線路為充填站出料口→地表充填鉆孔→550 m 中段充填平巷→550～500 m 分段段58 線充填管纜井→500～450 m 中段68 線充填管纜井→分段運輸巷道→采場聯絡道→采場充填；350 m 中段及以上西側部分充填線路為充填站出料口→充填鉆孔→550 m 中段充填平巷→550～450 m中段40 線倒段充填管纜井→450～350 m 中段42 線充填鉆孔→采場聯絡道→采場充填。經計算充填倍線為2.38～3.98，均符合充填料漿自流要求。

2.2 分級尾砂充填工藝流程

選礦尾砂經濃密后輸送至充填站尾砂穩液箱，通過渣漿泵將尾砂以穩定的質量分數、流量、壓力泵入旋流器，經旋流分級脫泥，讓粗粒級底流尾砂進入深錐濃密機濃縮至65%～70%，通過濃漿泵輸送至攪拌桶。采用水泥作為固化劑用來膠結尾砂，按試驗配比分別輸送至攪拌桶中攪拌均勻，通過在線監測系統測試底流質量分數，底流料漿質量分數達到設計值且井下預充填采場已具備充填條件后，制備好的充填料漿通過地表充填鉆孔、井下充填主管道及采場充填膠管自流輸送至井下充填采場。分級尾砂膠結充填工藝流程如圖1 所示。

圖1 分級尾砂膠結充填工藝流程

2.3 料漿制備工藝

該礦山充填制備站設置2 套制漿系統，單系列制漿能力100 m3/h。尾砂通過管道輸送到深錐濃密機中，經過添加絮凝劑沉降后，其中流至150 m3溢流水水箱。水泥用罐車運送到充填制備站，水泥罐車自帶壓氣系統將散裝水泥吹入水泥倉（2 座，Φ6 m，每座水泥倉有效容積400 m3）內儲存。充填時，達到充填質量分數的尾砂通過深錐膏體濃密機底部的底流桶經質量分數渣漿泵輸送到攪拌桶內，尾砂經質量分數計和流量計進行質量分數和流量檢測；水泥通過倉底的CW 系列微粉秤計量并輸送到攪拌桶內，水采用電磁流量計進行計量，用電動閥進行調節，攪拌桶選用充填專用的立式攪拌桶。尾砂、水泥經自上而下充分攪拌，制備成質量分數適中、流動性良好的充填料漿，并在攪拌桶料漿出口管路上依次安裝質量分數計、流量計和電動插板閥，用以檢測和控制充填料漿的質量分數和流量。符合配比、質量分數要求充填料漿經充填管路自流至充填采場，充填主管路選用Φ159 mm×（5+10）mm 雙金屬復合耐磨管，臨近采場區域及充填采場內采用Φ133 mm×12 mm 超高分子聚乙烯塑料管。

2.4 采場充填技術要求

為滿足分級尾砂膠結充填的需要，確保充分利用選礦尾砂，提高礦石回采率，降低貧化率，降低充填成本，加快回采節奏，進一步提高產能，充填采場、充填工藝流程和料漿性質須達到以下要求。

（1）采場進路施工時頂板盡可能保持平整，錯臺不宜大于300 mm；有人工假底時，假底須滿足300 mm×300 mm 的網度要求，且距底板不宜小于200 mm。

（2）充填隔墻采用空心磚砌筑，且隔墻外側附加鋼筋網噴漿，隔墻厚度不小于570 mm，表面噴漿（C20）厚度為δ外=10 cm，δ內=10 cm。

（3）充填料漿質量分數控制在68%～73%，料漿在輸送過程中不得產生離析現象，確保充填體的強度。

（4）依據尾砂充填采礦的要求，分為一步驟充填和二步驟充填，一步驟及有假底的二步驟進路充填灰砂比為1:4，質量分數為70%～73%；二步驟進路充填灰砂比為1:5，質量分數為68%～70%。

（5）充填采場聯絡道外設置臨時水倉，充填泌水和洗管水集中泵送排出。

3 結論及建議

從礦山分級尾砂膠結充填工藝的應用情況來看，適合這種產狀變化較大、形態復雜、機械化程度較高的礦體回采，高效率完成已有空區及現有采空區的充填，確保充分回采鉛鋅礦石資源，實現全過程綠色開采，創造極大的安全效益、環境效益和經濟效益。

（1）在開采過程中利用分級尾砂進行膠結充填采空區，使得采區圍巖得到有效支撐，減小了頂板安全管理壓力，為二步回采提供了安全保障。

（2）選礦尾砂也得到了充分利用，減小選礦尾砂濕式外排引起的庫容壓力增大問題。

（3）尾砂調濃水和充填用水均使用尾礦回水，有效地支撐了水平衡研究及應用，使礦區地表環境得到有效保護。

（4）通過對采空區的分級尾砂膠結充填，礦石回采率達到95%以上，二步驟回采率大幅提高，礦山產能穩步提升。

在分級尾砂膠結充填的實施過程中，建議注意以下問題：

（1）靈活合理地布置采切工程，控制進路開口寬度，便于控制充填擋墻的寬度，以保證能抵抗側壓力。

（2）充填過程中用小流量進行進路充填接頂，確保一步驟進路的充填接頂率，進而滿足二步驟進路回采的安全性要求。

目前，該礦山正在進一步優化充填工藝，開展固體廢棄物在二步驟進路中的回填技術研究，減少開采固體廢棄物的外排；通過試驗研究尋找新型固化劑作為膠凝材料，提高充填體強度，降低充填成本，使資源開發與環境保護和諧發展，以夯實該礦山的綠色礦山建設基礎，為類似地下礦山充填提供參考。