高含水礦山井下廢石破碎泵送膠結充填技術研究

姚銀佩

(湖南有色冶金勞動保護研究院)

湖南寶山有色金屬礦業有限責任公司是一家多金屬國有礦山企業。礦山經過近半個世紀的開采，淺部資源消耗殆盡。2006年，礦山在接替資源找礦時，發現礦山西部二號砂頁巖礦體。西部二號礦體位于50 m中段以下，為高品位的鉛鋅礦，Pb+Zn品位約30%左右，Ag品位約為160 g/t，具有較高的開采價值。

西部二號礦體上下盤圍巖為極不穩固的碳質頁巖，f系數為4～6，礦體為中等穩固以下，f系數為8～12。二號礦體位于0 m標高以下，走向長約100 m，礦體產狀變化較大，礦體形態復雜。目前開采中段為－70～－110 m中段，－190 m中段以下為開拓中段。－70 m～－50 m中段礦體呈傾斜產狀，傾角為30°～40°，厚度一般在2～10 m，平均為6～7 m。原采用礦山傳統的留礦法開采，開采高度最多為3個分層(約6～8 m)，礦體和上盤圍巖全部垮塌，開采無法進行，采出礦石量僅有5% ～15%，損失較大，安全性較差［1］。

寶山礦采用豎井+盲斜井開拓，豎井井口標高在472 m，目前開拓中段在－190 m，開拓的廢石和生產過程中采掘的廢石比較多，廢石提升至地表，須提升高度近700 m，運輸費用較高。砂頁巖礦體及上下盤巖石都比較破碎，巖性較差，開采安全性低，必須采用充填法開采以確保開采安全。礦山現有尾砂中含有貴金屬金，暫不能用于井下充填，不適宜建地表尾砂充填站，而井下充填系統受充填倍線影響，須應用泵壓輸送。巖體節理裂隙發育，南方雨水充足，井下廢石含水較多。綜合考慮上述條件，提出建設高含水礦山井下廢石破碎系統和井下移動式泵送膠結充填系統，將廢石井下就地破碎，高壓泵加壓管道輸送充填采場［2］。

湖南寶山礦業公司根據西部二號砂頁巖礦體礦巖復雜破碎的開采技術條件，目前采用上向水平分層泵送黃泥碎石膠結充填采礦法開采，分層高度2.5 m，上向進路式回采，使用混凝土泵加壓輸送黃泥碎石膠結充填料充填采場，取得了很好的開采效果。

1 高含水礦山井下廢石破碎系統

1.1 高含水礦山井下廢石破碎設備

高含水礦山井下廢石破碎系統［3］(如圖1)主要應用的設備有振動給料機、顎式破碎機、碎石脫水漿體網格振動篩、復合破碎機、碎石分級振動篩、膠帶輸送機、風機及風管(通風除塵)等。

圖1 井下廢石破碎系統(局部)

1.2 高含水礦山井下廢石破碎工藝

高含水礦山井下廢石破碎系統采用破碎—脫水—再破碎獨特兩級高含水廢石破碎工藝(圖2)，一級破碎設備為顎式破碎機，一級碎石脫水設備為脫水漿體網格振動篩，二級破碎設備為復合破碎機［4］。

圖2 高含水礦山井下廢石破碎工藝流程

高含水礦山井下廢石破碎系統具體的破碎工藝為:井下開拓和采掘的廢石通過井下廢石溜供系統聚集在井下廢石儲備礦倉，再經振動放礦機和廢石溜槽進入顎式破碎機破碎。破碎的廢石中含有大量的水漿體，再脫水漿體網格振動篩脫去廢石中小于20 mm的含水漿體，直接輸送到分級振動篩篩分;未通過脫水漿體網格振動篩的廢石進入復合破碎機破碎，二級破碎的廢石通過分級振動篩篩分，小于20 mm滿足充填骨料要求的直接進入儲存料倉，未通過的碎石由循環膠帶運輸機傳送至復合破碎機再進行一次二級破碎，直至破碎粒徑滿足充填骨料粒徑要求為止。

在高含水礦山井下廢石破碎工藝過程中，因廢石中含水，一級破碎的廢石含有大量的水漿體，這些水漿體粒度小，呈黏稠狀，如果含水漿體的碎石直接進入復合破碎機，極易導致堵塞，致使復合破碎機無法正常工作。碎石脫水漿體網格振動篩主要作用為脫去一級破碎的廢石中水漿體，避免堵塞復合破碎機，防止破碎機電機燒壞;另外水漿體滿足充填粒徑要求，分離后直接進入料倉，節約了費用和時間。

井下廢石破碎產生大量的粉塵，可采用密閉抽出式通風除塵措施來處理破碎過程中產生的粉塵，控制破碎硐室內工作區的粉塵濃度在國家衛生標準2 mg/m3以下。

1.3 高含水礦山井下廢石破碎技術參數

脫水漿體網格振動篩網孔設計為10 mm×20 mm;分級振動篩網孔設計為20 mm×20 mm。

高含水礦山井下廢石破碎系統設計破碎能力15 m3/h，生產作業時破碎能力 11～13 m3/h，與井下充填系統銜接良好，可滿足井下充填工作碎石的使用量。

廢石粒徑為0～400 mm;一級碎石粒徑為0～70 mm;二級碎石粒徑為0～20 mm，其中粒徑小于3 mm約占70%。

2 井下移動式泵送充填系統

2.1 井下移動式泵送充填設備及充填料

井下移動式泵送充填系統［5-6］主要應用的設備有振動給料機、帶料斗的碎石混凝土攪拌機、井下導軌式混凝土高壓泵、高強耐磨充填鋼管及4層鋼絲橡膠軟管、空壓機配風包等(如圖3所示)。

圖3 充填硐室內井下移動式泵送充填系統

井下泵送充填料以碎石為充填骨料，水泥為膠凝材料，并且以黃泥替代部分水泥，改善充填料漿的泵送性能，減輕了充填料對管道的磨損，降低了對充填管道的摩擦阻力。

2.2 井下移動式泵送充填工藝

井下移動式泵送充填系統工藝［7-8］流程包括充填料的準備、充填料的制備、料漿的加壓泵送、管道輸送及采場充填等(如圖4所示)。

圖4 寶山礦井下廢石破碎泵送充填系統

(1)充填料的準備。碎石儲存在料倉，由振動放礦機放出;水泥和黃泥搬運至井下，分別儲存在井下的水泥儲存硐室和黃泥儲存硐室。

(2)充填料的制備。將碎石、水泥及黃泥放至攪拌機的料斗里，進入混凝土攪拌機加水攪拌均勻。

(3)料漿的加壓泵送。制備好的黃泥碎石膠結充填料漿倒入充填泵料斗，通過混凝土泵的加壓，由充填管道輸送至采場。

(4)充填結束后，利用空壓機及風包內高壓風推動彈性海綿體從充填管道內通過，達到清洗充填管道的目的。

2.3 井下移動式泵送充填技術參數

井下移動式泵送充填系統主要技術參數如下。

(1)充填骨料(碎石):粒徑小于20 mm，其中3 mm約占70%。

(2)按設計選擇的水泥標號為325。人工混凝土假底和膠面充填時，每1 000 kg碎石加入100 kg水泥和32 kg黃泥，抗壓強度R30為5.40 MPa;采場充填時，每1 000 kg碎石加入50kg水泥和64 kg黃泥，抗壓強度R30為2.05 MPa。

(3)充填濃度為73% ～76%。

(4)充填綜合成本為97元/m3。

(5)充填效率為60 m3/工班。

3 結論

高含水礦山井下廢石破碎系統和井下移動式泵送充填系統在湖南寶山礦深部砂頁巖復雜破碎礦體開采中成功應用。

井下建立廢石破碎站，采用破碎—脫水—再破碎獨特的高含水礦山井下廢石兩級破碎工藝，解決高含水廢石破碎過程中二級破碎時水漿體堵塞復合破碎機的問題，并使用密閉抽出式通風除塵，控制破碎硐室內粉塵濃度。

通過改進攪拌機和混凝土泵等設備，研發出井下移動式泵送充填系統，采用軌道式可移動型混凝泵，高壓泵送高濃度黃泥碎石充填料漿充填采空區，解決湖南寶山礦砂頁巖復雜破碎礦體開采問題。實踐證明，高含水礦山井下廢石破碎泵送膠結充填系統具有充填迅速、充填濃度高、費用低、管路短并鋪設簡單、不受充填倍線影響等優點，實現了井下廢石不出窿就地破碎處理，直接在井下泵送充填采場，在提高礦石回采率的同時，確保了不穩固礦體的開采安全。

［1］ 楊文忠.寶山礦西部2號砂巖礦體采礦技術研究［J］.湖南有色金屬，2009，25(4):5-7.

［2］ 劉同有.充填采礦技術與應用［M］.北京:冶金工業出版社，2001.

［3］ 呂 波.紅透山銅礦井下廢石破碎充填系統評述［J］.有色礦冶，2001，17(5):5-7.

［4］ 李志超.井下廢石破碎系統在寶山礦深部開采中的應用［J］.金屬礦山，2011(9):9-11.

［5］ 孫恒虎，黃玉誠，楊寶貴.當代膠結充填技術［M］．北京:冶金工業出版社，2002.

［6］ 陶啟華.井下充填廢石的輸送方式及其設備探討［J］.工程設計與研究，1994(2):4-6.

［7］ 石文波.英國泵送充填護巷技術［J］.煤炭科學技術，1986(1):59-60.

［8］ 袁梅芳.地下金屬礦井下移動式充填系統的研究與應用［J］.金屬礦山，2011(9):5-8.