武山銅礦膠結(jié)充填采礦工藝生產(chǎn)實(shí)踐

陳新家 CHEN Xin-jia

（江西銅業(yè)股份有限公司武山銅礦，瑞昌 332204）

（Wushan Copper Mine of Jiangxi Copper Corporation，Ruichang 332204，China）

武山銅礦膠結(jié)充填采礦工藝生產(chǎn)實(shí)踐

陳新家 CHEN Xin-jia

（江西銅業(yè)股份有限公司武山銅礦，瑞昌 332204）

（Wushan Copper Mine of Jiangxi Copper Corporation，Ruichang 332204，China）

武山銅礦從2004年開始在南礦帶推行了下向膠結(jié)充填試驗(yàn)，成功后在2007年推廣到北礦帶，不僅為井下開采提供了安全保證，同時(shí)大大提高了采礦生產(chǎn)能力。主要是采用分級(jí)尾砂和普通硅酸鹽水泥按不同比例進(jìn)行膠結(jié)充填。最大的特點(diǎn)是給料采用立式砂倉風(fēng)水造漿給料、采場用錨桿方式豎向布筋、對(duì)采空區(qū)充填時(shí)采取少量多次的方法。結(jié)果表明該方法在強(qiáng)化充填體的穩(wěn)定性，擴(kuò)大采礦進(jìn)路的斷面、減少頂板的支護(hù)成本及改善作業(yè)環(huán)境等方面取得了很好的效果。

膠結(jié)充填；豎筋；分級(jí)尾砂

0 引言

從1966年開始建設(shè)武山銅礦，可以說武山銅礦是一個(gè)老礦，銅金屬探明儲(chǔ)量累計(jì)137萬噸，整個(gè)礦區(qū)由南、北礦帶共同構(gòu)成。銅的平均品位在整個(gè)礦區(qū)內(nèi)為1.17%，在淺層主要集中了品位較高的礦層，在-260m中段后其品位0.85%。按照設(shè)計(jì)，初期生產(chǎn)能力南、北各1500噸/天，共計(jì)3000噸/天，在開采過程中，通常采用分層進(jìn)路水砂充填采礦法。在2004年的時(shí)候，通過對(duì)武山銅礦進(jìn)行擴(kuò)產(chǎn)改造，其組織生產(chǎn)能力初步設(shè)計(jì)為每天5000噸，其中北礦帶每天按照3000噸生產(chǎn)。

在充填過程中，采用分層進(jìn)路式水沙充填采礦法進(jìn)行充填。所謂分層進(jìn)路式水沙充填采礦法就是不講任何加膠結(jié)料添入充填料中。在使用下向分層進(jìn)路式采礦方法的過程中，在假底通常情況下需要鋪設(shè)300mm厚鋼筋混凝土，進(jìn)而在一定程度上對(duì)進(jìn)行相應(yīng)的充填處理。但是，由于充填體的強(qiáng)度難以滿足設(shè)計(jì)要求，因此，在后續(xù)采礦施工過程中，需要借助其他的支記方式，進(jìn)而影響和制約施工進(jìn)尺，采場生產(chǎn)能力的提升在一定程度上受到制約，并且存在較大的貧化、支護(hù)等，進(jìn)而在一定程度上難以保證采場頂板的穩(wěn)定性，同時(shí)支護(hù)及鋪底的材料運(yùn)輸?shù)碾y度也大大地增加。面對(duì)這種形式，充填方式的安全性、合理性、經(jīng)濟(jì)性顯得非常重要。

為了完善膠結(jié)充填工藝，多年來，武山銅礦與多所大學(xué)及設(shè)計(jì)院等進(jìn)行合作，比較具有代表性的是，2004年與長沙礦山院合作，在南礦帶建立了一套膠結(jié)充填工藝系統(tǒng)，并將該系統(tǒng)應(yīng)用到南礦帶進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)獲得了預(yù)期的效果。在北礦帶2007年推廣該系統(tǒng)，同時(shí)建立立式砂倉給料系統(tǒng)，通過對(duì)充填系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)和完善，進(jìn)一步提高了膠結(jié)充填效果，生產(chǎn)能力達(dá)到240噸/天。

1 北礦帶地質(zhì)概況

對(duì)于武山銅礦北礦帶來說，東西走向，長度1600m，礦體平均厚度和傾角分別為8-15m和45°-55°，并且處于地表以下800m，在這樣的環(huán)境下，可以進(jìn)行控制的鉆孔比較少，需要進(jìn)行深部探礦，因此可控采礦一般在-400m。對(duì)于礦體來說，以Cupy為主，并且主要集中在1-7號(hào)礦體，一些不穩(wěn)固的煌斑巖穿插在中央，氧化自燃現(xiàn)象容易發(fā)生在0米以上揭露后的礦石上，該礦石的特點(diǎn)是缺乏粘性和完整性。對(duì)于深部礦體來說，其主要成分以含銅碳酸鹽為主，銅、硫的含量平均在0.8%-1.1%和11%，在上部礦體中，銅品位比較高,并且在一定程度上行伴有金、銀、砷、碲等貴重金屬和稀有元素等。

2 工程布局及采礦工藝流程[1-2]

2.1 開拓布局與礦塊劃分 對(duì)武山銅礦通過豎井加斜坡道的方式進(jìn)行開拓，通常情況下開拓工程蛀牙主要集中在礦體的下盤，采用沿脈加穿脈對(duì)主運(yùn)輸巷進(jìn)行處理，中段高度和-160m的中段一般為50m、40m，每10m設(shè)一無軌分段鏟運(yùn)道。

2.2 采礦方法 對(duì)于北礦帶來說，曾經(jīng)使用過多種采礦方法，但是，從2004年以來，初步改造設(shè)計(jì)為5000噸/天，通過膠結(jié)充填采礦法代替原有的下向進(jìn)路式水沙充填采礦方法，如圖1所示。

2.3 下向膠結(jié)充填采礦工藝流程 對(duì)于鑿巖，通常情況下借助YT-27鉆機(jī)進(jìn)行處理，孔徑和深度分為38mm-42mm和2-2.4m，炮孔利用率和進(jìn)尺分別為86%和1.8-2m，采用乳化炸藥、通過半秒差管和激發(fā)火雷管進(jìn)行起爆爆破。

圖1 下向水平分層進(jìn)路式充填法示意圖

在通風(fēng)方式方面，剛開始通過局扇壓入式進(jìn)行通風(fēng)。在進(jìn)行通風(fēng)的過程中，通過溜礦井將污風(fēng)排至上中段進(jìn)行稀釋處理，通過泄水井下部運(yùn)輸巷將新鮮風(fēng)源源不斷地引入。受水泥水化作用的影響和制約，工程技術(shù)人員通過對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行不斷的摸索，在一定程度上將通風(fēng)導(dǎo)硐預(yù)埋在每個(gè)采場，上部抽風(fēng)通過抽風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)，效果較為理想，如圖2所示。

圖2 采場通風(fēng)系統(tǒng)

采用2m3內(nèi)燃鏟運(yùn)機(jī)對(duì)采場出礦處理，按照采一隔一回的順序進(jìn)行回采，與礦房礦柱回采方式類似。

3 采場充填工藝流程[3-5]

3.1 底筋鋪設(shè) 采礦分條到位后，需要對(duì)空區(qū)進(jìn)行清理和整平，同時(shí)清除相鄰分條充填體中的夾石礦等，并且需要鋪設(shè)10公分的碎礦，鋼筋網(wǎng)和豎筋的鋪設(shè)需要根據(jù)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。充填膠結(jié)的初期，按照原先工藝需要鋪設(shè)300mm厚鋼筋砼假底，通過充填分條的方式對(duì)首層膠結(jié)進(jìn)行處理，在采空區(qū)進(jìn)行膠結(jié)充填前，依據(jù)1m×1m布設(shè)∮25mm、長1.5-1.8m的螺紋鋼豎筋，將一塊150mm×150mm、厚10mm的鋼板焊接在下部；對(duì)于后面分層通過鋼筋網(wǎng)加豎筋的方式進(jìn)行充填，將規(guī)格為∮6.5mm、200mm×200mm的鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)在空區(qū)底板上。

3.2 充填管吊掛 通常情況下，通過厚10mm的高分子聚乙烯復(fù)合管處理充填管，該管可以重復(fù)利用，在布設(shè)過程中，由上部、沿溜井充填主巷，然后通過采聯(lián)道及切割、回采分條的方式進(jìn)入待充采空區(qū)。在充填過程中，為了確保充填管路的順暢性，在巷道壁上必須用錨桿充填管進(jìn)行固定，將充填管末端與待充采空區(qū)掌子面的距離控制在5m。為了便于回收，吊掛過程中，通常沿著隔壁未開采分條的一側(cè)，不要充待充區(qū)內(nèi)有接頭。為了避免發(fā)生充填堵管，在對(duì)管路進(jìn)行充填時(shí)，進(jìn)行充填前需要進(jìn)行通水洗管，否則影響充填體強(qiáng)度。

3.3 隔水 在施工過程中，為了避免流失膠結(jié)充填漿料，通常情況下，通過混凝土空心磚砌筑磚墻進(jìn)行處理，同時(shí)對(duì)磚墻進(jìn)行抹面隔水，進(jìn)而在一定程度上提高待充區(qū)高度，并在該墻中部預(yù)留一個(gè)觀察口，觀察口的規(guī)格為400mm*400mm，在一定程度上便于充填過程中查看采空區(qū)內(nèi)充填情況，如圖3所示。

圖3 空心磚砌的隔離墻

3.4 排水 在采空區(qū)進(jìn)行施工時(shí)，通常情況下，需要充滿充填物，并且在一定程度上確保充填料漿的固結(jié)時(shí)間，進(jìn)而需要分三次進(jìn)行充填。進(jìn)行第一次充填時(shí)，將充填物充填到采空區(qū)高度的一半，沉淀一個(gè)班，然后排水，水排干后，開始進(jìn)行第二次的充填，進(jìn)行充填需要充填到觀察口，沉淀固結(jié)一個(gè)班，再次進(jìn)行排水，水排干后，封閉觀察口，最后進(jìn)行第三次的充填。

3.5 制備充填料漿 在北礦帶建立一套立式砂倉給料系統(tǒng)，如圖4所示，按照設(shè)計(jì)要求，在砂倉中貯存分級(jí)尾砂，通過高壓風(fēng)和水將造漿給料送入工藝系統(tǒng)，通常情況下充填料主要以分級(jí)尾沙為主，按照1:4、1:8灰沙比進(jìn)行配制填充料，充填料漿濃度控制在70%以上。采用高耐磨氣室逆止噴嘴對(duì)武山銅礦進(jìn)行處理，在一定程度上解決了磨損和連續(xù)供風(fēng)問題，用鍥型流量計(jì)，如圖5所示。

圖4 立式砂倉風(fēng)水造漿給料充填系統(tǒng)

圖5 鍥型流量計(jì)

高耐磨氣室逆止噴嘴優(yōu)點(diǎn)：①保證立式砂倉內(nèi)尾砂均勻翻動(dòng)。②保證噴嘴連續(xù)工作60天不磨損和腐蝕。

通過對(duì)伯奴利方程進(jìn)行變形得到鍥型流量計(jì)的基本流量方程式。通過鍥型件產(chǎn)生差壓，由差壓變送器檢出，輸出與流量值成平方根關(guān)系的電流信號(hào)4-20mADC。

式中：qv為體積流量，m3/s；

C為流出系數(shù)；

ε為可膨脹性系數(shù)；

m為節(jié)流面積比。

3.6 充填中存在的問題和解決措施 通過研究分析充填體脫層冒落、水泥離析等，本文認(rèn)為是充填不穩(wěn)定、給料不均勻，以及充填前采空區(qū)有積水。通常情況下，采取的措施包括：①對(duì)包括造漿和給料系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，安裝雙閘閥控制充填洗管水進(jìn)采空區(qū)，實(shí)行多點(diǎn)給料工藝；②對(duì)于隔離墻跑漿問題，通過內(nèi)外噴漿對(duì)松軟礦采場進(jìn)行處理，通過砼加固隔離墻的方式對(duì)穩(wěn)固礦體的采場進(jìn)行處理；③通過在充填管關(guān)鍵拐點(diǎn)裝設(shè)攝像監(jiān)控，沿主充填管布一路高壓水管供堵管的方式，對(duì)管道磨損跑漿產(chǎn)生堵管現(xiàn)象進(jìn)行處理。

4 膠結(jié)充填應(yīng)用效果

①采場單產(chǎn)大大提高了采礦生產(chǎn)能力，從100噸/天提高到200噸/天；②使用木材的數(shù)量減少，從原來的129立方/萬噸礦下降到28立方/萬噸礦；③大幅度提高了工班效率，從7.4噸/工班提高到14.6噸/工班，同時(shí)降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；④尾砂消耗每年40多萬噸，江沙成本節(jié)約500多萬元。

[1]趙奎等.武山銅礦大斷面開采條件下分級(jí)尾砂膠結(jié)充填試驗(yàn)研究[R].2009.

[2]解世俊.金屬礦床地下開采（第二版）[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2008.

[3]段龍銀,彭小剛.武山銅礦下向膠結(jié)充填試驗(yàn)方案探討[J].銅業(yè)工程,2007(1):11-13.

[4]彭小剛,段龍銀.旋流分級(jí)與立式砂倉聯(lián)合水力造漿充填工藝探討[J].銅業(yè)工程,2007(2):13-14.

[5]中國有色工程設(shè)計(jì)研究總院[204-2004]工程，江西銅業(yè)股份有限公司武山銅礦深部挖潛擴(kuò)產(chǎn)技術(shù)改造初步設(shè)計(jì)書[R].2004.

Cement Filling Mining Technology Production Practice of Wushan Copper Mine

Wushan Copper Mine implemented cemented filling test in the southern belt from 2004,then extended to the north belt in 2007 after successful,which not only provides security for underground mining,but also greatly improves the mining production capacity.The classified tailings and ordinary Portland cement are mainly used for cement filling in different proportions.The biggest feature is using vertical sand tank mud feeding,stope fabric reinforcement with vertical bolt way and take small number of ways to gob filling.The results show that the method in strengthening the stability of the filling body,expanding the mining section of the road,reduce the roof support costs and improve the working environment achieved good results.

cement filling；vertical bars；classified tailings

陳新家（1966-），男，江西瑞昌人，研究方向?yàn)椴傻V技術(shù)及生產(chǎn)管理。

TD853

A

1006-4311（2014）11-0082-03