會寶嶺鐵礦全尾砂非膠結充填新工藝

李保健 周 涌 劉允秋 翟利軍 郭同曉

(1.山東能源臨礦集團會寶嶺鐵礦，山東臨沂277700;2.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司，安徽馬鞍山243000;3.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室，安徽馬鞍山243000; 4.華唯金屬礦產資源高效循環利用國家工程研究中心有限公司，安徽馬鞍山243000)

由于地下礦床開采技術條件愈來愈復雜及無害化開采的要求，國內外地下礦山使用充填采礦法的比重逐年上升，充填新工藝和新材料相繼出現，推動了采礦技術的不斷進步［1-2］。會寶嶺鐵礦床為隱伏礦床，礦帶賦存于泰山群山草峪組地層中，產狀與地層產狀基本一致，屬于傾斜—極傾斜、薄—中厚礦體，厚度3～20 m。礦區地表受村莊、206國道及其通訊、供電線路等建筑物影響，不允許地表塌陷沉降，采用分段空場嗣后尾砂充填的采礦方法，對地表建筑物予以保護。

1 充填材料試驗

1.1 全尾砂物理性能測試

全尾砂物理參數主要有密度、松散容重、密實容重、自然安息角，以及由密度和松散容重得出的孔隙率［3］。會寶嶺鐵礦有限公司全尾砂的基本物理參數測定結果見表1。

表1 全尾砂基本物理參數Table1 Full tailings basic physical parameters

1.2 全尾砂粒級組成

為了對尾礦砂進行定名并獲得各項級配指標，室內對野外所采取的尾礦砂試樣(原狀樣和擾動樣)均進行了顆粒分析試驗，試驗方法采用篩析法及比重計法。根據顆粒分析試驗結果，繪制了尾礦砂的顆粒大小分布曲線，同時，給出了尾礦砂的有效粒徑d10、中間粒徑d30、平均粒徑d50和限制粒徑d60，并根據這些數據計算出了不均勻系數Cu和曲率系數Cc，尾礦砂試樣的顆粒分析試驗曲線及結果詳見附圖1及表2。

圖1 尾砂試樣顆粒分析曲線Fig.1 Particle analysis curve of tailings sam ple

表2 尾粉細砂級配指標統計Table2 Tailings grading index statistics

由表2可以看出，會寶嶺鐵礦現狀尾礦砂的有效粒徑d10變化于0.007～0.073 mm，平均值為0.050 mm;尾礦砂的平均粒徑d50變化于0.138～0.240mm，平均值為0.196 mm;尾礦砂的不均勻系數Cu變化于2.79～26.33，平均值為5.717。對照尾砂的分類標準，會寶嶺鐵礦有限公司尾砂屬于中細砂，適合全尾砂充填［4］。

2 充填工藝及施工組織

2.1 充填料漿的制備

充填料漿采用全尾砂和水為原料進行制備。選廠產出的全尾砂用砂泵揚送到尾砂泵房尾砂池，再由渣漿泵揚送到砂倉內脫水。進行全尾砂充填時，打開砂倉底部閥門放砂，將砂倉底流高濃度的尾砂送到高濃度攪拌槽進行攪拌。制備好的充填料通過充填鉆孔輸送到井下充填采場進行充填。會寶嶺鐵礦最大充填倍線約為18.7，初期最大充填倍線為6.2。

2.2 充填料輸送技術

初期通過管路高濃度自流送入采場，中后期隨著水平管路距離的增加采用加壓輸送。一段充填鉆孔為+90～－60 m水平，經－60 m水平800 m長水平管路輸送至各個采場采空區;二段充填鉆孔為－60～－340 m水平，經－340 m水平南沿脈600 m長水平管路以及北沿脈1000 m長水平管路輸送至各個采場采空區。

為保證充填料的順利輸送，確定充填體的最大充填濃度為75%。

2.3 濾水設施的加工

濾水設施包括濾水管、濾布、牽引鋼絲繩、固定錨桿等。

濾水管采用硬質波紋管，管內徑為150 mm，管壁濾水孔為梅花形排列，孔徑為10 mm，每圈波紋管鉆孔6個。鉆孔位置設置在波紋管的凹陷槽內，并在濾水管上敷設單層濾水濾布(80目濾布)，內層濾水濾布為土工布，外層濾水濾布為麻布。濾水濾布單層縫制成內直徑大于110 mm左右長袋，長度大于單段濾水管長度，濾水濾布包扎在濾水管外，用棉線縫合，能保證有較好的濾水效果。

2.4 充填擋墻的砌筑

礦房回采結束后，各出礦進路礦石出空露出空區，在靠近空區5m位置砌筑充填擋墻。擋墻采用先刻槽再砌筑方式，兩幫刻槽高度2.4 m，槽體深度0.5 m，寬度0.5 m，刻槽完成后扎鋼筋網，網格300 mm×300 mm，擋墻頂部采用φ28螺紋鋼打錨桿，錨桿長度2m外露1m，然后進行混凝土支模砌筑，砌筑時預留700 mm×700 mm觀察窗作為施工人員進出的通道。濾水設施以及充填擋墻圖詳見圖2。

圖2 濾水設施以及充填擋墻Fig.2 W ater treatment facilities and the filling retaining wall

3 充填中遇到的問題及改進措施

3.1 跑漿隱患防范措施

如圖2中所示，濾水管從上水平經過空區下放到底部聯接到擋墻上，濾水管暴露在采空區內時間較長，采空區頂部有浮石掉落隱患，會有砸壞濾水管的可能。濾水管砸壞后會有跑漿現象。采取在擋墻濾水管外口將法蘭盤和土工布固定在濾水管口上，并留有一定的濾水間隙。當發生跑漿現象時，將法蘭盤緊固，密封濾水管口，以防大面積跑漿。

3.2 脫水方式的優化

由于礦山充填強度較大，而濾水只能從兩側和底部濾水，尾砂屬于中細砂，濾水速度達到設計要求，但滿足不了礦山充填強度對濾水率的要求。采取在礦房下盤底部巷道內向上打泄水鉆孔輔助脫水，泄水鉆孔按照一定的設計高度布設，泄水鉆孔底部采用球閥封閉。隨著充填的進行充填體頂部清水可以通過泄水鉆孔排出礦房，當泄水孔出現渾水或少量含砂礦漿，則將底部球閥關閉。

3.4 充填體礦柱地質條件影響

礦山主要巖性為黑云角閃片巖，節理較發育，層理較明顯。經現場充填實踐發現，充填體邊幫及礦柱有裂隙通往礦房外部，隨著充填體高度的增加，靜水壓力增大，有少量含砂礦漿會順著節理裂縫外滲。為防止礦漿外滲造成裂隙增大，同時阻止充填體內部水力通道，采取在擋墻周邊噴漿及破碎地帶注漿的措施，更好的封堵裂隙，確保充填安全。

4 結論

(1)全尾砂全粒級非膠結充填，減少了尾砂向地面尾礦壩輸送以及地表堆放，避免占用大面積土地;全尾砂以高濃度沖入采空區，減少地面排放，提高輸送能力，實現礦山無固廢排放。

(2)通過尾礦砂物理力學性質以及尾礦砂級配指標統計表可以看出該礦尾砂為中細砂，尾砂的粒級分布較好，濾水速度良好，適合采用非膠結充填。

(3)會寶嶺鐵礦在高充填倍線情況下實現了尾砂自流，但當濃度變高時或者采用膏體充填時需要進行加壓。

(4)充填進度、濾水速度、頂水高度的關系，需要進一步實踐摸索。

(5)礦山實行“隔一采一”，待充填礦房充填體穩定后再開采相鄰礦房，礦房充填完成后需要經過多久的濾水周期，才能確保相鄰礦房回采爆破的安全，還需要進一步試驗研究。

［1］ 周愛民.礦山廢料膠結充填［M］.北京:冶金工業出版社，2007.

Zhou Aimin.Mine Waste Cement Filling［M］.Beijing:Metallurgical Industry Press，2007.

［2］ 劉再濤.緩傾斜破碎礦體全廢石充填采礦法的應用［J］.現代礦業，2013(4):62-63.

Liu Zaitao.The whole waste rock fillingminingmethod of application in gently inclined ore crushing［J］.Modern Mining，2013(4):62-63.

［3］ 張盛祥，王偉杰.高濃度全尾砂結構流膠結充填材料試驗研究［J］.現代礦業，2014(5):6-7.

Zhang Shengxiang，WangWeijie.Experimental study on high concentrations of full tailings structure stream cement filling material［J］.Modern Mining，2014(5):6-7.

［4］ 汪振鵬.淺談全尾砂高濃度充填技術在深井礦山的應用［J］.現代礦業，2010(9):76-77.

Wang Zhenpeng.On the application of a full tailings high concentrations filling techniques in deep mines［J］.Modern Mining，2010 (9):76-77.