召口礦膠結(jié)充填技術(shù)應(yīng)用

解文強(qiáng)（山東金嶺礦業(yè)股份有限公司 山東淄博 255080）

目前，許多地方出現(xiàn)“天坑”現(xiàn)象，除了部分屬于科斯特地區(qū)地質(zhì)原因，有相當(dāng)大的部分為礦山地下采空區(qū)引起的。地下采空區(qū)隱伏性強(qiáng)、空間分布特征規(guī)律性差，采空區(qū)頂板冒落塌陷難以預(yù)測(cè)。20世紀(jì)末，礦業(yè)開采秩序較為混亂，非法無序開采，越界搶采等各種現(xiàn)象造成礦山及周邊形成大量采空區(qū)，嚴(yán)重影響地表農(nóng)田資源的利用，造成部分地表建筑物塌陷等。治理采空區(qū)是礦山企業(yè)應(yīng)盡的義務(wù)，但如何有效的治理采空區(qū)成為了關(guān)鍵。結(jié)合召口礦采空區(qū)實(shí)際情況進(jìn)行膠結(jié)充填治理。

1 采空區(qū)現(xiàn)狀

井下膠結(jié)充填料漿配料表充填配比1∶4充填配比 1：8。

召口礦年產(chǎn)礦石75×104t/a，采用階段礦房嗣后膠結(jié)充填法回采礦石。召口礦周邊有多個(gè)民營礦山企業(yè)，由于其存在越界搶采情況，造成井下采空區(qū)相互貫通，采空區(qū)暴露面積增大，導(dǎo)致礦床采空區(qū)圍巖受力條件發(fā)生變化，引起采空區(qū)冒落及部分礦柱倒塌，形成重大安全隱患。由于采空區(qū)犬牙交錯(cuò)且相互貫通，矸石充填及一般的膠結(jié)充填[2]無法有效的解決采空區(qū)問題。

2 采空區(qū)治理方案

2.1 采空區(qū)確定

由于民營礦山企業(yè)越界搶采，采空區(qū)大小位置無法確定，為了確定采空區(qū)大小及位置，主要采取以下措施：在地表進(jìn)行物探；在井下進(jìn)行鉆探；施工平巷進(jìn)入民營礦山企業(yè)越界水平對(duì)采空區(qū)進(jìn)行實(shí)地勘察，確定采空區(qū)大小及位置。確認(rèn)采空區(qū)為70×104m3，相對(duì)獨(dú)立的采空區(qū)有 2 個(gè)，大小為 1×104m3、2×104m3。 空區(qū)范圍為 -260m～-500m，有 -310m、-370m、-430m、-500m四個(gè)階段水平。

2.2 充填工藝

針對(duì)采空區(qū)較多、且相互交錯(cuò)和部分獨(dú)立采空區(qū)共存的情況，為了有效的充填采空區(qū)，采取地表鉆孔充填和井下膠結(jié)充填法進(jìn)行治理。井下膠結(jié)充填法：在設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)采準(zhǔn)工程采用鋼筋混凝土密閉墻將所需充填的空區(qū)進(jìn)行密閉，形成一個(gè)相對(duì)封閉的系統(tǒng)，利用地表膠充站造漿，通過膠充管路將充填料輸送至空區(qū)，濾水后形成一定強(qiáng)度的充填體。地表鉆孔充填：在地表施工鉆孔到達(dá)采空區(qū)頂部，設(shè)好套管，通過膠充管路將膠充站充填料輸送至空區(qū)，濾水后形成一定強(qiáng)度的充填體。

2.2.1 充填路線

1#膠充站經(jīng)地表副井—-310m水平—充填人行—-430m水平將充填料輸送至空區(qū)。

2#膠充站經(jīng)地表鉆孔—充填料輸送至空區(qū)。

2.2.2 充填配比

根據(jù)該區(qū)域的實(shí)際情況，今后要恢復(fù)采礦工作。要采礦區(qū)域充填體強(qiáng)度不低于2.5MPa，充填配比取1∶4;只充填空區(qū)區(qū)域充填強(qiáng)度不低于0.5MPa，充填配比取1：8。其中-430m～-500m之間充填配比取1：4，空區(qū)量為40×104m3；-430m以上充填配比區(qū)1∶8，空區(qū)量為 30×104m3。

料漿濃度均為55%，料漿富余系數(shù)為1.1，根據(jù)膠充經(jīng)驗(yàn)及參數(shù)，膠結(jié)料漿凝固系數(shù)取0.8。

2.2.3 充填倍線

從-370m水平充填倍線：1400/400=3.5

從-430m水平充填倍線：1500/460=3.26

地表鉆孔充填倍線：400/290=1.38

最大倍線能夠滿足自流料漿的要求，料漿可沿線路自流至井下各充填地點(diǎn)，如加速充填料漿流速，可采用渣漿泵增壓輸送。

2.2.4 濾水

濾水是膠結(jié)充填的重要環(huán)節(jié)之一，能否及時(shí)濾水對(duì)充填體強(qiáng)度、凝固期及密閉墻承壓高度具有至關(guān)重要性。濾水管合理的敷設(shè)不僅可以將水濾出，還可以推測(cè)漿面的位置。

放水管的選擇：根據(jù)膠充配比、實(shí)際濾水量及井下密閉墻分布情況，確定放水管。理論推算充填1×104m3膠固體需濾出水1654m3，在充填能力達(dá)到8×104m3/月時(shí)，每小時(shí)需要濾水量為8×1654/30/24=18.4m3，考慮不均衡系數(shù)取1.1。根據(jù)各泵房的運(yùn)行記錄，-500m以上空區(qū)涌水量63m3/h，考慮不均衡系數(shù)取1.2，空區(qū)整體密閉后空區(qū)水需全部由放水管排出，合計(jì)水量為63*1.2+19.3*1.1=96.83m3/h。

在水位高取2m時(shí)，計(jì)算清水流速為6.1m/s。當(dāng)出水量為96.83m3/h，計(jì)算清水流速為13.7m/s，每道墻上有三根管徑DN50管路，三個(gè)管路滿足放水要求。

考慮堵孔等因素密閉墻設(shè)置放水管3個(gè)，位于密閉墻底、中、頂部，距頂、底板各0.5m一個(gè)、中間一個(gè)，管徑Φ50mm，伸出密閉墻內(nèi)約40cm，外50cm，外設(shè)閥門，閥門強(qiáng)度為2.5MPa。因中段水平密閉墻數(shù)量較少，濾水條件相對(duì)較差，在安設(shè)放水管時(shí)增加至4個(gè)，以加強(qiáng)放水。

充填到密閉墻位置時(shí)放出清水，見濘水時(shí)關(guān)閉閥門，并設(shè)專人看管。

根據(jù)充填口位置及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，再利用深孔鉆機(jī)施工放水孔加強(qiáng)放水。

2.2.5 尾砂來源

尾砂來自金嶺鐵礦選礦廠尾砂[3]及尾礦庫尾砂。

3 密閉墻施工工藝

3.1 密閉墻參數(shù)計(jì)算

密閉墻采用噴射混凝土方式施工，混凝土的強(qiáng)度不低于C15，混凝土配比（重量比）水泥：沙子：石子為 1：1.5：1.5。

從安全角度出發(fā)，按照擋水墻理論計(jì)算密閉墻厚度，根據(jù)矩形隔水墻理論，按粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行厚度計(jì)算[4]。

D=λhab/2mnτ(a+b)（m）

式中：d—密閉墻厚度，m；

a—巷道寬度，m；

b—巷道高度，m；

λ—超載系數(shù)，取1.2～1.3，計(jì)算時(shí)取1.25；

m—工作條件系數(shù)，取0.5～0.7，計(jì)算時(shí)取0.6；

n—粘結(jié)強(qiáng)度與抗堿強(qiáng)度比，取0.5～0.7，計(jì)算時(shí)取0.6；

h—作用在密閉墻的單位壓力，MPa；（100米高的充填料漿壓力為1.47MPa）

τ—密閉材料的抗剪計(jì)算強(qiáng)度，計(jì)算時(shí)按噴射砼實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)抗壓強(qiáng)度的15%取值（抗壓強(qiáng)度8.6MPa），取值為1.29MPa。

密閉墻斷面按3.3×3.0m2計(jì)算，充填料比重按1.47g/cm3計(jì)算；利用各分段施工的密閉墻放水管及補(bǔ)設(shè)的放水孔進(jìn)行放水，充填中能夠經(jīng)過充分的濾放水。因該區(qū)域面積大及采準(zhǔn)工程實(shí)際分段高度，本密閉墻計(jì)算按照26m承壓高度計(jì)算：

d=1.25×1.47×0.26×3.3×3/[2×0.6×0.6×1.29×(3.3+3)]≈0.808m，取 1m。

3.2 密閉墻施工

3.2.1 施工工藝:采用噴射混凝土施工密閉墻,厚度按照設(shè)計(jì)厚度施工。

3.2.2 剔槽：-310、-370、-430、-500m水平的密閉墻剔槽， 深度為0.433m，來壓方向角度60°,那面30°。

3.2.3 密閉墻四周設(shè)置錨桿和配筋

錨桿：為加強(qiáng)密閉墻和巷道的粘結(jié)強(qiáng)度和安全系數(shù)，施工時(shí)要求沿密閉墻周遍敷設(shè)1排錨桿，錨桿敷設(shè)在密閉墻的中間部位，長度1.5m，露出長度0.5m。每道墻需要均勻布置12根錨桿（布置見圖1）。

鋼筋：在墻內(nèi)配Φ16@200鋼筋網(wǎng),每道墻需鋼筋約140m。法蘭盤：為防止墻內(nèi)管道壓力來臨時(shí)脫出，要求每根管道上設(shè)置法蘭盤（1道）起阻擋作用。

圖1 密閉墻施工剖面圖

4 施工要求

4.1 施工前巷道底板要清除余碴至基巖石，并用高壓水沖洗干凈.

4.2 應(yīng)優(yōu)先選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，水泥強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于32.5MPa。

4.3 按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行驗(yàn)收。

5 膠充站

兩個(gè)膠充站膠充能力合計(jì)為8×104m3/月。

5.1 膠充工藝流程

壓濾尾砂→鏟車上料→螺旋攪拌給料機(jī)攪拌成粗碎尾砂→皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸→立式鏈條攪拌機(jī)加水?dāng)嚢璩扇采皾{→立式雙向攪拌機(jī)加膠固粉攪拌成膠充料漿→放料漏斗過濾→渣漿泵提壓→流量計(jì)計(jì)量→通過膠充管輸送至鉆孔（鉆孔處設(shè)放料漏斗）→井下空區(qū)

圖2 膠充工藝流程圖

5.2 膠充站布置示意圖

圖3 膠充站布置示意圖

6 結(jié)語

充填有效合理，保證了-500m礦石的回采，同時(shí)充填治理的采空區(qū)消除了安全隱患，防止了大范圍的地質(zhì)災(zāi)害，為具有相似情況的礦山提供了一定的參考價(jià)值。

[1]王新民,深井礦山充填理論與技術(shù).

[2]周瑞林,分級(jí)尾砂膠結(jié)充填在武山銅礦的應(yīng)用[J].有色金屬（礦山部分）,2010,62(3):1-2.