玲瓏金礦全尾砂充填工業應用*

張雪楣，劉 明，李蕭翰，劉志祥

(1.山東黃金礦業(玲瓏)有限公司， 山東 招遠市 261441；2.中南大學 資源與安全工程學院， 湖南 長沙 410083)

玲瓏金礦全尾砂充填工業應用*

張雪楣1，劉 明1，李蕭翰2，劉志祥2

(1.山東黃金礦業(玲瓏)有限公司， 山東 招遠市 261441；2.中南大學 資源與安全工程學院， 湖南 長沙 410083)

為實現玲瓏金礦無尾礦山建設，進行了全尾砂充填研究。針對玲瓏金礦充填倍線高的特點，重點研究了全尾砂充填管道與管網設計、充填站建設、空區及廢舊巷道充填工藝、充填擋墻設計和充填接頂工藝，成功實現了全尾砂充填。結果表明充填站布置合理，充填擋墻可有效封堵充填料漿，脫水效率快，空區及廢舊巷道充填接頂效果好。全尾砂充填工藝在玲瓏金礦的成功應用，為類似無尾礦山建設提供了參考經驗。

全尾砂充填；充填工藝；充填擋墻；接頂工藝

1 研究背景

山東黃金礦業(玲瓏)有限公司玲瓏礦區由西山坑口、東風礦區、九曲分礦三個獨立的井下生產單位和玲瓏選廠組成。西山坑口采礦規模650 t/d；九曲分礦生產規模1500 t/d，礦山準備進一步擴產達到2000 t/d；東風礦區為新成立的礦區，生產能力2000 t/d。礦山開采過程中形成了大量采空區，危及礦山安全開采。隨著礦山開采規模不斷擴大和礦石開采總量不斷增長，產生尾砂數量也不斷增加，主要存放在尾礦庫。玲瓏尾礦庫經多次擴建改造，根據2011年實測，玲瓏尾礦庫保有有效庫容約117.5萬m3，服務年限僅為1.5 a。此外，尾礦庫具備很高的勢能，是人為形成的潛在泥石流危險源，是礦山三大控制性工程之一，其安全穩定性直接關系到周邊居民生命財產安全以及自然環境，現今尾礦庫容已達到其設計容量，存在極大的安全隱患。同時，在尾礦庫的維護與監管上也要投入巨大的人力、物力，成本高。因此，解決玲瓏金礦的尾砂問題迫在眉睫。

為了對玲瓏金礦的開采廢棄物進行綜合利用與處理，進一步保護環境、減少污染，從而實現玲瓏金礦的無廢開采，提出將采礦產生的全部尾砂回填井下，即采用全尾砂充填。

2 充填管道與管網設計

根據玲瓏金礦目前采空區分布狀況，對采空區充填前各礦段充填管道的充填倍線等參數進行計算，進而設計充填管道與管網。

2.1 充填倍線計算

充填倍線計算公式：

N=L/H

式中，N為充填倍線；L為充填管路總長度；H為充填管道起點和終點的高差。

計算結果顯示，玲瓏金礦充填倍線較高，西山礦區最大充填倍線達到62.975，東山礦區最大充填倍線為106.2，通常自流輸送充填料漿的倍線要求在7以下，因此在充填倍線大于7的中段，料漿無法自流輸送，必須用泵壓輸送方式才能實現充填。考慮到工程實際狀況，綜合國內各種充填料漿輸送泵的型號與價格，西山充填最終選擇往復式柱塞泥漿泵(NB400-80/6型)輸送料漿進行玲瓏金礦西山礦區井下充填；東山充填最終選擇飛翼公司HBT80.21.220S型號的混凝土泵輸送料漿進行玲瓏金礦九曲礦區井下空區充填。

2.2 充填管網設計

(1) 西山礦區充填管網布置。西山礦區目前沒有充填系統，已開采至-420 m中段，隨著礦床往深部開采，地壓顯現越來越明顯，必須采用充填采礦法開采下部礦體。因此，西山礦區充填系統建設既要考慮礦區生產充填，又要考慮采空區和廢舊巷道充填，充填管網布置如圖1所示。

(2) 東山礦區大開頭及九曲礦段充填管網布置。東山礦區包括九曲礦段和大開頭礦段，東山礦區目前正在建設一套充填系統，可實現東山礦區九曲礦段和大開頭礦段的生產充填，但沒有空區充填的富余能力。九曲礦段和大開頭礦前上部存在大量采空區，為實現玲瓏金礦取消尾礦庫，必須新建設充填系統。

圖1西山礦區充填管網布置

3 充填工藝及應用

3.1 充填站

分別在212平硐及230平硐外開闊地建設充填站。西山充填站負責西山生產及空區充填，充填能力為60～70 m3/h。建設兩個尾砂倉，一個水泥倉，一個攪拌桶，一個充填泵。九曲充填系統充填能力70～80 m3/h。建設兩個尾砂倉，一個水泥倉，一個攪拌桶，一個充填泵，一個深錐濃密機。

西山充填站至230硐口輸送管路約30～50 m，由于充填站高壓差不足以自流輸送料漿至230平硐，因此需設立充填泵，將料漿輸送至平硐內。充填泵需克服阻力5.13 MPa。東山新建充填站至東山206平硐口輸送管路30～50 m，由于充填站高壓差不足以自流輸送料漿至206平硐，因此需設立充填泵，將料漿輸送至平硐內。需克服阻力9.76 MPa。

3.2 空區及廢舊巷道充填工藝

采空區充填前，首先需架設密閉墻，用以封閉采空區的所有出口，密閉墻上設置兩個泄水管，泄水管上需鉆泄水孔，其上覆一層土篷布，密閉墻需保證堅實、封堵嚴密，確保不漏漿。平巷工程斷面設計約4.21 m2，其數值應根據采場或空區實際情況確定。另需注意，平巷工程應布置在空區頂板下盤巖石移動界線外，以保證安全。充填作業結束后，該平巷即可作為運輸巷道用于回采殘礦。掘斷面2 m×2 m的水平巷道直達空區，充填管路經由此巷道鋪設至空區充填口，充填口處巷道底板標高應比空區頂板標高低1～1.5 m。

為了盡快排出采場內充填體的滲流水分，在充填擋墻上布置合理的排水孔。設計排水孔的排距和間距0.9～1.0 m，排水孔布置呈梅花形排列，向擋墻外有5%的角度，以有利于水分的迅速排出。排水孔內布置排水管，排水管選用直徑60 mm的無縫鋼管。為了排水孔通暢不堵塞以及防止充填料漿外流，排水孔的進口處要設置料漿反濾層，反濾層的材料為100目尼龍濾布。在充填擋墻砌筑后，在擋墻的后面鋪3～4層100目尼龍濾布，將其拉直使其承受一定的應力。

對廢舊巷道進行充填時，每隔50～60 m設置密閉墻，用于實現對充填漿液的封堵。玲瓏金礦空區充填廢舊巷道斷面規格3.6 m×3.3 m，設計每次充填廢舊巷道長度25 m。擬在充填進路入口處搭設充填擋墻，距入口處10～15 m處設脫水籠，脫水籠距底板高度約0.5 m。充填管及排氣脫水管用管道固定吊架懸掛于頂板之上深入采空區內部。考慮到充填管及排氣脫水管的成本均較低，為保證充填效果，充填結束后管道留在采空區內部，不予取出。此外，為加快充填體脫水及脫水效果，在料漿進入空區之前可采用充填濾水器進行部分脫水，增加進入空區內充填料漿的密度，減小充填體的脫水難度。其設計如圖2所示。

圖2 充填方案設計

3.3 充填擋墻

對于玲瓏金礦空區和廢舊巷道充填封堵巷道多、充填高度大的特點，采用木立柱支撐擋墻設計方案。

木立柱支撐擋墻用木立柱作為支架，木立柱直徑15～18 cm，木立柱支架形成后在靠采場一側釘木板，木板寬度為15 cm，木板間距為25 cm，木板的厚度3 cm，木板與木立柱用鐵釘固定，而后在木板上安裝金屬網，最后鋪上麻袋布。考慮充填過程中，擋墻所受的壓力較高(約0.2 MPa)，為此在充填擋墻最外端加三根廢舊鋼軌(鋼管)，廢舊鋼軌(鋼管)與巖壁之間用錨桿聯接。木立柱支撐擋墻結構見圖3。

圖3 木立柱支撐擋墻結構

3.4 充填接頂工藝

根據玲瓏金礦實際情況，采用下向微傾斜充填接頂工藝，如圖4所示。

首先礦房區兩側聯絡道充填超高一層。進路采完后，放炮挑頂打通聯絡道，這樣就形成了一個高差。設置隔離墻，然后架設充填管道，用全尾砂充填。需進行2次或3次充填，最后一次充填澆面并接頂。

充填管路使用充填塑料軟管，在隔離木板上方適當位置，預先鋪設一根，懸掛在空區頂板上。為方便進路充填接頂，下料口離進路盡頭應小于10 m。使用快速接頭將軟管與主充填管聯接起來，以保證充填引路水及洗管水不流入進路。一期進路充填前，在進路口處架設密閉墻。同時，為避免加寬聯絡道，進而影響聯絡道穩定性，應將密閉墻盡可能靠外布置。二期進路充填時，可同時充填多條進路，共用一個密閉墻，并將其架設在分層聯絡道內。在靠分段平巷一側，沿礦體傾向架設一條鋼溜井。用4塊鋼板焊接成直徑1.5 、長1 m的鋼筒，鋼筒節與節之間焊接牢固，并密封以防止跑漿。在每個聯絡道內架設一條人行泄水天井。其采用圓木加背板架設而成，即圓木方框外釘背板，再包以紗布，并用板條釘牢。進路全高進行兩次充填，即第一次充填1.5 m高，一天后，再充填剩余空間。這樣既可減少充填料對密閉墻的壓力，又可確保較好的充填接頂效果。采用沿圓木支架架設隔離木板，木板內側鋪雙層濾水紗布的隔離墻，脫水效果較好[10]。

該充填接頂工藝，充填下料口位于最高點，充填料漿可以自流充填四周空區，充填后未出現局部超挖，其頂部輪廓規整，充填效果較好。

圖4 微傾斜進路充填

4 結 語

(1) 西山礦區上部采空區充填時，充填倍線高，使用泵壓輸送方式實現了空區充填。大開頭和九曲礦段上部采空區充填時，克服了充填料漿輸送距離遠、充填倍線高的技術難題。

(2) 充填站布置合理，料漿輸送距離近，無需跨越東西山之間的公路和峽谷進行輸送，可大大增加料漿輸送效率，減小礦山輸送成本。

(3) 空區及廢舊巷道充填工藝合理，與玲瓏金礦現場實際情況匹配較好；充填擋墻有效的封堵了充填料漿，脫水效率快，充填接頂效果好。

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2017-05-24)

國家自然科學基金項目(51674288).