非煤礦山井下采空區接頂充填管路安裝技術創新研究

楊玨 吳憲楚 劉太取 支偉

摘要： 本文主要分析關于礦山井下采空區治理充填工藝中管路安裝的技術創新，是采空區內充填接頂率提高的重要手段，通過長時間充填工作的運行及多個采場的接頂率成果分析，對充填材料管道運輸所涉及到的主要理論和技術問題進行了綜合性研究，經過充填采場試驗得出結論，在技術成果方面取得了較好的效果，可供其他相似礦山采礦充填工藝應用參考，施工中既減少充填管路材料安裝使用成本，降低施工工藝的安全風險，對采空區最后接頂率環節也滿足設計要求，研究成果對采空區結頂方面具有較高方案優化意義。

關鍵詞：技術創新、采空區、管路安裝、充填結頂

一、 前言

廣西中金嶺南礦業有限責任公司盤龍鉛鋅礦目前主要采礦方法為淺孔留礦法進行開采，且前期開采后的空區并未及時進行充填處理。經多年開采，井下存在大量采空區，采空區已造成地表的局部塌陷，是礦山開采的重大安全隱患。考慮到礦區地表環境復雜，礦區水文地質條件復雜，為保證井下開采安全，為此設計地表充填系統，對礦山井下現已存在的采空區及今后新產生的采空區進行充填。新設計的地表充填系統既可滿足現有3000t/d生產能力時的充填要求，又能為今后擴產到6000t/d生產能力時為井下充填方案所利用。根據現有的采礦方法，以及礦山提供的采空區情況，井下充填主要以膠結充填方式進行采空區填充。充填作業由湖南漣邵建設工程（集團）有限責任公司負責施工。

二、充填管路布置

充填站地面標高為+81.5m，井下采空區最近中段采場標高依次為-20m、-70m、-120m、-170m、-220m、-270m、-320m共7個中段水平，距離最遠中段采空區充填高差較大，因此設計從地表充填站附近施工充填鉆孔，鉆孔布置2個充填孔，雙管下料充填，另布置兩個備用充填鉆孔，防止管道堵塞而影響充填，鉆孔間距3m，鉆孔深度為151.5m，

充填管路敷設于鉆孔中，直通-70m中段充填硐室，經-70m中段充填巷道分區安裝充填管路至各中段采場空區，管口布置從采場天井最高進口進入采空區充填。

三、充填管道選用

1、 充填管道流量

根據充填系統充填能力要求和充填料漿工作流速（充填料漿工作流速取v=2.6m/s），充填管道內經應不小于直徑100mm，充填系統每小時充填流量取140m3/h。

2、充填管道材料

充填管道所受最大壓力，自地表至-320m中段垂直高度約400m，料漿體重取最大1.8t/m3，管道所受最大壓強約7.6MPa，考慮使用時間長，選用主管路與采場充填臨時管道，選用管材為無縫鋼管和陶瓷內襯耐磨充填管，主管路安裝的鉆孔管道及天井內固定管道采用陶瓷內襯耐磨管，外直徑為138mm，內直徑為100mm，管道壁厚為19mm，單根管道重量為98kg/根。采場臨時充填管路，采場充填結束后即將拆除的管道采用無縫鋼管，外直徑為120mm，內直徑為100mm，管道壁厚為10mm，單根管道重量為57kg/根，充填管道長度統一選用3m/根，通過法蘭盤、密封膠墊、螺絲進行連接，充填管彎頭統一選用陶瓷內襯耐磨管，角度選用常用規格參數，不建議使用90度直角彎頭，因受力沖擊磨損較大，容易磨穿爆管引發漏漿環保事故。

四、 采場接頂充填傳統管道安裝

盤龍鉛鋅礦目前所有采場所充填的空區采用的采礦方法為淺孔留礦法，淺孔留礦法是指留礦起到臨時的工作臺作用，不起支撐圍巖的作用，它也是將礦塊劃分為礦房和礦柱兩步驟回采，先采礦房，后采礦柱。本采礦方法將采場兩側或采場間柱中間布置人行通風天井，其目的是為將來回采間柱創造條件，也有的根據具體情況，將天井布置在巖石中，或一個在礦房中央，另一個布置在礦房一側的圍巖中。

人行通風天井聯絡道在人行天井兩側，每隔4米左右開一條聯絡道，使天井與礦房貫通。

五、 采場充填接頂管道安裝創新工藝

為解決傳統采場接頂充填管道安裝方法，提高安全生產穩定，針對此項問題現場勘察研究，決定采用潛孔鉆機（型號：QZJ100B）從采空區以上水平中段施工充填鉆孔進行充填進料，鉆孔Φ130mm，對照采空區頂板測量圖，確定鉆孔施工位置及參數，經過幾個采空區充填結頂試驗成果，達到所理想效果。（如圖所示）

此項技術創新亮點主要是避免施工作業人員在天井和采空區內作業活動時間，降低了作業過程中的主要風險點，在經濟上也節省了材料成本與工期，同時也提高了對采空區的接頂率，達到了接頂設計的要求，為后續采礦工作帶來安全穩定。

六、 結論

1、 盤龍鉛鋅礦現采用的采礦方法為淺孔留礦法，經多年開采，井下已存在大量采空區，為保證礦山開采安全，防止地表塌陷，采用充填采礦法及時跟進采空區充填，2014年充填前采空區為153萬立方，截止目前充填后井下采空區低于50萬立方。

2、 通過長時間使用的管材、彎頭、短管活接、易消耗材料，本應用中所選用的充填管道材料參數，基本符合充填要求，可持續性推廣使用。

3、 充填管路安裝時間一般使用周期每年拆開檢查，測量壁厚磨損程度，磨損現象明顯需及時更換，對潮濕嚴重，腐蝕嚴重地點加強周期檢查。

參考文獻：

[1]河水清、許文遠：高濃度細粒級尾礦充填料漿管道輸送研究[J]有色金屬工程2015年5月（第五卷、增刊1期）.

[2]甘德清、高鋒：高濃度全尾砂料漿管道輸送數值模擬研究[J]金屬礦山2014年，32（10）：138-141.

[3]蘆世俊：全尾砂高濃度充填料漿自流輸送系統分析設計；有色金屬2010（第62卷第2期）.

[4]黃玉誠：礦山充填理論與技術；冶金工業出版社2014-3-1.

（作者單位：湖南漣邵建設工程（集團）有限責任公司）

作者簡介：

楊玨：男，漢族，1988年10月出生于湖南，本科學歷，2007年7月參加工作，采礦工程師，主要負責充填項目技術施工相關工作。

吳憲楚：男，漢族，1982年11月出生于湖南，本科學歷，2002年5月參加工作，測量工程師，主要負責充填項目生產與組織。

劉太取：男，漢族，1972年12月出生于廣東，專科學歷，1991年6月參加工作，采礦工程師，主要負責充填項目技術指導工作。

支偉：男，漢族，1987年2月出生于四川，本科學歷，2011年6月參加工作，采礦工程師，主要負責充填項目攻關，設計與生產。