某礦山細尾砂充填脫水技術探討

李程程

（百源豐礦業有限公司 霍城 845550）

1 礦山開采條件

某礦山為一大型露天轉地下開采礦山，為了保證礦山的安全開采，地下開采采用中深孔房柱嗣后充填采礦法，礦塊沿走向布置，劃分為礦房礦柱進行二步驟開采，礦塊長100m，礦房寬為礦體厚度，礦房與礦房之間留5m 礦柱，礦塊與礦塊之間留10m 礦柱，并留8m底柱，中段高度為50m。礦房回采完畢后采用尾砂膠結充填分層回填采空區。

在充填過程中發現采場充填存在以下問題：

（1）采場尾砂充填為分層充填，每次只充填6 h，充填完畢后待充填體脫水固結后再進行下一次充填。尾砂料漿進入采場后，自然離析，不同粒徑的尾砂自下而上形成分層，粗顆粒尾砂集中在充填體最下面，而細顆粒尾砂集中在充填體上部形成一層泥層，導致后續的充填料漿脫水困難，濾水筒濾水效果越來越差，充填體表面的水無法排干，給井下生產埋下巨大安全隱患。

（2）采用濾水筒進行尾砂脫水，脫出的充填水中含有大量的細粒尾砂，污染井下環境。

（3）濾水筒用麻布、棕皮等材料包裹后置于采空區中，在濾水過程中，麻布等材料易腐爛和破損，且濾水量小，不能滿足尾砂充填脫水的要求。

針對礦山充填脫水的問題，對礦山充填脫水進行了優化，以解決采空區充填的水患問題，提高采場脫水能力。

2 充填材料

（1）尾砂的制備

尾砂的粒徑分布見表1，由表1 可知，尾砂的粒徑極細，含泥量高，-0.037um 的顆粒含量達到了52.31%，以往的研究表明，極細尾砂會降低充填料漿的滲透性，導致料漿在采場中脫水量少。為了保證尾砂充填料漿能及時在采場內脫水，一般由選廠供給的全尾砂漿采用一段分級方式，通過水力旋流器脫去-0.037um 的細粒級尾砂，分級后的尾砂泵送至立式砂倉儲存。在砂倉底部設置風水聯動造漿裝置，充填時將尾砂倉內的尾砂經濃度計和流量計計量后，放至攪拌桶攪拌制備成充填料漿，并通過充填管道輸送至井下采場進行充填。

表1 尾砂粒徑分布

（2）充填料漿配比

根據采礦方法對充填強度的要求，選擇配比為1:4，1:6，1:8，1:10，濃度為62%和68%，水泥為425#水泥進行充填料漿配比試驗，測試不同養護齡期下充填體的抗壓強度及泌水率，試驗結果見表2。由表2可知，充填體的抗壓強度與泌水率與充填料漿配比及料漿濃度呈正相關關系，因此在充填時，應根據強度要求合理選擇充填配比。

（3）充填順序

本充填采場高50m，在充填過程中采用分層充填的方式，第一次充填高度為1m，充填配比為1：4，濃度為68%，第二次充填高度為2m，充填配比為1：10，濃度為68%，其后采用1：6與1：10 的組合分層充填。在充填過程中，作業人員嚴格按照充填配比設計及順序進行充填。

表2 尾砂充填料配比強度測定結果

3 采場脫水方案

目前，國內外礦山采用的采場充填脫水方法主要有脫水井、擋墻脫水、脫水管、鋼筒等。礦山原采用脫水筒進行充填脫水，該方法存在諸多問題，脫水效果差，為此，工程人員提出了采用木擋墻加脫水管的方式進行采場充填脫水。

（1）擋墻設計

充填前需要在采場進路口處選擇合適的位置搭建擋墻，擋墻選用木擋墻結構，采用木板、立柱建立擋墻，擋墻從內至外依次為土工布、木板、立木、橫撐、木撐，擋墻建筑前，內側襯以土工布作為濾水層，并用水泥砂漿將進路與擋墻之間的間隙密閉，防止充填料漿漏漿。然后再搭建木板，每塊木板之間留有5～10mm的縫隙，可加快采場脫水。利用礦山廢棄的木材作為擋墻的立木、橫撐和木撐，直徑均為20cm左右。立木與木板用長釘固牢，并用廢棄鋼絲繩綁扎固定，在立柱中部位置及下部位置處用一根圓木作為橫向支撐，固定在進路圍巖中，加強木擋墻的支撐能力。木擋墻搭建完成后，用2根圓木斜插入地面支撐擋墻，以此提高擋墻的承壓能力。擋墻在搭建中時，需要在擋墻的上部位置留設一個觀察窗口，以及在下部位置留設一個脫水管道口。

（2）脫水管

采場脫水是充填工藝中非常重要的一步，采場脫水速度越快，越有利于充填體形成早強。因此，要求脫水管具有較大的脫水能力。根據現場試驗結果，確定采用濾水管進行采場脫水。濾水管采用直徑100mm 的硬質波紋塑料管，每根濾水管長25m。在下放濾水管之前，首先需要在濾水管上每隔5cm左右布置一排濾水孔，濾水孔每圈5～6 個，直徑約為1cm，兩排之間的濾水孔按菱形交叉布置。濾水孔布置完成以后，在濾水管上包裹2 層濾布，濾布不能包裹太厚，以防阻隔水的流動，濾布采用工業濾布，網格為100目，濾布用細鋼絲捆綁。

濾水管處理好之后，采用寶塔接頭加管卡的方式將濾水管連接起來。每個采場安放濾水管的數量根據采場的大小以及進路的長度來確定。搭接好的濾水管安裝過程為：首先在上中段下放麻繩至下中段，將麻繩固定在濾水管的鋼絲繩上，然后由上中段充填進路中的絞車牽引麻繩將濾水管拖至上中段，采用鋼絲繩和錨桿將濾水管懸吊于充填進路中，防止濾水管掉落。下中段進路中的濾水管固定在木擋墻預留的脫水管孔處，該脫水管孔一般距離巷道底板0.5～1m。

（3）方案實施

充填試驗表明，采用木擋墻和波紋濾水管有效地加快了采場脫水速度，現場實際檢測得到，第一次充填時，充填配比為1:4，濃度為68%的料漿，濾水管和木擋墻的最大脫水速度為51m3/h，第二次充填時，充填配比為1:10，濃度為68%的料漿，濾水管和木擋墻的最大脫水速度為40m3/h。根據采場的脫水速度，基本上每個采場只需要安裝2 根濾水管，即可以滿足采場充填脫水的需求。

4 結語

針對某礦山尾砂膠結充填過程中采場脫水困難、井下環境污染等問題，對礦山充填脫水技術進行了優化，采用木擋墻和波紋濾水管進行采場脫水，取得了較好的效果，結論如下：

（1）采用木擋墻封堵進路，能充分利用礦山的廢棄木材，成本低，取材方便，易于安裝、拆卸和運搬。且木擋墻之間留有空隙，有利于采場脫水，不僅能保證擋墻的強度，而且濾水性好。

（2）采用直徑100mm 的硬質波紋塑料管作為濾水管，在濾水管上布置濾水孔以及包裹濾布，確保濾水管具有良好的透水性，濾水管上部懸掛在充填進路中，下部固定在木擋墻上，確保了安全性。

（3）結合木擋墻和濾水管脫水的優勢，實現了采場快速脫水的目的，最終充填配比為1:4，濃度為68%的料漿時，濾水管和木擋墻的最大脫水速度達到了51m3/h，充填配比為1:10，濃度為68%的料漿時，濾水管和木擋墻的最大脫水速度為40m3/h，縮短了充填時間，充填體提前達到早強。