有色金屬采礦中高水固結充填采礦法的應用策略

朱杰明

（中國有色金屬工業昆明勘察設計研究院有限公司，云南 昆明 650500）

我國在有色金屬采礦作業中所應用的技術已經比較成熟，尤其是在當今社會經濟發展與科學技術進步的帶動作用下，我國更是對有色金屬的采礦技術進行了深入研究。在當今，最具技術優勢且最受人們關注的一種有色金屬采礦技術就是高水固結充填技術，這種技術主要是借助于高水速凝法來進行有色金屬的開采，它不僅有著高效性和經濟性等的諸多優勢，同時也具備良好的環保效果。因此，在當今的有色金屬開采作業中，采礦企業應加強該技術的研究，并使其在具體的有色金屬采礦中得以合理應用。

1 高水固結充填系統分析

1.1 高水固結充填系統概述

在高水固結充填系統中，主要的分系統有兩個，第一是制備運輸系統，第二是自動控制系統。該系統主要的運輸方式是雙管路運輸，這種方式可以將漿料按照不同濃度進行配比，并在具體運輸中對漿料濃度做到良好控制，在有色金屬的高水固結充填采礦作業中有著非常重要的作用。同時，該系統對于高水固結材料的要求也非常高，比如，材料運輸管徑大小、配比濃度大小等，都需要嚴格控制，不可超出誤差允許范圍。另外，該系統的一大優勢就是自動化，通過自動化控制技術的應用，可以讓該系統的使用更加簡單便捷。

1.2 高水固結充填系統工藝設計

在高水固結充填系統中，主要應該從三個方面來對其進行工藝設計：第一是工藝配置設計，主要包括金砂管設計、放砂管設計、砂倉設計以及旋流器設計等。因其組成部分非常多，且每一個零件的作用都非常重要，所以設計中應全面做好細節的控制。第二是材料運輸工藝設計，具體設計中，需要對材料運輸工藝加以全面完善。在此過程中，需要對漿料濃度以及輸送能力等各方面內容加以全面分析，以此來發揮出材料運輸在高水固結充填系統中的重要作用[1]。第三是回采工藝設計，在高水固結充填系統中，回采工藝也是一項非常重要的工作任務。通常情況下，回采工藝主要通過聚集回采法來進行，在此過程中需要嚴格控制爆破位置，借助于電動鏟運機來進行回采，整個的操作都在工作面上進行。

2 高水固結充填采礦技術原理分析

在通過高水固結充填技術進行有色金屬的采礦過程中，其本質就是將高水材料作為充填的膠凝材料，代替傳統充填工藝中的水泥材料來進行尾砂膠結充填，具體充填過程中，其骨料全部是全尾砂。

高水材料屬于一種早強型、速凝型，且能夠在水灰比較大的條件下實現良好硬化的水硬性交界材料。這種材料凝結成的固體可以達到其自身體積的9倍，其主要工藝參數如下：

表1 高水凝結充填材料的主要工藝參數

按照現場的實際技術要求以及工藝設備實際條件，充填漿料濃度可以控制在30%-70%，在將高水固結充填漿料充入到現場之后，不需要進行脫水處理便可使其快速凝結到固體狀態的充填體[2]。相比較普通形式的膠結充填而言，高水固結充填的漿料有著更大的濃度范圍，其凝固速度更快，不需要脫水，其接頂效果也更好。所以，該技術的應用可以讓有色金屬礦井下的污染得以有效降低，并進一步減輕工作人員在采礦作業中的勞動強度，其應用優勢十分顯著。

3 高水固結充填采礦技術在有色金屬采礦中的具體應用分析

本次所分析的是錫礦山銻礦開采過程中的全尾砂高水固結充填采礦技術應用。其具體的工藝要求如下：

表2 錫礦山銻礦開采中的高水固結充填技術具體工藝要求

下圖為錫礦山銻礦采礦中高水固結充填工藝示意圖。

圖1 錫礦山銻礦采礦中高水固結充填工藝示意圖

在上圖中，序號1為濃度計；序號2為流量計；序號3為攪拌桶；序號4為螺旋秤；序號5為彈性葉輪給料機；序號6為水泥罐車；序號7為流量計；序號8為螺旋給料機；序號9為砂漿；序號10為乙充填料尾砂漿運輸管；序號11為甲充填料尾砂漿運輸管；序號12為混合器。

3.1 充填試驗面基本概況

本次所研究的某錫礦山銻礦工作試驗面的標高是-143m~-187m，與之相對應的地表標高是171.2m~179.1m，工作面的長度平均值是50m,傾斜長度是220m，銻礦厚度在3.5m~4.3m之間，傾角在10°~13°之間，工作面的埋深在315.1m~365.9m之間。在該試驗面北側，將七采回風下山銻柱線作為邊界，西側與F10斷層之間的距離為20m，東側和工作面副巷之間的距離是10m，該工作面的走向長度是50m，傾向長度是245m，可以開采的長度是220m。該工作面的標高處在-140m~-190m之間。其試驗面布置為傾斜型，并通過仰斜法進行開采。工作面的回風斜巷和運輸斜巷都屬于矩形斷面，其寬度為4.5m，高度為2.7m，切眼斷面也是矩形，其寬度是5.6m，高度為2.5m，切眼頂板通過錨網梁進行支護。

3.2 充填工藝系統具體設計分析

在具體的充填工藝設計中，首先根據實際情況與采礦需求來進行充填制漿設備以及泵站的合理布設。其泵站系統的主要組成部分包括粉料倉、配料和承重系統（粉料配料裝置和水稱量裝置）、攪拌系統、卸料系統、儲漿系統以及動力供應系統。

3.2.1 確定漿液輸送能力

在對漿液輸送能力進行確定的過程中，一定要將錫礦山銻礦生產能力的實際要求作為依據來加以確定。在本次所研究的錫礦山銻礦開采過程中，需要進行充填處理的采空區域大約是588m3，對于這個采空區域，其充填空間可以按照整體區域的90%來進行計算，根據計算可知，該采空區域需要進行充填的實際空間大小約為530m3。具體充填作業中，按照“三八”制度進行作業，每一天安排一個充填班，并將有效的充填時間設定為5h，由此可計算出，該充填系統的漿液輸送能力應該在106m3/h以上[3]。具體充填施工中，出于對充填系統作業過程中的實際效率考慮，將其漿液輸送能力設定在了120m3/h，這樣就可以有效滿足實際的充填需求。

3.2.2 主要的充填漿料運輸設備選擇

在通過高水固結充填技術進行有色金屬采礦中的采空區域充填過程中，主要運輸設備的合理選擇是保障充填效果的關鍵。所以在具體充填施工中，采礦企業一定要注重其主要運輸設備選型的 合理性，以此來保障充填質量。在本次充填施工中，主要的充填漿料運輸設備選型情況如下：

表3 本次充填施工中主要的充填漿料運輸設備選型情況

3.2.3 漿料輸送管路系統設計

在具體的高水固結充填技術應用中，充填材料主要借助于輸送管路被輸送到采空區域內。試驗工作面上的輸送管路是由兩路所組成，每一個管路的長度均為1500m左右。在對漿料輸送管路系統進行設計的過程中，主要應該對其規格、彎段安裝傾斜度、直段安裝傾斜度、長度增減情況以及具體的連接進行綜合考慮，保障所有項目均滿足實際要求[4]。通過這樣的方式，才可以有效保障漿料的輸送效果與采空區域的填充效果，讓高水固結充填采礦技術的優勢得以充分發揮。

3.2.4 混合系統設計

在對混合系統進行設計的過程中，應該保障其材質、長度以及截面都與采礦工程中的實際要求相符。具體設計中，可以將混合裝置設計為混合管或者是混合槽形式。中間裝置的主要組成部分是三通以及混合攪拌容器，借助于中間裝置，將兩種漿體轉入到混合管或者是混合槽內，以此來達到初步混合效果。這樣才可以讓充填漿料的混合效果可以滿足實際設計要求，保障采空區域的高水固結充填質量。

3.3 高水固結充填采礦技術的社會效益

在進行有色金屬的采礦過程中，通過高水固結充填采礦技術的合理應用，可以讓采空區域得到有效充填，避免采空區域塌陷對采礦工作順利進行的影響，防止人員傷亡、設備損壞等的安全事故發生。同時，通過該技術的應用，也可以盡最大限度降低采礦作業對環境造成的污染，并在很大程度上實現采礦企業經濟效益的進一步提升。由此可見，該技術的社會效益十分顯著。

4 結束語

綜上所述，有色金屬在當今社會的需求量正在日益增長，而有色金屬的采礦工作也開始被社會各界所重視。在進行有色金屬的采礦作業中，高水固結充填技術是充填采空區域、防止塌方等安全事故的重要技術。因該技術的使用成本低、填充效果好、環保性強等的諸多優勢，使其在我國的有色金屬采礦作業中得到了廣泛應用，并發揮著非常顯著的社會效益。因此，在具體的有色金屬采礦工作中，采礦企業應注重該技術的合理應用，充分發揮出其技術優勢，滿足社會所需，促進有色金屬采礦行業的良好發展。