進路充填隔墻預留濾水裝置研究及實踐

鄭向黨，黨金鵬，李芳，韓懷亮，張巖鋒

(金川集團股份有限公司二礦區，甘肅 金昌市 737100)

0 引言

金川鎳礦發現于1958 年，是世界著名的多金屬共生的大型硫化銅鎳礦床之一，集中分布在龍首山下長6.5 km、寬500 m 的范圍內，已探明的礦石儲量為5.2 億t，鎳金屬儲量550 萬t，列世界同類礦床第3 位，銅金屬儲量343 萬t，居中國第2 位。伴生鈷、銅、銀、鉑族等17 種元素，現可回收利用14 種，共分4 個礦區，從東向西分別為Ⅳ、Ⅱ、Ⅰ、Ⅲ礦區。礦山采用機械化下向進路膠結充填采礦法開采，充填使用管道自流輸送高質量分數砂漿工藝，細砂為?3 mm 棒磨砂，水泥為425#普通硅酸鹽水泥，充填砂漿為75%～78%，灰砂比為1:4，流量80～100 m3/h，砂漿由地表攪拌桶經鉆孔到充填中段，再經盤區充填回風井送入分層道、進路。充填進路是對已完成回采的進路進行砂漿充填，使采區形成假頂支撐頂板，降低采場暴露面積，這是盤區回采重要的一環，也是后續安全生產的重要保證。充填體是否與上分層頂板密實、充填體的強度以及充填體料漿是否離析對充填質量至關重要[1]。

1 充填存在的問題

盤區進路回采結束后，須對充填地壓控制再進行組織生產，在做充填準備過程中，砌筑的充填隔墻在外墻面進行混凝土素噴封閉時，濾水管出水口常常被堵塞，導致充填漿料中多余的水分無法及時排出，易造成料漿離析及分布不均現象、部分充填體強度降低、進路不接頂、觀察口憋開及充填隔墻倒塌等工程事故，同時接頂期間也存在充填料漿高度難以觀察，充填泵關停的時間難以掌控等問題[2]。在此情況下，二礦區先后使用了木材料封閉隔墻、超大砼磚砌筑隔墻、一次性加厚砌筑隔墻、充填濾布式高濾水性隔墻、加大砌筑隔墻厚度等手段對充填隔墻進行改進。但由于取材困難、操作方法不科學等原因，實施結果都未達到預期成效，難以進行推廣。目前回采進路仍采用傳統的砌筑方式設置充填隔墻，充填進路接頂率仍達不到92%的期望值，此外還衍生出灰漿外溢污染現場、進路接頂補加充填、安全補強支護、現場需專用時間進行工業保潔等諸多生產組織負面管理效應[3]。

2 充填隔墻濾水裝置研究

2.1 傳統充填隔墻濾水設計

金川礦山傳統進路充填隔墻采用長×寬×高=390 mm×190 mm×190 mm 的粉煤灰磚砌筑而成，墻體1 m 以下厚度為800 mm，1 m 以上厚為600 mm，最上端至少厚為400 mm，磚塊之間相互鑲嵌，外墻使用素噴支護，墻體四周封閉密實。在隔墻砌筑時，自下而上依次在高400，1600，3600 mm 處安裝口徑100 mm 軟式濾水管，用于排出進路滲水，待排水管內有充填料漿流出后，彎曲、綁扎、封閉排水管。充填隔墻上部與頂板交界位置預留觀察口。積水通過盤區架設管線排入排污系統，采用3次充填接頂方式充填。

2.2 充填隔墻濾水裝置

2.2.1 技術要求

研究設計出進路充填隔墻的濾水裝置，以解決之前隔墻濾水不及時、跑灰影響充填質量和接頂率低的問題[4?5]。裝置由濾水盒與觀察窗兩部分組成，如圖1、圖2 所示。濾水盒正面設置有薄鋼板與空心鐵箱焊接，中間鑲嵌有壓邊條，空心鐵箱底部焊接有出水方管；濾水箱背面設置有小方格網與薄鋼板通過螺栓連接，小方格網與薄鋼板交接處焊接有加強筋，小方格網表面覆蓋有濾水網并通過螺栓固定。

圖1 濾水裝置濾水盒

圖2 濾水觀察窗

濾水盒長×寬×高分別為2060 mm×300 mm×80 mm；小方格網使用鋼筋制作，規格為長×寬=10 mm×10 mm；觀察窗長×寬×高=800 mm×390 mm×190 mm；濾水網采用80 目不銹鋼網。觀察窗中設置有小方格網與薄鐵盒，薄鐵盒兩端為中空，外側端與小方格網焊接。

2.2.2 預留方法

濾水裝置預留在充填隔墻中間位置，上端距上層頂板200～400 mm 處，裝置體與隔墻垂直鑲嵌牢固。觀察窗預留在砌筑隔墻的上端且緊靠上層充填體頂板，窗體與墻體密實坐穩。隔墻1 m 以下厚度為800 mm，1 m 以上厚度為600 mm，墻內拉筋固定，外墻用鋼筋加固，嚴格按照100 mm 進行素噴，作業過程中要注意出水管、觀察窗的保護以及隔墻周圍的密封性。一次充填打底砂灰量控制在100%以內，二次充填砂灰量控制在55%左右，接頂砂灰量控制在45%左右。充填鋪吊前必須將進路底板清理干凈，排出積水。充填長度及充填量符合相關規定，杜絕兩條以上進路大面積充填，充填進路超過50 m 要砌筑半隔墻。準確計算出充填進路充填量，遇到充填進路有預留鐵盒子時，控制好充填量及灰砂比。在充填接頂時要及時觀察濾水窗，充填砂灰距進路頂板100 mm，同時有水汽從觀察窗冒出則停止充填。距充填隔墻5～10 m 位置，砌筑1.2 m擋水墻，將過濾水蓄積在池中，以便統一排污。

3 實踐效果

3.1 接頂率大幅度提高

傳統充填工藝采用三次充填方式，濾水由直徑100 mm 塑料軟管排出，管水速度流動較慢，隔墻承受壓力較大。安裝新的濾水裝置后采用一次或二次充填，濾水速度較快，由于采用濾網裝置，解決了軟管被砂漿堵塞的問題，使得充填進路中留存的積水快速排出，很好地解決了充填體離析現象。采場頂板接頂率，由原來85%提高到98%以上，充填體的充填強度也明顯提高，杜絕了充填頂板出現紅砂子頂板的現象[6]。

3.2 支護費用大幅度降低

觀察口的預留直觀看到真實充填體所處的高度，準確地把控了充填接頂時機，杜絕了充填過程中隔墻倒塌、憋口、充填欠超量現象，使得溢流灰漿量減少，由原來每條溢流量10 m3以上，降低到5 m3以內，剎幫木和鋼拱架支護費用及人工成本也明顯降低，盤區生產經營指標長期處于較好區間。

3.3 盤區作業環境進一步改善

減少了采場暴露面積，更好地與上層充填體緊密結合成為一體，有效控制了盤區地壓的變化，保證了頂板穩固性，確保了安全生產。較好解決了盤區回采過程中因充填質量問題而導致工作人員返工的情況，減少了清灰量和收拾現場環境的次數以及系統維護的頻次，為盤區標準化建設提供了有力支撐。與此同時，充填體強度的提高，為下分層人員和設備安全回采夯實了基礎。

3.4 操作簡單易于推廣

濾水裝置取材方便、性價比高，具有結構簡單、便于操作、勞動強度低，濾水清澈速度快等特點，有利于該裝置在金川礦山單位的廣泛應用。

4 結論

通過研制濾水裝置并應用于生產現場，有效解決了充填采礦法進路充填接頂率低、礦石貧化嚴重、墻體濾水性差、充填體堅固不達標、排水管道和排污泵堵塞的難題，化解了進路垮幫、頂板裂縫脫層、礦巖破碎危險系數高等安全險情，規避了回采因前期管理不善，導致轉層進路頂板遺留大量充填進路不接頂，及砂頂板和頂板離析情況，最大限度的滿足了生產要求，有力助推了礦山提出的盤區標準化安全環境創建工作，經濟效益和社會效益顯著，并對同類礦山充填具有一定的借鑒作用。