肖旭峰，陳 維，鄭劍洪

(湖南黃金洞礦業(yè)有限責(zé)任公司， 湖南 岳陽市 414507)

0 前 言

大量地下礦山采用留礦法、房柱法、全面法、VCR法及分段(階段)空場法等采礦方法，遺留下大量的采空區(qū)，嚴(yán)重影響了礦山的繼續(xù)高效安全回采作業(yè)，給地下礦山帶來了巨大的隱患[1]。目前對采空區(qū)的處理方法主要有封閉、崩落、加固和充填四大類[2]。大量礦山實(shí)踐證明，采用充填法處理采空區(qū)對安全高效回采、地壓災(zāi)害控制及深井通風(fēng)降溫等作用重大[3]。

對于充填法，尤其是高濃度料漿充填的研究尚有很多需進(jìn)一步研究的方面[4]：膏體充填料漿的流變性研究及膏體充填技術(shù)的推廣；剩余壓頭處理技術(shù)；全尾砂脫水技術(shù)和裝備優(yōu)化。

目前棖沖礦區(qū)共有約3.7萬m3的采空區(qū)，其中80中段及以上中段采空區(qū)體積為23100 m3、60中段采空區(qū)體積為4105.36 m3、40中段采空區(qū)體積為1845 m3、20中段采空區(qū)體積為5524.89 m3。目前采選規(guī)模為150～180 t/d，日平均空區(qū)體積為75 m3。采空區(qū)數(shù)量多，體積大，地壓災(zāi)害顯現(xiàn)重，對礦區(qū)繼續(xù)回采影響嚴(yán)重，必需對采空區(qū)進(jìn)行充填處理。棖沖礦區(qū)充填采空區(qū)的主要目的如下：為黃金洞礦區(qū)全尾砂充填項(xiàng)目、充填泵性能積累經(jīng)驗(yàn)；利用全尾砂膠結(jié)充填老窿空區(qū)，為回收老窿殘礦創(chuàng)造條件；采礦方法改為全尾砂嗣后充填，提高礦石回收率，保障采礦安全；尾砂充填采空區(qū)，緩解尾礦庫壓力，延長服務(wù)年限。

此外棖沖礦區(qū)礦體及破碎帶含泥量較多，水對地下工程的穩(wěn)定性影響較大。因此必須嚴(yán)格控制井下充填過程中帶來的水分，因此應(yīng)選取高濃度充填料漿進(jìn)行充填，似膏體充填技術(shù)是符合礦山實(shí)際的充填技術(shù)。高濃度似膏體充填由于濃度高、阻力大，無法自流，必須加壓泵送壓送至采場[5]，初步確定充填料漿的濃度為72%左右。

1 充填料漿參數(shù)試驗(yàn)研究

考慮老窿空區(qū)填充、礦區(qū)后期擴(kuò)產(chǎn)等因素，充填系統(tǒng)日平均充填料漿量為200 m3/d。充填量較大，必須要對充填料漿參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的測試研究。全尾砂粒度分析結(jié)果說明棖沖礦區(qū)全尾砂細(xì)粒多，如表 1所示。細(xì)顆粒含量比例大對于充填體的強(qiáng)度和充填料漿的脫水等影響較大，還需對充填設(shè)備進(jìn)行全面的分析優(yōu)選。

表1 全尾砂粒度分析結(jié)果

首先對礦區(qū)尾砂進(jìn)行了動(dòng)態(tài)濃密試驗(yàn)：尾砂漿加入絮凝劑，經(jīng)過動(dòng)態(tài)脫水，分別在不同時(shí)間取得底流，測得底流濃度為別為 54.40%、55.47%。試驗(yàn)結(jié)果說明，由于棖沖礦區(qū)全尾砂細(xì)粒多導(dǎo)致濃密機(jī)脫水效果差，需采用壓濾機(jī)對全尾砂進(jìn)行脫水。

對高濃度充填料漿流動(dòng)性進(jìn)行了試驗(yàn)研究。目前大多采用坍落度指標(biāo)來反映料漿的流動(dòng)性,一般認(rèn)為坍落度在 15 ～ 25 cm 之間有利于泵送[5]。由表 2的監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)濃度為 72%左右時(shí)，料漿的塌落度接近 25，流動(dòng)性良好，適合充填井下。

表2 充填料漿坍落度試驗(yàn)結(jié)果

此外，還對充填料漿的泌水特性進(jìn)行了試驗(yàn)，具體的試驗(yàn)結(jié)果見表 3。相同的灰砂比下，濃度越大泌水率越低；相同的濃度下，灰砂比越大泌水率越低。

參考參考文獻(xiàn)[6～7]中的試驗(yàn)方法，進(jìn)行了不同參數(shù)下充填體強(qiáng)度試驗(yàn)測試。根據(jù)試驗(yàn)測試，充填體 28 d 強(qiáng)度為 0.41～4.61 MPa，強(qiáng)度參數(shù)見表 4，在滿足安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)上選取不同參數(shù)的料漿處理采礦區(qū)；充填體對應(yīng)的充填料配比為：32.5水泥全尾砂 =1∶4～1∶12。

表3 不同濃度和配比條件下充填料漿泌水特性

2 設(shè)備優(yōu)選研究

根據(jù)相似礦山充填流程，結(jié)合上述充填料漿參數(shù)及礦山的實(shí)際情況，初步確定棖沖礦區(qū)充填流程，如圖 1所示。

為了該流程的自動(dòng)連續(xù)進(jìn)行，必須要選取適當(dāng)?shù)某涮钤O(shè)備：

全尾砂通過渣漿泵加壓后，進(jìn)入壓濾機(jī)壓濾成 80%～82%濃度的尾砂濾餅，用鏟車堆放在地表存砂坪，壓濾機(jī)設(shè)計(jì)日處理量為150 t；

利用地表斜坡(3.5 m高)的地理優(yōu)勢，自上而下分別構(gòu)建格篩(500 mm×500 mm)、雙軸攪散機(jī)、料倉(容量6 m3)、定量給料機(jī)。用鏟車將存砂坪濾餅卸入雙軸攪拌機(jī)，濾餅經(jīng)破碎后進(jìn)入存料倉，存料倉通過定量給料皮帶秤輸出尾砂至刮板輸送機(jī)。

表4 黃金洞金礦充填體試塊抗壓強(qiáng)度

注：漿體濃度控制在70%～74%，泵送條件下濃度可達(dá)到76%；管道泵送倍線控制在3～6。

圖1 全尾砂充填試驗(yàn)工藝流程

尾砂通過皮帶輸送機(jī)進(jìn)入雙軸強(qiáng)力攪拌機(jī)(同時(shí)按一定比例添加水泥和水)、強(qiáng)力活化攪拌機(jī)。最后利用充填工業(yè)泵將調(diào)好的料漿通過充填管路輸送到采空區(qū)。充填系統(tǒng)設(shè)備選擇及布置見圖 2。

3 結(jié) 論

棖沖礦區(qū)采空區(qū)體積較大且礦體及破碎帶含泥量較多，必須采用似膏體高濃度充填，充填漿體濃度為 72%左右時(shí)，塌落度為 25 cm左右，料漿流動(dòng)性較好；選用 325#普通硅酸鹽水泥，充填料漿灰砂比為 1∶4～1∶12，強(qiáng)度為 1～3 MPa左右；管道泵送倍線控制在3～6。

圖2 充填系統(tǒng)平面布置

充填料漿制備流程研究確定如下：全尾砂通過渣漿泵加壓后，進(jìn)入壓濾機(jī)壓濾成 80%～82%濃度的尾砂濾餅，堆放在地表存砂坪；用鏟車將存砂坪濾餅卸入雙軸攪散機(jī)，濾餅經(jīng)破碎后進(jìn)入存料倉，存料倉通過定量給料皮帶秤輸出尾砂至刮板輸送機(jī)；尾砂通過皮帶輸送機(jī)進(jìn)入雙軸強(qiáng)力攪拌機(jī)(同時(shí)按一定比例添加水泥和水)、強(qiáng)力活化攪拌機(jī)；最后利用充填工業(yè)泵將調(diào)好的料漿通過充填管路輸送到采空區(qū)。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜 坤, 李夕兵, 劉科偉, 等. 采空區(qū)危險(xiǎn)性評價(jià)的綜合方法及工程應(yīng)用[J]. 中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2011(09): 2802-2811.

[2]張文如. 南京棲霞山鉛鋅礦老采空區(qū)綜合治理技術(shù)研究與運(yùn)用[J]. 采礦技術(shù), 2008,8(04): 73-74.

[3]杜 坤, 李地元, 金解放. 充填體與巖體能量和強(qiáng)度匹配的分析及應(yīng)用[J]. 中國安全科學(xué)學(xué)報(bào), 2011(12): 82-87.

[4]于潤滄. 我國充填工藝創(chuàng)新成就與尚需深入研究的課題[J]. 采礦技術(shù), 2011，11(3): 1-3.

[5]王洪江, 吳愛祥, 陳 進(jìn), 等. 全尾砂-水淬渣膏狀物料可泵性指標(biāo)優(yōu)化[J]. 采礦技術(shù), 2007，7(03): 15-17.

[6]杜 坤, 李夕兵, 殷志強(qiáng). A new manufacture method of backfill samples in lab-- Illustrated with a case study[J]. 中南大學(xué)學(xué)報(bào)：英文版, 2013, 20(4): 1022-1028.

[7]宋衛(wèi)東，等.程潮鐵礦金尾砂膠結(jié)性能實(shí)驗(yàn)研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2012，32(1)：8-11.