摘要：本文主要介紹尾砂膠結(jié)充填法在唐山某礦的應(yīng)用情況，為類似礦山處理空區(qū)起到了一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：膠結(jié) 充填 應(yīng)用

1 概述

該礦山由六家礦權(quán)整合而成，礦山以前采用淺孔留礦法，自然通風(fēng)，開拓系統(tǒng)零亂，七家采礦點基本上是各成體系，均不正規(guī)。礦區(qū)范圍內(nèi)共形成了11個采空區(qū)。采空區(qū)體積共約115×104m3。在空區(qū)拐角及礦柱或巖柱處，均存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，這會引起巖體的剪切破壞，一旦發(fā)生大規(guī)模的冒落，將會形成大的地壓活動，對礦山造成災(zāi)難性的事故，是重大的危險因素；隨著礦山開采深度的增加，空區(qū)體積不斷增大，受力隨之增大，當(dāng)應(yīng)力集中到空區(qū)某一處超過巖石的強度時，就可能引起大規(guī)模的地壓活動。由于礦山采用空場法回采礦石，人員在空場下作業(yè)，部分運輸在空區(qū)上方通過，冒落隱患大，控制困難，危險程度加大。因此礦山必須處理采空區(qū)。

2 礦床開采技術(shù)條件

礦石以條紋狀、片麻狀磁鐵石英巖為主，普氏硬度f=12～

15，松散系數(shù)1.5，礦石極限抗壓強度為1307～1746kg/cm2，致密堅硬。圍巖主要為片麻巖，礦巖接觸比較規(guī)整，界限清楚。普氏硬度f=9～11，松散系數(shù)1.5。巖石極限抗壓強度為862～1805kg/cm2，極限抗剪強度86～159kg/cm2，抗拉強度17～108kg/cm2，礦體頂?shù)装鍑鷰r均堅硬穩(wěn)定。

3 充填工藝和充填設(shè)施

3.1 充填材料 由于尾砂充填價格低廉（廢物利用，僅發(fā)生輸送費用，還可減少尾礦庫的投資），制備和輸送工藝簡單，根據(jù)該礦山礦體厚度不大，空區(qū)高度相對不高的特點，選用尾砂做充填料。該礦選礦廠在采區(qū)內(nèi)，取料方便，尾礦量能滿足充填空區(qū)的需求。

3.2 采空區(qū)充填方案

3.2.1 充填管路下放方式及方案工藝。將礦區(qū)內(nèi)豎井作為充填井。充填管道由礦區(qū)充填井（豎井）進入井下。

在地表充填井附近設(shè)置尾砂堆場，尾砂經(jīng)汽車運輸?shù)轿采岸褕?，脫泥后與水、水泥混合，由6吋管經(jīng)泵加壓后輸送到井下，再經(jīng)充填平巷到采空區(qū)充填口，充填料自流到空區(qū)充填。工藝流程見圖1。

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圖1 尾砂空區(qū)充填方案工藝流程圖

3.2.2 充填倍線。充填料漿自流輸送是以自身的勢能為動力克服管道沿程阻力而流動，實現(xiàn)自流的條件是在系統(tǒng)中具備的勢能必須大于流徑管道系統(tǒng)時克服沿程阻力所須消耗的能量。管道的長度（L）和管道進出口之間的高差（H）是決定膏體能否自流的關(guān)鍵因素，根據(jù)充填倍線公式：N=■

式中：N——充填倍線；L——管道長度，m；H——管道進出口之間高差，m。

各空區(qū)充填倍線計算參數(shù)見表1

表1 礦山空區(qū)統(tǒng)計表

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圖2 充填倍線示意圖

相關(guān)數(shù)據(jù)帶入公式得最大充填倍線Nmax=6.5。

按我國礦山水砂（細紗）充填的經(jīng)驗，充填倍線N<8是可靠的。充填倍線小，流速增大，流量增加，充填倍線增大，流速減慢，流量減少。該礦山各中段采空區(qū)的充填最大倍線N=6.5，說明充填料可以采用自流輸送。

3.2.3 采空區(qū)充填工藝。采空區(qū)充填前要先封閉采空區(qū)的所有出口，封閉擋墻上設(shè)兩個泄水管，泄水管打上孔之后，用土篷布包好，封閉擋墻要求堅實嚴(yán)密，不能跑漿。

充填平巷工程布置在空區(qū)頂板下盤巖石移動界線外，斷面4m2，掘規(guī)格2m×2m的水平巷道與空區(qū)連通，充填巷道底板標(biāo)高比空區(qū)頂板標(biāo)高低1～1.5m左右，鋪設(shè)充填管路至空區(qū)充填口。

充填站設(shè)在充填井口，脫泥后的尾砂和水泥通過皮帶運至攪拌桶攪拌，攪拌好的漿液通過井筒充填管路和平巷充填管路自流到空區(qū)充填口進行充填。充填采用1：8的膠結(jié)配比，重量濃度65%。采用濾水比較好的材料加高封堵充填口。當(dāng)充填到距空區(qū)頂板2m時，停止充填，進行平整養(yǎng)護，養(yǎng)護期28天，以此做回采頂柱的拉底巷。

為了達到更好的濾水效果，在采空區(qū)下盤掘一泄水天井，每隔4～5m掘聯(lián)絡(luò)平巷與空區(qū)相通，在空區(qū)與平巷連接處

設(shè)濾水擋墻，泄水天井還有檢查空區(qū)充填情況的作用。充填

井和泄水井內(nèi)設(shè)梯子間，以便人員上下，同時作為回風(fēng)天井。

3.2.4 充填順序及充填強度。為了空區(qū)處理的施工安全，采取由下向上、由外向里的充填順序，即在垂直方向上，先充填最深部的空區(qū)，再充填淺部空區(qū)；在水平方向上，由充填井附近空區(qū)向遠離充填井空區(qū)充填。

經(jīng)現(xiàn)場試驗，充填后4小時膠結(jié)體強度即達到0.2MPa。養(yǎng)護期28天后，充填強度在4Mpa左右。

3.3 充填投資 礦山純充填成本86元/m3，礦山充填投資為9890萬元。

4 結(jié)論

采空區(qū)采用尾砂膠結(jié)充填后，采空區(qū)被充填體充填，采空區(qū)圍巖的受力狀態(tài)由原來的單軸受力改變?yōu)槿S應(yīng)力狀態(tài)，因而增加了礦柱的承載能力和礦柱的支撐面積。此外，采空區(qū)采用膠結(jié)充填后，盡管充填體的強度遠不及原巖強度高，但還是能有效的支撐頂板，減少圍巖移動和地表下沉量，該礦埋藏較深，礦體開采厚度不大，地表的下沉量完全可以控制在安全范圍內(nèi)。

我國許多有色礦山和黃金礦山，由于采用了充填法開采，有效的控制了巖層的移動，保證了地表建筑的安全。其中湖南錫礦山南礦采用房柱法開采，采空區(qū)未充填時，曾先后發(fā)生兩次地表大冒落事故，地表下沉量最大值分別為1.1m和1.7m；西部采空區(qū)采用了尾砂充填，地表從未發(fā)生冒落事故，地表下沉最大值僅0.08m。

該礦采空區(qū)有天然巖柱支撐，采空區(qū)全部充滿后，將有效控制圍巖移動，地表不會發(fā)生冒落和塌陷事故，地表下沉量也將會控制在安全范圍內(nèi)。因此從另一方面來說礦山采用尾砂膠結(jié)充填，增加了社會效益，保護了地表環(huán)境。

該礦山尾砂膠結(jié)充填技術(shù)的應(yīng)用也給類似礦山處理空區(qū)起到了一定的借鑒作用。

參考文獻：

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[3]梅國棟.尾礦綜合利用與無尾礦山建設(shè)探討[J].金屬礦山，2010總第412期.

作者簡介：鮑世超（1985-），男，河北保定人，助理工程師部門經(jīng)理。