李保健 周 涌 劉允秋 翟利軍 郭同曉

(1.山東能源臨礦集團(tuán)會(huì)寶嶺鐵礦，山東臨沂277700;2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司，安徽馬鞍山243000;3.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽馬鞍山243000; 4.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司，安徽馬鞍山243000)

由于地下礦床開采技術(shù)條件愈來愈復(fù)雜及無害化開采的要求，國(guó)內(nèi)外地下礦山使用充填采礦法的比重逐年上升，充填新工藝和新材料相繼出現(xiàn)，推動(dòng)了采礦技術(shù)的不斷進(jìn)步［1-2］。會(huì)寶嶺鐵礦床為隱伏礦床，礦帶賦存于泰山群山草峪組地層中，產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀基本一致，屬于傾斜—極傾斜、薄—中厚礦體，厚度3～20 m。礦區(qū)地表受村莊、206國(guó)道及其通訊、供電線路等建筑物影響，不允許地表塌陷沉降，采用分段空?qǐng)鏊煤笪采俺涮畹牟傻V方法，對(duì)地表建筑物予以保護(hù)。

1 充填材料試驗(yàn)

1.1 全尾砂物理性能測(cè)試

全尾砂物理參數(shù)主要有密度、松散容重、密實(shí)容重、自然安息角，以及由密度和松散容重得出的孔隙率［3］。會(huì)寶嶺鐵礦有限公司全尾砂的基本物理參數(shù)測(cè)定結(jié)果見表1。

表1 全尾砂基本物理參數(shù)Table1 Full tailings basic physical parameters

1.2 全尾砂粒級(jí)組成

為了對(duì)尾礦砂進(jìn)行定名并獲得各項(xiàng)級(jí)配指標(biāo)，室內(nèi)對(duì)野外所采取的尾礦砂試樣(原狀樣和擾動(dòng)樣)均進(jìn)行了顆粒分析試驗(yàn)，試驗(yàn)方法采用篩析法及比重計(jì)法。根據(jù)顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果，繪制了尾礦砂的顆粒大小分布曲線，同時(shí)，給出了尾礦砂的有效粒徑d10、中間粒徑d30、平均粒徑d50和限制粒徑d60，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算出了不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc，尾礦砂試樣的顆粒分析試驗(yàn)曲線及結(jié)果詳見附圖1及表2。

圖1 尾砂試樣顆粒分析曲線Fig.1 Particle analysis curve of tailings sam ple

表2 尾粉細(xì)砂級(jí)配指標(biāo)統(tǒng)計(jì)Table2 Tailings grading index statistics

由表2可以看出，會(huì)寶嶺鐵礦現(xiàn)狀尾礦砂的有效粒徑d10變化于0.007～0.073 mm，平均值為0.050 mm;尾礦砂的平均粒徑d50變化于0.138～0.240mm，平均值為0.196 mm;尾礦砂的不均勻系數(shù)Cu變化于2.79～26.33，平均值為5.717。對(duì)照尾砂的分類標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)寶嶺鐵礦有限公司尾砂屬于中細(xì)砂，適合全尾砂充填［4］。

2 充填工藝及施工組織

2.1 充填料漿的制備

充填料漿采用全尾砂和水為原料進(jìn)行制備。選廠產(chǎn)出的全尾砂用砂泵揚(yáng)送到尾砂泵房尾砂池，再由渣漿泵揚(yáng)送到砂倉(cāng)內(nèi)脫水。進(jìn)行全尾砂充填時(shí)，打開砂倉(cāng)底部閥門放砂，將砂倉(cāng)底流高濃度的尾砂送到高濃度攪拌槽進(jìn)行攪拌。制備好的充填料通過充填鉆孔輸送到井下充填采場(chǎng)進(jìn)行充填。會(huì)寶嶺鐵礦最大充填倍線約為18.7，初期最大充填倍線為6.2。

2.2 充填料輸送技術(shù)

初期通過管路高濃度自流送入采場(chǎng)，中后期隨著水平管路距離的增加采用加壓輸送。一段充填鉆孔為+90～－60 m水平，經(jīng)－60 m水平800 m長(zhǎng)水平管路輸送至各個(gè)采場(chǎng)采空區(qū);二段充填鉆孔為－60～－340 m水平，經(jīng)－340 m水平南沿脈600 m長(zhǎng)水平管路以及北沿脈1000 m長(zhǎng)水平管路輸送至各個(gè)采場(chǎng)采空區(qū)。

為保證充填料的順利輸送，確定充填體的最大充填濃度為75%。

2.3 濾水設(shè)施的加工

濾水設(shè)施包括濾水管、濾布、牽引鋼絲繩、固定錨桿等。

濾水管采用硬質(zhì)波紋管，管內(nèi)徑為150 mm，管壁濾水孔為梅花形排列，孔徑為10 mm，每圈波紋管鉆孔6個(gè)。鉆孔位置設(shè)置在波紋管的凹陷槽內(nèi)，并在濾水管上敷設(shè)單層濾水濾布(80目濾布)，內(nèi)層濾水濾布為土工布，外層濾水濾布為麻布。濾水濾布單層縫制成內(nèi)直徑大于110 mm左右長(zhǎng)袋，長(zhǎng)度大于單段濾水管長(zhǎng)度，濾水濾布包扎在濾水管外，用棉線縫合，能保證有較好的濾水效果。

2.4 充填擋墻的砌筑

礦房回采結(jié)束后，各出礦進(jìn)路礦石出空露出空區(qū)，在靠近空區(qū)5m位置砌筑充填擋墻。擋墻采用先刻槽再砌筑方式，兩幫刻槽高度2.4 m，槽體深度0.5 m，寬度0.5 m，刻槽完成后扎鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格300 mm×300 mm，擋墻頂部采用φ28螺紋鋼打錨桿，錨桿長(zhǎng)度2m外露1m，然后進(jìn)行混凝土支模砌筑，砌筑時(shí)預(yù)留700 mm×700 mm觀察窗作為施工人員進(jìn)出的通道。濾水設(shè)施以及充填擋墻圖詳見圖2。

圖2 濾水設(shè)施以及充填擋墻Fig.2 W ater treatment facilities and the filling retaining wall

3 充填中遇到的問題及改進(jìn)措施

3.1 跑漿隱患防范措施

如圖2中所示，濾水管從上水平經(jīng)過空區(qū)下放到底部聯(lián)接到擋墻上，濾水管暴露在采空區(qū)內(nèi)時(shí)間較長(zhǎng)，采空區(qū)頂部有浮石掉落隱患，會(huì)有砸壞濾水管的可能。濾水管砸壞后會(huì)有跑漿現(xiàn)象。采取在擋墻濾水管外口將法蘭盤和土工布固定在濾水管口上，并留有一定的濾水間隙。當(dāng)發(fā)生跑漿現(xiàn)象時(shí)，將法蘭盤緊固，密封濾水管口，以防大面積跑漿。

3.2 脫水方式的優(yōu)化

由于礦山充填強(qiáng)度較大，而濾水只能從兩側(cè)和底部濾水，尾砂屬于中細(xì)砂，濾水速度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但滿足不了礦山充填強(qiáng)度對(duì)濾水率的要求。采取在礦房下盤底部巷道內(nèi)向上打泄水鉆孔輔助脫水，泄水鉆孔按照一定的設(shè)計(jì)高度布設(shè)，泄水鉆孔底部采用球閥封閉。隨著充填的進(jìn)行充填體頂部清水可以通過泄水鉆孔排出礦房，當(dāng)泄水孔出現(xiàn)渾水或少量含砂礦漿，則將底部球閥關(guān)閉。

3.4 充填體礦柱地質(zhì)條件影響

礦山主要巖性為黑云角閃片巖，節(jié)理較發(fā)育，層理較明顯。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)充填實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，充填體邊幫及礦柱有裂隙通往礦房外部，隨著充填體高度的增加，靜水壓力增大，有少量含砂礦漿會(huì)順著節(jié)理裂縫外滲。為防止礦漿外滲造成裂隙增大，同時(shí)阻止充填體內(nèi)部水力通道，采取在擋墻周邊噴漿及破碎地帶注漿的措施，更好的封堵裂隙，確保充填安全。

4 結(jié)論

(1)全尾砂全粒級(jí)非膠結(jié)充填，減少了尾砂向地面尾礦壩輸送以及地表堆放，避免占用大面積土地;全尾砂以高濃度沖入采空區(qū)，減少地面排放，提高輸送能力，實(shí)現(xiàn)礦山無固廢排放。

(2)通過尾礦砂物理力學(xué)性質(zhì)以及尾礦砂級(jí)配指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表可以看出該礦尾砂為中細(xì)砂，尾砂的粒級(jí)分布較好，濾水速度良好，適合采用非膠結(jié)充填。

(3)會(huì)寶嶺鐵礦在高充填倍線情況下實(shí)現(xiàn)了尾砂自流，但當(dāng)濃度變高時(shí)或者采用膏體充填時(shí)需要進(jìn)行加壓。

(4)充填進(jìn)度、濾水速度、頂水高度的關(guān)系，需要進(jìn)一步實(shí)踐摸索。

(5)礦山實(shí)行“隔一采一”，待充填礦房充填體穩(wěn)定后再開采相鄰礦房，礦房充填完成后需要經(jīng)過多久的濾水周期，才能確保相鄰礦房回采爆破的安全，還需要進(jìn)一步試驗(yàn)研究。

［1］ 周愛民.礦山廢料膠結(jié)充填［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2007.

Zhou Aimin.Mine Waste Cement Filling［M］.Beijing:Metallurgical Industry Press，2007.

［2］ 劉再濤.緩傾斜破碎礦體全廢石充填采礦法的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2013(4):62-63.

Liu Zaitao.The whole waste rock fillingminingmethod of application in gently inclined ore crushing［J］.Modern Mining，2013(4):62-63.

［3］ 張盛祥，王偉杰.高濃度全尾砂結(jié)構(gòu)流膠結(jié)充填材料試驗(yàn)研究［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2014(5):6-7.

Zhang Shengxiang，WangWeijie.Experimental study on high concentrations of full tailings structure stream cement filling material［J］.Modern Mining，2014(5):6-7.

［4］ 汪振鵬.淺談全尾砂高濃度充填技術(shù)在深井礦山的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2010(9):76-77.

Wang Zhenpeng.On the application of a full tailings high concentrations filling techniques in deep mines［J］.Modern Mining，2010 (9):76-77.