吳　飛

(滁州銅鑫礦業(yè)有限責(zé)任公司，　安徽 滁州市　239000)

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瑯琊山銅礦充填系統(tǒng)改造實(shí)踐

吳飛

(滁州銅鑫礦業(yè)有限責(zé)任公司，安徽 滁州市239000)

摘要：瑯琊山銅礦地理位置獨(dú)特，采用上向分層充填采礦法作為開采方法，隨著開采深度的延伸和生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)調(diào)整，對(duì)礦山現(xiàn)有充填系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)查和再研究，并結(jié)合地表工業(yè)廣場(chǎng)建設(shè)，對(duì)地表充填站和井下充填路徑進(jìn)行完善和改造，以滿足礦山深部開采的充填需求，為類似地下礦山充填提供參考。

關(guān)鍵詞：分級(jí)尾砂充填；混凝土充填；充填系統(tǒng)；充填管道

瑯琊山銅礦礦體規(guī)模小、分布分散、價(jià)值高，上向分層尾砂充填采礦法為礦山首選。隨著礦山開采向深部延伸和生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)調(diào)整，對(duì)現(xiàn)有充填系統(tǒng)的再認(rèn)識(shí)和研究都非常迫切。通過對(duì)充填系統(tǒng)的調(diào)研，對(duì)地表充填站和井下充填路徑進(jìn)行研究、完善和改造，滿足深部開采的充填需求，以保證礦山生產(chǎn)的有效延續(xù)。

1充填系統(tǒng)現(xiàn)狀調(diào)查

1.1充填系統(tǒng)概述

滁州銅鑫礦業(yè)有限公司地理位置獨(dú)特，充填采礦法為礦山首選。根據(jù)初步設(shè)計(jì)要求采礦方法為上向分層尾砂充填采礦法，頂柱和部分圍巖復(fù)雜礦體采用膠結(jié)體充填。礦山開采深度目前約400 m，但瑯琊山銅礦礦體形態(tài)復(fù)雜、礦體規(guī)模較小及礦體沿接觸帶呈線狀分布，為適應(yīng)礦體變化而設(shè)置兩套充填系統(tǒng)，一個(gè)為明天井充填系統(tǒng)(副井口)，另一個(gè)為北帶(木材庫)充填系統(tǒng)。每一充填系統(tǒng)分別設(shè)置尾砂和混凝土充填系統(tǒng)，另外在明天井設(shè)置膠結(jié)體充填系統(tǒng)。分級(jí)尾砂和膠結(jié)體均為自流管道輸送，充填工藝較為成熟。

明天井充填系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)-365 m中段以上817線至東帶各采場(chǎng)的充填工作，該系統(tǒng)主要由3根管路(砼管路、充砂管路、膠結(jié)充填管路)組成，3管路通過明天井下至地下各中段。

北帶(木材庫)充填系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)-365 m中段以上817線至北帶各采場(chǎng)的充填工作，該系統(tǒng)主要由4根管路(砼管路、充砂管路及備用管路通過Φ159 mm鉆孔至井下)組成；其中3根管路通過鉆孔下至-65 m中段，另一根管路通過鉆孔直接到-125 m中段，然后通過各中段的聯(lián)絡(luò)天井通至北帶各中段采場(chǎng)，尾砂充填能力約300 m3/d，充填系統(tǒng)見圖1。

圖1　充填系統(tǒng)

1.2尾砂充填系統(tǒng)

1.2.1地表尾砂儲(chǔ)存與制備

選廠尾砂用砂泵揚(yáng)送至814線+95 m標(biāo)高的山頭儲(chǔ)砂池(池底約+90 m)，用2組旋流分級(jí)器分級(jí)脫泥，+37 μs尾砂進(jìn)入容積約4000 m3的3個(gè)儲(chǔ)砂池。井下充砂時(shí)，用高壓水在砂池內(nèi)人工造漿，造漿濃度砂水比為2∶3到1∶1，即砂占40%～50%。由池底一側(cè)的閘門放入Φ150 mm的鋼管中，借助重力一條管道輸送到811線(副井口)明天井下到各中段東帶和北帶17線以南采場(chǎng)；另一條管道是北帶充填系統(tǒng)利用帶套管的專用充填孔，下到各中段北帶817線以北采場(chǎng)。尾砂充填能力為40～50 m3/h，尾砂充填倍線最高達(dá)10,尾砂充填工藝見圖2。礦山年產(chǎn)尾砂量約7.5萬m3。礦山尾礦庫容量有限，因此每年充砂量約7.5萬m3。

圖2　尾砂充填工藝

1.2.2明天井尾砂充填系統(tǒng)

814線+95 m標(biāo)高的山頭儲(chǔ)砂池來砂，通過管道翻越地表山頭至明天井下到-65 m中段，然后分別下到-125 m中段和-185 m中段，到-185 m中段后，經(jīng)過約270 m長(zhǎng)距離到-812線和813線之間的倒段天井，即東帶充填系統(tǒng)位置，再下到-245，-285，-325 m三個(gè)中段。該系統(tǒng)各天井下口除-65 m中段沒有向東帶輸送尾砂管道外，其他各中段都有三通管路分別通往東帶和向北輸送至817線附近采場(chǎng)。該系統(tǒng)尾砂充填倍線最大達(dá)到10。

1.2.3北帶尾砂充填系統(tǒng)

814線+95 m標(biāo)高的山頭儲(chǔ)砂池來砂，通過管道約730 m長(zhǎng)Φ150 mm鋼管經(jīng)過地表二道壩附近往北輸送到-819線與820線之間的原木材庫附近馬路西側(cè)充填站，通過地表施工到-65 m中段的鉆孔內(nèi)的套管先輸送到-65 m中段，然后通過-65～-125 m之間的天井內(nèi)的管道到達(dá)-125 m中段，并在該中段向北通過約250 m長(zhǎng)的管道輸送到-822線與823線之間的北帶充填系統(tǒng)，并通過此處的中段錯(cuò)位天井與-245，-285，-325 m各中段相連。北帶尾砂充填系統(tǒng)主要為817線以北的各中段的采場(chǎng)進(jìn)行尾砂充填服務(wù)。該系統(tǒng)尾砂充填倍線最大為8。

充砂管道有2種形式：6寸(159 mm)鋼管和垂直方向充砂孔，水平充砂管道只安裝到-245 m中段，下部是通過2種方式進(jìn)入采場(chǎng)：一是充填井安裝充填管到達(dá)采場(chǎng)；二是充填孔到達(dá)中段后再接水平管道進(jìn)入采場(chǎng)。采場(chǎng)充砂管為塑料管，采場(chǎng)內(nèi)設(shè)置濾水塔。

1.3混凝土充填系統(tǒng)

混凝土充填系統(tǒng)有2條，一條為明天井混凝土充填系統(tǒng)，地面設(shè)混凝土攪拌站，混凝土通過明天井內(nèi)一條單獨(dú)的管道(Φ159 mm鋼管)輸送到-185 m以上各中段。-185 m以下各中段之間通過中段充填井倒段運(yùn)輸傳送，平巷由礦車運(yùn)輸，明天井混凝土充填系統(tǒng)主要供應(yīng)礦床西帶和東帶的采場(chǎng)。另一條為北帶(木材庫)混凝土充填系統(tǒng)設(shè)在主井山邊-819線與820線之間，此處設(shè)一攪拌站，混凝土如尾砂一樣也是由專用鉆孔放到-125 m中段，然后通過中段間的充填井管道倒段輸送到各中段。

礦山井下混凝土強(qiáng)度一般要求不低于C15， C15混凝土配比為32.5 MPa水泥(t)∶中砂(m3)∶碎石粒徑(<31.5 mm)∶水(m3)=0.271∶0.499 ∶0.884∶0.190； C20混凝土配比為32.5 MPa水泥(t)∶中砂(m3)∶碎石粒徑(<31.5 mm)∶水(m3)=0.352∶0.402∶0.930∶0.190。

1.3.1明天井混凝土充填系統(tǒng)

明天井混凝土充填系統(tǒng)，地面設(shè)混凝土攪拌站，混凝土通過明天井內(nèi)一條單獨(dú)的管道(Φ159 mm鋼管)輸送到-125 m中段、然后通過錯(cuò)位天井輸送到-185 m中段，再使用0.7 m3礦車經(jīng)過約270 m長(zhǎng)距離，運(yùn)至-812線和813線之間的東帶充填系統(tǒng)處，再下到-245，-285，-325 m三個(gè)中段。

除-185 m中段需要使用礦車倒運(yùn)較長(zhǎng)的距離外，其他各中段間的運(yùn)輸，主要通過重力自溜輸送來實(shí)現(xiàn)。各井筒的具體位置同尾砂充填系統(tǒng)。明天井混凝土充填系統(tǒng)主要為817線以南和東帶的各中段的采場(chǎng)進(jìn)行混凝土充填服務(wù)。各采場(chǎng)所需的混凝土主要是在該采場(chǎng)上部中段混凝土接料口處，通過使用0.7 m3礦車運(yùn)至各中段作業(yè)點(diǎn)或采場(chǎng)充填井上部卸載。

1.3.2北帶混凝土充填系統(tǒng)

北帶(木材庫)混凝土充填系統(tǒng)設(shè)在主井山邊-819線與820線之間，此處設(shè)一攪拌站，具體位置同北帶尾砂充填系統(tǒng)位置，混凝土也是由專用鉆孔下到-125 m中段，再通過錯(cuò)位天井自溜輸送至-125 m中段以下中段，錯(cuò)位天井與-185，-245，-285，-325 m各中段相連，此處4個(gè)中段天井各錯(cuò)位約5 m。

北帶混凝土充填系統(tǒng)主要為817線以北的各中段的采場(chǎng)進(jìn)行混凝土充填服務(wù)。中段之間混凝土基本上是通過自溜或倒段進(jìn)入下部中段，在各中段專用充填井下口接料，用0.7 m3礦車運(yùn)至各中段作業(yè)點(diǎn)或采場(chǎng)充填井上部卸載。

1.4膠結(jié)充填系統(tǒng)

膠結(jié)充填系統(tǒng)主要設(shè)置在明天井，34#老窿上方為臨時(shí)膠結(jié)充填站。膠結(jié)系統(tǒng)主要由制漿系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)組成。

1.4.1制漿系統(tǒng)

制漿系統(tǒng)設(shè)施設(shè)在明天井充填站處，該充填站主要由300 m3砂倉和100 t水泥灰倉、攪拌桶和加水設(shè)備及控制造漿濃度的儀表組成尾砂膠結(jié)站。

1.4.2輸送系統(tǒng)

1.4.3膠結(jié)體組成

目前膠結(jié)體的凝固劑采用425#散裝水泥，固結(jié)物為尾砂?？稍陲柡蜐舛确秶鷥?nèi)，根據(jù)需要任意調(diào)節(jié)尾砂濃度。加入尾砂固結(jié)材料后輸送濃度不大于飽和濃度，灰砂比可以根據(jù)井下要求的充填體強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整，一般為1∶4～1∶10。輸送濃度不大于75%濃度，灰砂比不高于1∶4。通過自流輸送到采場(chǎng)的充填料漿，適當(dāng)脫水后開始固化， 48 h后可開始作業(yè)。膠結(jié)充填倍線為2～10。膠結(jié)體強(qiáng)度最高為5 MPa。

2充填系統(tǒng)改造方案

2.1現(xiàn)有充填系統(tǒng)存在的問題

原充填工藝成熟，適應(yīng)礦山生產(chǎn)。但是隨著礦山開采力度加大和向深部延伸，也存在諸多不足，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1) 2套充填系統(tǒng)，操作非標(biāo)準(zhǔn)化，操作隨意，管理難度較大，運(yùn)營(yíng)和管道維護(hù)成本較高。

(2) 充填管網(wǎng)縱向多次倒段，橫向延伸較長(zhǎng)(井下和井上充砂、混凝土和膠結(jié)體管道)，每班充填前對(duì)充填管道檢查工作量較大，膠結(jié)體充填結(jié)束后管道沖洗對(duì)井下巷道污染較嚴(yán)重，管道磨損嚴(yán)重，維修量大。

(3) 井下充填管道主要有：充填鉆孔、鋼管和軟管組成。軟管主要在采場(chǎng)使用，中段之間部分使用充填鉆孔，巷道基本使用剛性管道，管道雖然年年更換，但是磨損嚴(yán)重，加上法蘭盤(接頭)的焊接質(zhì)量差，跑冒滴漏比較嚴(yán)重，井下巷道污染，水溝淤塞，水倉清淤頻繁。

(4) 地表充填管道主要為剛性充砂管道，礦山地處瑯琊山風(fēng)景區(qū)，地表充砂管道布置受城市環(huán)境制約(明天井充砂管道)，管道布置不合理，管道緩沖段短，過橋和充砂管道軸心線相垂直，充砂磨損較大，跑冒滴漏嚴(yán)重，影響企業(yè)外在形象和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

(5) 東、北帶充填系統(tǒng)相距較遠(yuǎn)(800～1000 m)，兩充填系統(tǒng)中的-65 m中段～-125 m中段間豎井井筒內(nèi)，由于長(zhǎng)期管路磨損造成的跑冒滴漏造成井筒內(nèi)混凝土聚集較多，井筒內(nèi)維修空間較小，一旦充填管路出現(xiàn)問題，維修時(shí)間較長(zhǎng)。明天井充填系統(tǒng)(東帶充填系統(tǒng))，與北帶充填系統(tǒng)不能起到相互彌補(bǔ)與均衡作用，對(duì)礦山整體生產(chǎn)均衡有著制約性(今年9月份因北帶充填系統(tǒng)堵塞造成北帶采場(chǎng)無法充填)。

(6) 明天井膠結(jié)充填系統(tǒng)的位置對(duì)-285中段以上東、北帶端部采場(chǎng)的充填距離相對(duì)較遠(yuǎn)，充填倍線較大，膠結(jié)體遠(yuǎn)端輸送困難。礦山充填主要形式為一充一采，采場(chǎng)充填脫水較慢，影響生產(chǎn)環(huán)節(jié)和增加二次貧化。

(7) 隨著城市建設(shè)的推進(jìn)和礦山主題公園的規(guī)劃，地表充填站地塊有可能被征用，而且地表充填站和周邊風(fēng)景區(qū)環(huán)境不協(xié)調(diào)，噪音和運(yùn)輸揚(yáng)塵污染影響周邊居民休息和生活。

2.2充填改造方案和實(shí)施

(1) 方案一。保留北帶(木材庫)充填系統(tǒng)，明天井充填系統(tǒng)移位至-814線與815線之間(老井北側(cè))(稱為深部充填系統(tǒng))，先自地表施工5～6個(gè)鉆孔并使用鋼管下至-185 m中段，尾砂、膠結(jié)體、混凝土3種物料下至-185 m中段后，混凝土用礦車倒運(yùn)至原-185 m中段東、北帶充填系統(tǒng)位置，利用中段措施井至深部各中段，然后在需用中段的上部用礦車倒運(yùn)至使用采場(chǎng)的充填井溜灰槽；尾砂、膠結(jié)體用管道接入原充填管路，通過中段措施井或帶套管的工程孔下到深部各中段充填管網(wǎng)，再由充填井中的管道進(jìn)入待充采場(chǎng)。

(2) 方案二。保留現(xiàn)有的充填系統(tǒng)，對(duì)充填管網(wǎng)(地表和井下)進(jìn)行全面改造和整合。采用耐磨材料的充填管(先在地表安裝，地表管道基本固定

分岔)，井下通過增加充填平巷和充填孔，對(duì)井下充填管網(wǎng)進(jìn)行整合和對(duì)下部中段延伸接力。局部改變管道軸心走向，提高管道耐磨能力，在井下對(duì)管道和法蘭盤部分更換和調(diào)整。主要是通過加強(qiáng)管理提高充填的生產(chǎn)能力和減少井下污染。在關(guān)鍵崗位點(diǎn)(山頭砂池、旋流器、尾礦庫)加強(qiáng)監(jiān)管，提高標(biāo)準(zhǔn)化操作水平。

(3) 方案三。分步實(shí)施，保留現(xiàn)有的地表充填站，在-814線與815線之間(老井北側(cè))先自地表施工5～6個(gè)鉆孔并使用鋼管下至-185 m中段，作為充砂管，和井下充砂管網(wǎng)并網(wǎng)。混凝土、膠結(jié)體仍然用原充填管道。另外豎井內(nèi)充砂管可改為混凝土管道，作為混凝土備用管道。

通過方案比選和論證，并結(jié)合礦山目前的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，最終選擇方案三。經(jīng)過一年多的改造，礦山充填系統(tǒng)初步改造基本結(jié)束。

3結(jié)論

提高充填生產(chǎn)能力主要有2個(gè)方面：一是加強(qiáng)管理，提高現(xiàn)有系統(tǒng)的能力和充填質(zhì)量，在關(guān)鍵崗位(山頭尾砂池、旋流器、尾礦庫)加強(qiáng)管理，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行操作。二是在生產(chǎn)過程中對(duì)充填管網(wǎng)改造或?qū)Τ涮钕到y(tǒng)進(jìn)行全面改造，提高系統(tǒng)運(yùn)行能力。

通過對(duì)充填系統(tǒng)研究和改造，極大的提高充填系統(tǒng)的充填能力，減少尾砂的排放，為礦山的可持續(xù)發(fā)展取到了戰(zhàn)略性的支撐作用。

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