徐 雨 ，張東河 ，焦華喆

(1.中國華冶科工集團(tuán)有限公司， 北京 100176； 2.焦作煤業(yè)(集團(tuán))新鄉(xiāng)能源有限公司，河南 新鄉(xiāng)市 453633； 3.河南理工大學(xué) 土木工程學(xué)院， 河南 焦作市 454000)

上向水平分層膠結(jié)充填法在杜達(dá)鉛鋅礦的應(yīng)用

徐 雨1，張東河2，焦華喆3

(1.中國華冶科工集團(tuán)有限公司， 北京 100176； 2.焦作煤業(yè)(集團(tuán))新鄉(xiāng)能源有限公司，河南 新鄉(xiāng)市 453633； 3.河南理工大學(xué) 土木工程學(xué)院， 河南 焦作市 454000)

介紹了上向水平分層膠結(jié)充填采礦法在杜達(dá)鉛鋅礦的應(yīng)用情況。該采礦方法能及時(shí)充填采空區(qū)，有效控制圍巖地壓，解決了地表塌陷問題，保證了礦山的安全生產(chǎn)，而且提高了勞動(dòng)效率，礦石回采率提高至95%，貧化率控制在10%以內(nèi)，礦石的損失貧化指標(biāo)均降低20個(gè)百分點(diǎn)以上，大大提高了礦山的經(jīng)濟(jì)效益。

上向水平分層充填法；膠結(jié)充填；破碎礦體；巴基斯坦

杜達(dá)鉛鋅礦位于巴基斯坦俾路省南部拉斯貝拉地區(qū)的坎拉杰山谷中，海拔高度約550 m，向南逐漸降低與印度河平原相連。礦區(qū)有克拉里河從北部流過，該河為常年性河流，不允許陷落。

礦區(qū)構(gòu)造較為發(fā)育，由于受東西向的擠壓作用，地層彎曲變形形成褶皺，近南北向的逆斷裂較發(fā)育。礦化帶嚴(yán)格受構(gòu)造控制，礦體賦存于產(chǎn)狀近南北向的兩翼不對(duì)稱向斜地層中，礦化體南北方向延展長度為1100 m，東西方向?qū)挾葹?00～400 m，厚度為10～40 m，埋深為75～1000 m?？臻g上向北側(cè)伏，側(cè)伏角為30°。根據(jù)賦存關(guān)系，礦體在空間上分為3個(gè)層狀礦化帶，即從上盤至下盤分別為礦化角礫巖帶、黃鐵礦帶和鋅帶。礦體上盤發(fā)育Plat 3地層的泥巖和泥質(zhì)灰?guī)r，下盤為具有韻律交錯(cuò)層理的鮞狀灰?guī)r和泥巖。

杜達(dá)鉛鋅礦礦巖條件較差，特別是品位較高的1號(hào)主礦體，賦存于向斜構(gòu)造中，且部分礦體賦存于向斜的核部，礦體上盤為泥巖和泥質(zhì)灰?guī)r，厚度1～3 m，下盤為碳酸鹽及脫鈣頁巖，礦巖節(jié)理裂隙發(fā)育，f=4～8，穩(wěn)固性差，上盤圍巖較易出現(xiàn)與礦體一起崩落現(xiàn)象。

1 采礦方法

杜達(dá)鉛鋅礦礦體屬于厚度、品位變化較復(fù)雜的礦體，礦體形態(tài)復(fù)雜，且富礦體與貧礦體界線模糊，貧化與損失較難控制；礦石屬高硫礦石，易氧化，采場(chǎng)內(nèi)高溫、高硫，需有良好通風(fēng)，以保障安全和適宜的工作環(huán)境；圍巖為灰?guī)r和泥巖互層，上下盤圍巖及礦石皆不穩(wěn)固，并且受東西向水平主應(yīng)力影響，采場(chǎng)塌冒嚴(yán)重；東翼礦體零散，且產(chǎn)狀較緩，回采難度大。綜合考慮上述礦體特征、礦巖穩(wěn)定性、地應(yīng)力控制、損失貧化控制、采礦生產(chǎn)安排的靈活性以及安全生產(chǎn)等因素，需解決好采場(chǎng)通風(fēng)、強(qiáng)采強(qiáng)充，減少采場(chǎng)暴露時(shí)間，最大程度控制損失貧化，保證經(jīng)濟(jì)效益，因此宜采用上向水平分層膠結(jié)充填采礦法進(jìn)行回采(見圖1)。

圖1 杜達(dá)鉛鋅礦上向水平分層充填采礦法

對(duì)該礦區(qū)礦體采用上向水平分層膠結(jié)充填采礦法進(jìn)行開采，不僅能滿足安全生產(chǎn)要求，而且能有效防止地表塌陷，同時(shí)能將尾砂充入地下，減少環(huán)境污染。

1.1 采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)

根據(jù)礦區(qū)礦體產(chǎn)狀、賦存狀態(tài)變化大等特點(diǎn)，采用上向水平分層膠結(jié)充填采礦法進(jìn)行開采，采場(chǎng)沿礦體走向布置，長度為50 m，預(yù)留6 m永久礦柱，寬度為礦體厚度，采場(chǎng)高度為60 m(或?yàn)榈V體高度)，分段高度為20 m。具體參數(shù)如下：

(1) 頂柱：預(yù)留3 m厚頂柱；

(2) 底柱：預(yù)留7 m厚底柱，底柱上施工0.5 m厚鋼筋砼底板，以便今后安全回收底柱；

(3) 分層高度：2.5 m，第一層采高為拉底巷道高度即3.5 m，充填后每一分層采高為2.5 m；

(4) 最大空頂高度：4 m，每次充填高度2.5 m，預(yù)留下一分層回采作業(yè)空間高度1.5 m。

1.2 采準(zhǔn)切割

采準(zhǔn)工程由斜坡道掘進(jìn)分段巷道，分段巷道沿礦體走向布置于礦體下盤。自分段巷道向采場(chǎng)以15%～20%的坡度掘1條采場(chǎng)出礦進(jìn)路，進(jìn)路布置于采場(chǎng)中部；最底部分段標(biāo)高礦體內(nèi)下盤布置拉底巷道；采場(chǎng)拉底巷道兩端礦體下盤布置充填、人行、通風(fēng)井，此井與總回風(fēng)巷道聯(lián)通，回風(fēng)至主回風(fēng)井，同時(shí)作為人員應(yīng)急及充填管路安裝通道。采場(chǎng)出礦進(jìn)路隨逐層采礦而逐層挑頂墊底形成逐層采場(chǎng)進(jìn)路，以適應(yīng)每分層回采進(jìn)路的要求，每采完一個(gè)分段后重新自分段巷道掘進(jìn)采場(chǎng)出礦進(jìn)路。

1.3 回采工藝

上向水平分層膠結(jié)充填采礦法主要回采工序?yàn)椋郝涞V、出礦、支護(hù)、充填、通風(fēng)。

(1) 落礦。利用YT28鑿巖機(jī)鑿巖。采場(chǎng)內(nèi)先掘上向切割槽，再采用淺孔水平炮孔落礦，孔深3.5 m，孔徑43 mm，最小抵抗線0.9～1.2 m。打眼爆破要嚴(yán)格控制礦體回采分層高度及回采界線。因礦堆(或充填體)距頂板近，礦石頂板易于控制并能有效降低損失、貧化。起爆方式采用非電導(dǎo)爆雷管控制爆破，以減小圍巖松動(dòng)圈，防止對(duì)礦體圍巖穩(wěn)定性產(chǎn)生破壞。

(2) 出礦。出礦采用3 m3柴油鏟運(yùn)機(jī)由采場(chǎng)出礦進(jìn)路進(jìn)入采場(chǎng)裝礦，運(yùn)出至采場(chǎng)溜井或采區(qū)溜井，溜井下口安裝振動(dòng)放礦機(jī)，用來給礦車裝礦。

(3) 支護(hù)。人員和設(shè)備在頂板下作業(yè)，隨采場(chǎng)暴露面積加大，分層高度增加，必要時(shí)對(duì)頂板和上下盤圍巖進(jìn)行加固或支護(hù)，確保人員、設(shè)備安全及連續(xù)正常生產(chǎn)?？刹捎缅^桿支護(hù)或噴漿支護(hù)。錨桿采用直徑18 mm螺紋鋼，長度2.0 m；采用混凝土錨固藥卷錨固。噴射混凝土厚度100 mm，混凝土標(biāo)號(hào)為C25。

(4) 充填。采場(chǎng)充填準(zhǔn)備包括砌筑擋墻、架設(shè)充填管等，充填管從充填井鋪設(shè)至采場(chǎng)，準(zhǔn)備工作完成后依據(jù)采空區(qū)實(shí)測(cè)和杜達(dá)充填工藝，確定充填料漿濃度和物料配比，計(jì)算充填體體積，從而配備充填料漿。

采用上向水平分層膠結(jié)充填采礦法，按上述工藝參數(shù)對(duì)礦體進(jìn)行開采，平均每個(gè)采場(chǎng)礦房礦量為45579.17 t，采準(zhǔn)切割工程量為3552.25 m3，其采切比為62.46 m3/kt。

1.4 采場(chǎng)通風(fēng)

采場(chǎng)新鮮風(fēng)流自斜坡道進(jìn)入分段巷道，隨后沿采場(chǎng)出礦進(jìn)路進(jìn)入采場(chǎng)，沖刷工作面后通過采場(chǎng)兩端的人行充填通風(fēng)井上至回風(fēng)井聯(lián)絡(luò)道內(nèi)，匯至總回風(fēng)巷道后進(jìn)入主回風(fēng)井。主回風(fēng)井將污風(fēng)直接排出地表。

2 充填工藝

礦山采用戈壁集料+尾砂結(jié)構(gòu)流膠結(jié)充填工藝。將戈壁料破碎成最大粒級(jí)≤20 mm的戈壁集料運(yùn)至充填站作為充填集料，選廠尾礦含泥量較大，將其分級(jí)后粗顆粒尾礦經(jīng)自然沉降、脫水后作為充填集料。充填時(shí)用鏟車將戈壁集料、尾砂添加到充填料制備系統(tǒng)料斗內(nèi)，計(jì)量后，通過輸送皮帶將充填集料輸送至攪拌機(jī)中，膠結(jié)劑通過螺旋給料機(jī)輸送到攪拌機(jī)中，經(jīng)強(qiáng)力攪拌制備成符合要求的充填料，通過充填鉆孔自流輸送至井下，再經(jīng)井下充填管網(wǎng)自流流入待充采場(chǎng)進(jìn)行充填。

充填制備站位于采選辦公樓前，負(fù)責(zé)制備充填料漿；充填料漿通過地表～+300 m充填鉆孔進(jìn)入地下充填管路系統(tǒng)。充填鉆孔有兩個(gè)，一用一備，其材質(zhì)為雙金屬復(fù)合耐磨管，Φ194×25 mm，內(nèi)徑144 mm，工作壓力為8 MPa，以水泥漿固井；充填鉆孔下口通過彎管與+300 m中段水平充填主管路連接。水平充填主管路通過一段聯(lián)絡(luò)巷道后進(jìn)入+300 m中段沿脈運(yùn)輸巷，與+300～+260 m充填鉆孔通過彎管聯(lián)通。水平充填主管路為16Mn鋼管，Φ160 mm×10 mm，工作壓力為8 MPa，以快速接頭連接；+300～+260 m充填鉆孔數(shù)量、材質(zhì)、管徑、固井方式與地表～+300 m充填鉆孔一致。+300～+260 m充填鉆孔下口位置位于+260 m總回風(fēng)巷道內(nèi)，通過彎管與+260 m水平充填主管路連接。+260 m水平充填主管路沿總回風(fēng)巷道鋪設(shè)，材質(zhì)、管徑、連接方式均與+300 m中段水平充填主管路一致。在回風(fēng)聯(lián)巷開口處預(yù)留短接，需要充填采場(chǎng)時(shí)，在總回風(fēng)巷道內(nèi)用16Mn鋼制彎管、直管進(jìn)入風(fēng)井聯(lián)巷3～5 m后，用鋼制短接通過法蘭與水平充填支管連接。水平充填支管材質(zhì)為鋼編復(fù)合管，DN150，內(nèi)徑140 mm，工作壓力為2 MPa，以法蘭連接。水平充填支管通過彎管經(jīng)人行充填通風(fēng)井進(jìn)入采場(chǎng)，將其下口布置在采場(chǎng)中部，其懸掛高度應(yīng)高于充填高度。

采場(chǎng)充填順序：按礦房回采順序進(jìn)行充填，礦房每一分層回采完畢后即可進(jìn)行充填。充填前先做好采空區(qū)的密閉工作，在分層水平采場(chǎng)的各個(gè)出口設(shè)置密閉墻，密閉墻采用編織袋裝廢渣堆砌兩層或三層砌筑，充填后需養(yǎng)護(hù)3～7 d，等平臺(tái)凝固后方可繼續(xù)向上回采。

膠結(jié)充填料的配比和需求量計(jì)算：根據(jù)充填材料試驗(yàn)研究以及充填材料實(shí)際情況，設(shè)計(jì)充填砂漿濃度為0.78，充填體容重為2.10 t/m3，充填體含水率為18%，設(shè)計(jì)每立方米充填體各材料用量見表1,7 d膠結(jié)強(qiáng)度可接近預(yù)期強(qiáng)度。

表1 每立方米充填體各材料用量

3 應(yīng)用評(píng)價(jià)

(1) 杜達(dá)鉛鋅礦采用上向水平分層膠結(jié)充填采礦法，有效控制了上盤巖石不穩(wěn)、易塌落、空頂高度大的圍巖地壓問題；解決了地表塌陷問題，使得距離礦體較近的主體開拓井巷工程、尾礦庫以及附近河流不被破壞，保證了礦山的安全生產(chǎn)。

(2) 杜達(dá)鉛鋅礦以前采用干式充填法采礦，頂盤圍巖難以控制，致使采礦貧化、損失率居高不下，其平均貧化率高達(dá)30%，損失率達(dá)28.5%，采用上向水平分層膠結(jié)充填采礦法后，提高了勞動(dòng)效率，降低了礦石的損失貧化，采礦回采率達(dá)到95%，貧化率控制在10%以內(nèi)。

(3) 杜達(dá)鉛鋅礦采用上向水平分層膠結(jié)充填采礦法后，可以回收以前留設(shè)的中段底柱和未回采的剩余礦石，光此項(xiàng)可直接多回采45.5萬t礦石，提高了礦山的經(jīng)濟(jì)效益。

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2016￣08￣10)

徐 雨(1985-)，男，江西樂平人，碩士，主要從事采礦工程生產(chǎn)研究， Email:278565444@qq.com。