何志義,姜 維,楚立申

(武鋼資源集團(tuán)大冶鐵礦, 湖北黃石市 435006)

廢石充填在膠結(jié)充填中的應(yīng)用

何志義,姜 維,楚立申

(武鋼資源集團(tuán)大冶鐵礦, 湖北黃石市 435006)

武鋼資源集團(tuán)大冶鐵礦有限公司獅子山采區(qū)－180m中段采用分段空?qǐng)鏊煤竽z結(jié)充填采礦方法回采,采空區(qū)充填采用全尾砂自流膠結(jié)充填工藝,充填料尾砂源于礦山選礦廠尾礦濃縮池底流。由于充填站制備能力無(wú)法滿足井下采礦空區(qū)的充填要求,導(dǎo)致井下采空區(qū)日益增多,一方面造成重大安全隱患,另一方面影響后期采礦生產(chǎn)。通過施工相關(guān)聯(lián)絡(luò)道工程,將原崩落法采礦的覆蓋巖廢石鏟運(yùn)到采空區(qū)中進(jìn)行輔助充填,不僅有效地緩解了充填能力不足的問題,而且在一定程度上節(jié)約了采礦成本,取得了良好效果。

分段空?qǐng)鏊煤竽z結(jié)充填采礦法;采空區(qū);廢石充填;覆蓋巖

0 引 言

大冶鐵礦有限公司獅子山采區(qū)－180m中段采用分段空?qǐng)鏊煤竽z結(jié)充填采礦方法[1-4]進(jìn)行采礦,采空區(qū)充填采用全尾砂自流膠結(jié)充填工藝,充填料尾砂源自礦山選礦廠尾礦濃縮池底流。充填系統(tǒng)能力為10萬(wàn)m3/a,而采場(chǎng)生產(chǎn)能力高達(dá)50萬(wàn)t/a,充填能力明顯不足。另外由于選礦的處理能力較大,近年采礦量減少,選礦每月生產(chǎn)時(shí)間不足20d,導(dǎo)致充填站無(wú)法滿負(fù)荷生產(chǎn)。隨著采礦生產(chǎn)的推進(jìn),獅子山采區(qū)充填捉襟見肘,嚴(yán)重制約了生產(chǎn)組織,后期采場(chǎng)面臨無(wú)礦可采的局面。

為此,大冶鐵礦從解決充填能力不足的問題入手,另辟蹊徑地提出廢石充填與尾砂充填分段進(jìn)行的方式,將原有崩落法區(qū)域的覆蓋巖轉(zhuǎn)運(yùn)至采空區(qū)回填,減少需要進(jìn)行尾砂充填的空間,解決生產(chǎn)難題。

武鋼資源集團(tuán)大冶鐵礦有限公司東露天采場(chǎng)于1958年建成投產(chǎn),其后經(jīng)歷擴(kuò)幫延深和深部挖潛開采,于2001年由露天轉(zhuǎn)入地下開采,采用無(wú)底柱分段崩落法[5]采礦。為保護(hù)大冶鐵礦礦區(qū)礦山公園地表的露天邊坡、防止邊坡滑坡等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生,減小尾礦庫(kù)尾礦排放量及尾礦庫(kù)征地?cái)?shù)量,同時(shí)為深部開采充填法采礦積累生產(chǎn)、管理經(jīng)驗(yàn)。中冶長(zhǎng)天國(guó)際工程有限責(zé)任公司對(duì)獅子山采區(qū)－180m中段開拓工程按分段空?qǐng)鏊煤竽z結(jié)充填采礦法進(jìn)行了修改設(shè)計(jì)。

分段空?qǐng)鏊煤竽z結(jié)充填采礦法其礦塊分礦房和礦柱[2-3,6]。礦塊沿礦體走向布置,長(zhǎng)度40m,階段高度60m,分段高度13m,底部結(jié)構(gòu)底柱12m。礦房、礦柱寬均為20m,采用simbaH157采礦臺(tái)車鑿巖。采場(chǎng)切割工作為在礦塊底部掘出礦平巷(在二步回采的礦柱利用),出礦橫巷并形成底部結(jié)構(gòu),沿礦體上盤邊界鑿切割天井(一般一個(gè)礦塊2條井)。由于礦山－120m階段以上礦體采用崩落法開采,其采空區(qū)為崩落的覆蓋巖層。當(dāng)－180m階段采用充填法時(shí),至少要求留10m以上的護(hù)頂?shù)V柱(頂柱),設(shè)計(jì)考慮留12m頂柱,即－120m分段礦體為保護(hù)礦柱。

1 全尾砂膠結(jié)充填系統(tǒng)

全尾砂自流膠結(jié)充填系統(tǒng)包含全尾砂輸送、充填料貯存、制備及自動(dòng)控制、充填漿料輸送等系統(tǒng)。全礦設(shè)立一套充填系統(tǒng),由兩個(gè)立式砂倉(cāng)、一個(gè)水泥倉(cāng)、一套攪拌桶、以及充填管道及相應(yīng)的控制系統(tǒng)組成,充填系統(tǒng)用DN107料漿輸送管輸送充填漿料,年充填能力為10萬(wàn)m3。

充填站設(shè)計(jì)在地表標(biāo)高為＋170m的原煤氣鋼瓶維修站北面院墻外的露采邊坡旁,充填管道沿露天邊坡敷設(shè)到－120m平硐口,然后經(jīng)－120m階段平巷到達(dá)充填地點(diǎn),到采區(qū)－180m階段開采最遠(yuǎn)處充填管道長(zhǎng)度為1400m,垂直高度290m,最大充填倍線為4.83[7]。

為保護(hù)礦山公園,設(shè)計(jì)選用分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法,礦塊分礦房礦柱二步驟回采,礦房和礦柱均嗣后膠結(jié)充填,回采礦柱時(shí),礦房中充填體暴露側(cè)面積平均為1200m2。參照有關(guān)礦山的經(jīng)驗(yàn),礦房充填體強(qiáng)度需達(dá)2.0MPa。

根據(jù)對(duì)全尾砂膠結(jié)體的灰砂比、料漿濃度進(jìn)行的壓力試驗(yàn)報(bào)告,選擇灰砂比1∶8時(shí),濃度在70%～75%之間的試件28d強(qiáng)度能達(dá)到1.78～2.61 MPa,選擇灰砂比1∶10時(shí),濃度在70%～75%之間的試件28d強(qiáng)度能達(dá)到1.0MPa以上(見表1)。

實(shí)際生產(chǎn)灰砂比為:礦房充填體灰砂比取1∶8,充填體強(qiáng)度達(dá)到1.78～2.61MPa;礦柱采用低強(qiáng)度膠結(jié)充填,灰砂比取1∶20,充填體強(qiáng)度為0.5～1.0MPa。

2 廢石充填的應(yīng)用

2.1 尾砂充填的問題

大冶鐵礦有限公司正處于深淺部接續(xù)生產(chǎn)階段,由于深部開拓工程進(jìn)度緩慢,無(wú)法按照設(shè)計(jì)進(jìn)度投產(chǎn),為了滿足礦山生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)需要,淺部采取了一些超常規(guī)方式,如開拓1.6m提升斜井提升－180中段礦石到露天坑底然后經(jīng)過出入溝運(yùn)輸?shù)竭x礦廠等,增加了采礦強(qiáng)度,而充填站設(shè)計(jì)充填能力為10萬(wàn)m3/a,按照生產(chǎn)任務(wù)要求,充填站能力遠(yuǎn)不能滿足采礦生產(chǎn)的需求。

表1 全尾砂膠結(jié)充填體單軸抗壓強(qiáng)度

另一方面,由于采礦生產(chǎn)量的減少,選礦無(wú)法滿負(fù)荷生產(chǎn),每月生產(chǎn)時(shí)間約為日歷時(shí)間的2/3,選礦停產(chǎn)期間,無(wú)法向充填站供應(yīng)尾砂進(jìn)行充填。隨著采礦生產(chǎn)的推進(jìn),造成獅子山采區(qū)充填捉襟見肘,井下出現(xiàn)了大量的待充填空?qǐng)?不僅嚴(yán)重制約了生產(chǎn)組織,后期采場(chǎng)會(huì)面臨無(wú)礦可采的局面;還在一定程度上影響了安全[8]。

2.2 廢石充填的原因

考慮到獅子山采區(qū)現(xiàn)階段回采已經(jīng)處于二步采(回采礦柱)階段,待充填空?qǐng)?09和311礦柱兩邊礦房308,310和312已經(jīng)進(jìn)行尾砂膠結(jié)充填,充填強(qiáng)度較高,穩(wěn)定性較好,礦柱崩落回采之后,沒有出現(xiàn)大面積垮冒現(xiàn)象。結(jié)合原設(shè)計(jì)資料,礦柱充填體強(qiáng)度不需要很高,可以在尾砂充填過程中增加廢石充填以緩解充填尾砂不足的問題。

獅子山－108m以上采用無(wú)底柱分段崩落法進(jìn)行采礦,有大量的廢石可以用于充填,在相關(guān)部位實(shí)施少量工程之后,可以通過溜井與－108m水平貫通;同時(shí)借鑒公司內(nèi)部尖林山采區(qū)廢石干式充填的情況來(lái)看,廢石充填的成本僅為全尾砂膠結(jié)充填成本的1/3左右,采用廢石充填還可以降低采礦成本。

2.3 廢石充填的實(shí)施

在－120水平9＃溜井向北方向掘進(jìn)并與充填聯(lián)絡(luò)道貫通,在－108m水平鏟運(yùn)廢石翻卸至9＃溜井,鏟運(yùn)機(jī)將9＃溜井中的廢石鏟運(yùn)到中部309或者311空?qǐng)鲞M(jìn)行廢石充填。

在廢石充填過程中,為了確保礦柱的強(qiáng)度,將對(duì)礦柱進(jìn)行分層充填,首層(－171m/－159m)采用灰砂比為1∶5的尾砂進(jìn)行膠結(jié)充填,第二層(－159m/－146m)采用廢石充填,第三層(－146m/－133m)采用灰砂比為1∶20的尾砂進(jìn)行膠結(jié)充填,最后一層(－133m/－120m)采用廢石充填,－120m水平以上仍按全尾砂膠結(jié)充填的方式進(jìn)行多次接頂,以保證接頂效果。廢石充填完之后,其間隙被上層充填的尾砂(含膠骨料)充實(shí),提高了廢石充填體的強(qiáng)度[9-15]。

實(shí)際生產(chǎn)中,尾砂充填309空?qǐng)鰰r(shí),用廢石進(jìn)行311空?qǐng)龅某涮?彼此交替進(jìn)行。309和311空?qǐng)鰪U石充填和尾砂充填布置見圖1。

圖1 309和311空?qǐng)鰪U石充填和尾砂充填

3 結(jié) 論

通過在膠接充填中應(yīng)用廢石充填,獅子山采區(qū)－180中段有效緩解了充填、采礦的矛盾,節(jié)約了充填成本,同時(shí)也為采礦方法在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行改進(jìn)、優(yōu)化提供了一定的經(jīng)驗(yàn)。

(1)緩解充填、采礦矛盾:廢石充填的實(shí)施,彌補(bǔ)了充填站能力的不足,及時(shí)對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填,釋放了采礦空間。

(2)節(jié)約充填成本:廢石充填的成本僅為全尾砂膠結(jié)充填成本的1/3左右,采用廢石充填可以降低采礦成本。

(3)各礦山結(jié)合實(shí)際情況,改進(jìn)采礦方法:生產(chǎn)礦山根據(jù)礦體賦存狀況、自身生產(chǎn)實(shí)際等情況,往往采用多種采礦方法進(jìn)行獨(dú)立或者相互結(jié)合回采;部分礦山在采用某種采礦方法過程中,現(xiàn)場(chǎng)通過局部改進(jìn),更利于生產(chǎn)組織、安全管理,以取得較高的經(jīng)濟(jì)效益。

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2017-04-10)