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        金川礦山充填進路板墻預留濾水裝置研究及實踐

        2021-06-06 09:52:12鄭向黨黨金鵬李芳韓懷亮張巖鋒
        采礦技術 2021年3期

        鄭向黨,黨金鵬,李芳,韓懷亮,張巖鋒

        (金川集團股份有限公司二礦區(qū), 甘肅 金昌市 737100)

        0 引言

        金川鎳礦是世界著名的多金屬共生的大型硫化銅鎳礦床之一,集中分布在龍首山下長6.5 km、寬500m的范圍內,已探明的礦石儲量為5.2億t,鎳金屬儲量550萬t,列世界同類礦床第3位,銅金屬儲量343萬t,居中國第2位。伴生鈷、銅、銀、鉑族等共17種元素,現(xiàn)可回收利用14種,礦床共分4個礦區(qū),從東向西分別為Ⅳ、Ⅱ、Ⅰ、Ⅲ礦區(qū)。礦山采用機械化下向進路膠結充填采礦法開采,充填使用高濃度砂漿管道自流輸送工藝,細沙為?3mm棒磨砂,水泥為425#普通硅酸鹽水泥。充填砂漿濃度為75%~78%,灰砂比為1:4,流量為80m3/h~100m3/h,砂漿由地表攪拌桶經(jīng)鉆孔到充填中段,再經(jīng)盤區(qū)充填回風井中送入分層道、進路。充填進路是對已完成回采的進路進行砂漿充填,使采區(qū)形成假頂支撐頂板,降低采場暴露面積,是盤區(qū)回采重要的一環(huán),也是后續(xù)安全生產(chǎn)的重要保證。充填體是否與上分層頂板密實、充填體的強度以及充填體料漿是否離析對充填至關重要[1]。

        1 充填存在的問題

        盤區(qū)進路回采結束后,須采用充填法進行地壓控制,再進行組織生產(chǎn)。在做充填準備過程中,砌筑的板墻在外墻面進行混凝土素噴封閉時,濾水管出水口常常被堵塞,導致充填漿料中多余的水分無法及時排出,易發(fā)生料漿離析及分布不均現(xiàn)象、部分充填體強度降低、進路不接頂、觀察口憋開及板墻倒塌等工程事故,同時接頂期間存在充填料漿高度難以觀察,充填泵關停的時間難以掌控等問題[2]。在此情況下,金川鎳礦先后進行了木材料封閉板墻、超大砼磚砌筑板墻、一次性加厚砌筑板墻、充填濾布式高濾水性板墻、加大砌筑板墻厚度等手段對板墻進行改進。但由于取材困難、操作方法不科學等原因,實施結果都未達到預期成效,難以進行推廣。目前回采進路仍采用傳統(tǒng)的砌筑方式進行充填,充填進路接頂率仍達不到92%的期望值,此外還衍生出了灰漿外溢現(xiàn)場污染、進路接頂補充、安全補強支護、現(xiàn)場采取專用時間進行工業(yè)保潔等諸多生產(chǎn)組織負面管理效應[3]。

        2 板墻濾水裝置研究

        2.1 傳統(tǒng)板墻濾水設計

        金川礦山傳統(tǒng)充填進路板墻采用長×寬×高=390mm×190mm×190mm粉煤灰磚砌筑,1m以下的墻體寬度為800mm,1m以上墻體寬度為600mm,最上端寬度為400mm,磚塊之間相互鑲嵌,外墻使用素噴支護,墻體四周封閉密實。在板墻砌筑時,自下而上依次在高度400mm、1600mm、離上層頂板3600mm處安裝直徑100mm的軟式濾水管用于排出進路滲水,待排水管內有充填料漿流出后,彎曲、綁扎、封閉排水管。進路板墻上部與上層頂板交界中間200mm位置預留觀察口,具體傳統(tǒng)板墻砌筑見圖1。積水通過盤區(qū)架設管線排入排污系統(tǒng),采用三次充填結頂方式充填。

        圖1 傳統(tǒng)板墻砌筑方式(單位:mm)

        2.2 設計板墻濾水裝置

        2.2.1 技術要求

        經(jīng)分析研究設計充填進路板墻的濾水裝置,以解決原板墻濾水不及時、跑灰影響充填質量和接頂率低的問題[4?5]。裝置由濾水盒與觀察窗兩部分組成,如圖2、圖3所示。濾水盒正面設置用薄鋼板與空心鐵箱焊接,中間鑲嵌有壓邊條,空心鐵箱底部焊接有出水方管;濾水箱背面設置有小方格網(wǎng)與薄鋼板,通過螺栓連接,小方格網(wǎng)與薄鋼板交接處焊接有加強筋,小方格網(wǎng)表面覆蓋有濾水網(wǎng)并通過螺栓固定。

        圖2 濾水裝置濾水盒

        圖3 濾水窗

        濾水盒長×寬×高=2060mm×300mm×80mm;小方格網(wǎng)使用鋼筋制作,規(guī)格長×寬=10mm×10mm;觀測窗長×寬×高=800mm×390mm×190mm;濾水網(wǎng)采用80目不銹鋼網(wǎng)。觀測窗中設置有小方格網(wǎng)與薄鐵盒,薄鐵盒兩端為中空,外側端與小方格網(wǎng)焊接。

        2.2.2 預留方法

        濾水裝置預留在板墻中間位置,上端距上層頂板200mm~400mm,裝置體與板墻體垂直鑲嵌牢固。觀察窗預留在砌筑板墻的上端且緊靠上層充填體一側,窗體與墻體密實坐穩(wěn)。板墻1m以下厚度為800mm,以上厚度為600mm,墻內拉筋固定,外墻用鋼筋加固。噴射砼料板墻厚度嚴格按照100mm進行素噴,作業(yè)過程中要注意出水管、觀察窗的保護以及板墻周圍的密封性。一次充填打底砂灰量控制在100%以內,二次充填砂灰量控制在55%左右,接頂砂灰量控制在45%左右。充填鋪吊前必須將進路底板淤泥清理干凈,積水排出。充填長度及充填量符合相關規(guī)定,杜絕兩條以上進路大面積充填,充填進路超過50m要砌筑半板墻。準確計算出充填進路充填量,遇到充填進路有預留鐵盒子時,控制好充填量及灰砂比。在充填接頂時要及時觀察濾水窗,充填砂灰距進路頂板100mm,同時有水汽從觀察窗冒出停止充填。距進路板墻5m~10m位置,砌筑1.2m擋水墻,將過濾水蓄積在池中,便于統(tǒng)一排污。

        3 實踐效果

        (1)排水及時,接頂率大幅度提高。傳統(tǒng)充填工藝采用三次充填方式,濾水由Φ100mm×4塑料軟管排出,管水速度流動較慢,板墻承受壓力較大。安裝新的濾水裝置后采用一次或二次充填,濾水速度較快,由于采用濾網(wǎng)裝置,解決了軟管被砂漿堵塞的問題,使得充填進路中留存的積水快速排出,很好地解決了充填體離析現(xiàn)象。采場頂板接頂率由原來的85%提高到98%以上,充填體的充填強度也明顯提高,杜絕了充填頂板出現(xiàn)紅砂子頂板的現(xiàn)象[6]。

        (2)充填量準確控制,支護費用大幅度降低。觀察口的預留直觀看到真實充填體所處的高度,準確把控了充填接頂時機,杜絕了充填過程中板墻倒塌、憋口、充填欠超量現(xiàn)象,使得溢流灰漿量減少,由原來每條溢流量10m3以上,降低到5m3范圍內,剎幫木和鋼拱架支護費用及人工成本也明顯降低,盤區(qū)生產(chǎn)經(jīng)營指標長期處于較好區(qū)間。

        (3)安全隱患得以管控,盤區(qū)作業(yè)環(huán)境進一步改善。減少了采場暴露面積,更好地與上層充填體嚴密結合成為一體,有效控制了盤區(qū)地壓的變化,保證了頂板穩(wěn)固性,確保了安全生產(chǎn),較好解決了盤區(qū)回采過程中因充填質量問題而導致的返工情況,減少了清灰量和收拾現(xiàn)場環(huán)境的次數(shù)以及系統(tǒng)維護頻次,為盤區(qū)標準化建設提供了有力支撐。與此同時,充填體強度的提高,為下分層人員和設備安全回采夯實了基礎。

        (4)操作簡單,容易推廣。濾水裝置具有方法科學,取材方便,性價比高,結構簡單,便于操作,勞動強度低,濾水清澈速度快等特點,有利于該裝置在金川礦山廣泛推廣應用。

        4 結論

        研制濾水裝置并應用于現(xiàn)場生產(chǎn),有效解決了充填采礦法進路充填接頂率低、礦石貧化嚴重、墻體濾水性差、充填體堅固不達標、板墻充填時的倒墻和決口、支護成本費用高,排水管道和排污泵堵塞難題,化解了進路垮幫、頂板裂縫脫層、礦巖破碎危險系數(shù)高等安全險情,規(guī)避了回采因前期管理不善,轉層進路頂板遺留大量充填進路不接頂及砂頂板和頂板離析情況,最大限度地滿足了生產(chǎn)要求,有力助推了礦山提出的盤區(qū)標準化安全環(huán)境創(chuàng)建工作,經(jīng)濟效益和社會效益顯著,此裝置可在同類礦山充填中推廣應用。

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