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        進路充填隔墻預留濾水裝置研究及實踐

        2021-08-08 13:41:02鄭向黨黨金鵬李芳韓懷亮張巖鋒
        采礦技術 2021年4期
        關鍵詞:濾水觀察窗隔墻

        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

        金川鎳礦發(fā)現(xiàn)于1958 年,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500 m 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17 種元素,現(xiàn)可回收利用14 種,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,充填使用管道自流輸送高質量分數(shù)砂漿工藝,細砂為?3 mm 棒磨砂,水泥為425#普通硅酸鹽水泥,充填砂漿為75%~78%,灰砂比為1:4,流量80~100 m3/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,這是盤區(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質量至關重要[1]。

        1 充填存在的問題

        盤區(qū)進路回采結束后,須對充填地壓控制再進行組織生產(chǎn),在做充填準備過程中,砌筑的充填隔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,易造成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、觀察口憋開及充填隔墻倒塌等工程事故,同時接頂期間也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,二礦區(qū)先后使用了木材料封閉隔墻、超大砼磚砌筑隔墻、一次性加厚砌筑隔墻、充填濾布式高濾水性隔墻、加大砌筑隔墻厚度等手段對充填隔墻進行改進。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)的砌筑方式設置充填隔墻,充填進路接頂率仍達不到92%的期望值,此外還衍生出灰漿外溢污染現(xiàn)場、進路接頂補加充填、安全補強支護、現(xiàn)場需專用時間進行工業(yè)保潔等諸多生產(chǎn)組織負面管理效應[3]。

        2 充填隔墻濾水裝置研究

        2.1 傳統(tǒng)充填隔墻濾水設計

        金川礦山傳統(tǒng)進路充填隔墻采用長×寬×高=390 mm×190 mm×190 mm 的粉煤灰磚砌筑而成,墻體1 m 以下厚度為800 mm,1 m 以上厚為600 mm,最上端至少厚為400 mm,磚塊之間相互鑲嵌,外墻使用素噴支護,墻體四周封閉密實。在隔墻砌筑時,自下而上依次在高400,1600,3600 mm 處安裝口徑100 mm 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。充填隔墻上部與頂板交界位置預留觀察口。積水通過盤區(qū)架設管線排入排污系統(tǒng),采用3次充填接頂方式充填。

        2.2 充填隔墻濾水裝置

        2.2.1 技術要求

        研究設計出進路充填隔墻的濾水裝置,以解決之前隔墻濾水不及時、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1、圖2 所示。濾水盒正面設置有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1 濾水裝置濾水盒

        圖2 濾水觀察窗

        濾水盒長×寬×高分別為2060 mm×300 mm×80 mm;小方格網(wǎng)使用鋼筋制作,規(guī)格為長×寬=10 mm×10 mm;觀察窗長×寬×高=800 mm×390 mm×190 mm;濾水網(wǎng)采用80 目不銹鋼網(wǎng)。觀察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

        濾水裝置預留在充填隔墻中間位置,上端距上層頂板200~400 mm 處,裝置體與隔墻垂直鑲嵌牢固。觀察窗預留在砌筑隔墻的上端且緊靠上層充填體頂板,窗體與墻體密實坐穩(wěn)。隔墻1 m 以下厚度為800 mm,1 m 以上厚度為600 mm,墻內拉筋固定,外墻用鋼筋加固,嚴格按照100 mm 進行素噴,作業(yè)過程中要注意出水管、觀察窗的保護以及隔墻周圍的密封性。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清理干凈,排出積水。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50 m 要砌筑半隔墻。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100 mm,同時有水汽從觀察窗冒出則停止充填。距充填隔墻5~10 m 位置,砌筑1.2 m擋水墻,將過濾水蓄積在池中,以便統(tǒng)一排污。

        3 實踐效果

        3.1 接頂率大幅度提高

        傳統(tǒng)充填工藝采用三次充填方式,濾水由直徑100 mm 塑料軟管排出,管水速度流動較慢,隔墻承受壓力較大。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]。

        3.2 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,準確地把控了充填接頂時機,杜絕了充填過程中隔墻倒塌、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10 m3以上,降低到5 m3以內,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。

        3.3 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緊密結合成為一體,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工作人員返工的情況,減少了清灰量和收拾現(xiàn)場環(huán)境的次數(shù)以及系統(tǒng)維護的頻次,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。

        3.4 操作簡單易于推廣

        濾水裝置取材方便、性價比高,具有結構簡單、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單位的廣泛應用。

        4 結論

        通過研制濾水裝置并應用于生產(chǎn)現(xiàn)場,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、排水管道和排污泵堵塞的難題,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,導致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,最大限度的滿足了生產(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,并對同類礦山充填具有一定的借鑒作用。

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