劉海生 劉衛(wèi)國 吳 旭

(河北省礬山磷礦有限公司，河北 張家口 075641)

0 引言

礬山磷礦是我國北方唯一的一座大型磷礦，也是目前國內(nèi)正在開發(fā)利用的最大的低品位磷礦之一。企業(yè)目前擁有120萬 t/a磷鐵礦采選、11萬 t/a硫酸、10萬 t/a磷肥等主要生產(chǎn)裝置和能力。礬山磷鐵礦床賦存于礬山雜巖體內(nèi)的層狀輝石巖帶中，其東西長3 000 m，南北寬1 500 m，標高598～32 m，具有典型的巖漿分異成礦特征。礦體寬度變化不大，受白云巖層產(chǎn)狀的制約，形成與白云巖產(chǎn)狀相一致的向南突出的半盆形層狀礦床，礦體排列方向與區(qū)域構(gòu)造線方向一致，長軸呈北東50°～60°，兩端分別向北及北西彎轉(zhuǎn)，形成各礦體有規(guī)則的弧形彎曲。礦體均向中心部位傾斜，其中段向北西傾，西段向北東傾，東段向西傾，傾角一般20°～45°，礦體頂部傾角稍大，向深部逐漸變緩。主礦體的規(guī)模，以半盆狀弧長計：長度2 200～2 864 m，厚度21.53～35.77 m，延深356～865 m。

礬山磷礦從2010年開始試驗充填法采礦，先后采用了上向進路式充填采礦法、上向點柱式充填采礦法、條柱式充填采礦法、無底柱分段菱形嗣后充填采礦法、平底結(jié)構(gòu)分段鑿巖階段出礦嗣后充填采礦法等[1]。目前采用的平底結(jié)構(gòu)分段鑿巖階段出礦嗣后充填采礦法成本低、效率高。該方法沿礦體走向每120 m劃分為一個盤區(qū)，盤區(qū)間留設(shè)礦柱，盤區(qū)內(nèi)礦房垂直礦體(或沿礦體布置)布置，每個盤區(qū)內(nèi)布置7～8個礦房，每個礦房的寬度為13～15 m，長度為20～40 m，礦房之間不留間柱，連續(xù)回采[2]。

1 目前充填工藝以及存在的問題

1.1 目前的充填工藝

礬山磷礦充填站位于副井井口東側(cè)，標高762.3 m。充填系統(tǒng)主要由砂漿制備系統(tǒng)(尾礦輸送系統(tǒng)、膠結(jié)料輸送計量系統(tǒng)、水供給系統(tǒng)、混合料攪拌系統(tǒng))、充填料輸送系統(tǒng)及控制系統(tǒng)組成。充填站設(shè)4座1 000 m3的立式砂倉，4座180 m3的尾砂固結(jié)材料倉。充填站設(shè)儲水池，水池水通過水泵加壓泵送用于造漿和清洗用水。充填系統(tǒng)采用膠結(jié)尾礦管道自流輸送。

選廠排出的尾砂進入尾礦濃密池，由砂泵泵入立式砂倉頂部的旋流器組進行分級，沉砂沉入立式砂倉，溢流尾砂經(jīng)管路自流至濃密池，再經(jīng)泵送至尾礦庫。砂倉底部安裝造漿環(huán)形管和造漿噴咀，充填時通入高壓水和高壓風(fēng)，使沉淀的飽和尾砂流態(tài)化，通過放砂管放入攪拌桶。水泥罐車將散裝C料運來后通過風(fēng)力輸入尾砂固結(jié)材料倉，尾砂固結(jié)材料倉中C料通過雙管螺旋輸送機和螺旋電子秤送入攪拌桶。充填灰砂比(C料：尾砂)配比通過電子自動計量裝置進行調(diào)節(jié)，可實施膠結(jié)充填。充填工藝圖見圖1。

圖1 充填工藝圖

充填管路通過充填鉆孔從地表到井下+470 m水平，共有充填鉆孔6個，直徑φ146 mm，在+470 m水平以下利用接力風(fēng)井下放充填管路，經(jīng)作業(yè)中段上水平階段運輸平巷、回風(fēng)穿脈、充填平巷進入采場充填工作面。最大充填倍線6.5，滿足自流輸送要求。

礦房回采結(jié)束以后，清理好空區(qū)邊緣的礦石，在距離采空區(qū)口2～4 m的位置制作鋼結(jié)構(gòu)充填擋墻(見圖2)。封閉各分段所有與空區(qū)聯(lián)通的通道口，充填管由上部中段充填平巷接入，充填到擋墻位置時，每次充填高度1 m，養(yǎng)護24 h，然后再充填1 m，直到充填體超過擋墻高度后開始連續(xù)充填，對整個空區(qū)實施接頂充填。整個空區(qū)充填完成后養(yǎng)護28天，然后再二次掘進擋墻位置的充填體(拉槽用)，充填體掘完成后開始施工下一個礦房的中孔，進入下一個循環(huán)。

圖2 充填擋墻制作圖

1.2 目前充填工藝存在的問題

目前充填工藝存在以下4個問題。第一，前一個礦房充填完畢以后需要二次掘進充填體，每次掘進充填體工程量小，需要頻繁搬運鑿巖設(shè)備和出渣設(shè)備；第二，掘出來的充填體需要專門運到地表或者臨時堆放在巷道內(nèi)，等形成空區(qū)后再把充填體倒入采空區(qū)內(nèi)，該工作費時費力，而且影響生產(chǎn)；第三，二次掘充填體影響相鄰礦房施工中孔，必須在完成充填體掘進后才能施工中孔，增加礦房之間生產(chǎn)銜接時間；第四，為了減少充填體掘進量，制作充填擋墻時離空區(qū)太近存在安全隱患。如果不采用掘進的方法去掉該部分充填體，則造成充填體混入礦石內(nèi)，造成礦石貧化，影響選礦回收率指標。

2 充填工藝的優(yōu)化

通過一段時間的現(xiàn)場考察和收集有關(guān)資料，結(jié)合礦山的實際情況，初步考慮采用其它材料放置在充填擋墻內(nèi)需要預(yù)留空間的位置，這樣就不用二次掘進充填體，就解決了以上問題。共進行了兩種試驗，一種是在充填擋墻內(nèi)放置水袋，另一種是在充填擋墻內(nèi)放置氣囊。

2.1 水袋置換充填體

首先試驗的是利用水袋置換充填體。該方法是在充填擋墻和采空區(qū)邊緣之間需要留設(shè)空間的位置放置儲水袋。儲水袋放置位置見圖3，儲水袋結(jié)構(gòu)見圖4。

圖3 儲水袋放置位置圖

圖4 儲水袋結(jié)構(gòu)圖

充填擋墻選擇在巖石較好的地段制作，距離采空區(qū)邊緣約3～4 m，然后在充填擋墻里面放置一個儲水袋，儲水袋預(yù)留一個進水口、一個排氣口。儲水袋長度3～4 m。在充填之前向儲水袋內(nèi)注水，水袋一側(cè)在空區(qū)邊緣，注水時水袋向空區(qū)內(nèi)滑落，掉入空區(qū)內(nèi)，試驗失敗。

2.2 氣囊置換充填體

在第一次試驗失敗的基礎(chǔ)上，對儲水袋進行了改進，改造成儲氣袋。把進氣口處的塑料法蘭改成鋼制法裝蘭，取消原排氣口，只留一個進氣口，增加一個壓力表。放置的位置還是在充填擋墻和采空區(qū)邊緣之間。氣囊外側(cè)包裹兩層充填濾布，防止巷道壁上的尖銳物體刺壞氣囊。本次向儲氣袋內(nèi)充氣以確保氣囊穩(wěn)定在放置的位置上，氣囊規(guī)格長×寬×高分別為3 m×3.2 m×3 m。氣囊結(jié)構(gòu)見圖5，氣囊放置位置見圖6。

圖5 氣囊結(jié)構(gòu)圖

圖6 氣囊位置圖

礦房出礦完成后，對空區(qū)口處進行噴漿處理，然后按照正規(guī)鋼制擋墻形式制作擋墻骨架，在綁扎錨桿和網(wǎng)片前放置好氣囊。然后安裝錨桿和網(wǎng)片，訂濾布。在巷道壁的一側(cè)預(yù)留充填觀察管，共留3根觀察管，在距離巷道底板1 m處留設(shè)一根，在距離巷道底板2 m處留設(shè)一根，在距離巷道底板3 m處留設(shè)一根，用來觀察空區(qū)內(nèi)充填體充填高度。把水袋上的進氣口留到擋墻外，方便操作，然后在氣囊充氣口處安裝好壓力表和閥門，并連接到供風(fēng)管路上充氣，充氣壓力保持50～60 kPa，達到壓力后關(guān)閉閥門，開始進行充填。觀察管位置見圖7。

圖7 觀察管位置示意圖

充填過程中的關(guān)鍵點：氣囊能承受的極限壓力為80 kPa，充填時氣囊內(nèi)氣體壓力為50～60 kPa，可知氣囊最大可承受側(cè)向充填體的壓力為50～60 kPa，否則氣囊將變形損壞。充填料漿濃度按照1.75 g/cm3計算，充填體每充1 m高度，側(cè)向壓力為17 kPa。充填使用新型的膠固材料，簡稱C料[3]，該膠固材料早期強度高，需要的灰砂比低。為了保證充填時不把氣囊壓壞，當(dāng)充填體高度到達氣囊位置時，要求充填1 m高后，即最低處的充填觀察管出水時停止充填，把該觀察管封閉，并養(yǎng)護24 h，等待充填體初凝，然后再充填1 m，即中間的充填觀察管出水時停止充填，并把中間的觀察管封閉，再養(yǎng)護24 h后繼續(xù)充填最后一部分，即最上部的觀察管出水時停止充填，然后養(yǎng)護72 h。充填擋墻位置共分3次充填到頂，充填到頂以后可以連續(xù)充填。充填過程中時刻注意壓力的讀數(shù)，如果壓力有異常應(yīng)立即停止充填。以此類推，直到充填體充填接頂為止。充填完成并養(yǎng)護14天以后，開始從下到上進行充填擋墻拆除。拆擋墻的順序是：先打開氣囊的進(排)氣閥把氣囊內(nèi)的氣體排出，等氣體完全排出后，采用木棍把氣囊向內(nèi)頂開，防止電焊、氣焊作業(yè)時損壞氣囊。做好這些準備工作后進行鋼制擋墻的拆除，擋墻拆除完成后把濾布用剪刀剪開，然后對氣囊進行回收，完整回收以后可以重復(fù)使用。氣囊拆除完成以后即可進行相鄰礦房炮孔的施工，進入下一循環(huán)。

3 應(yīng)用效果

礬山磷礦西區(qū)充填采礦工藝，每個礦塊有12個礦房，每個礦房有6～8個位置需要氣囊置換，分別是：底部出礦分段切井聯(lián)巷、出礦1川、出礦2川、鑿巖巷正口；第一輔助鑿巖分段切井聯(lián)巷、鑿巖巷正口；第二輔助鑿巖分段切井聯(lián)巷、鑿巖巷正口。每個位置置換充填體長度3 m，共計216 m，巷道斷面8.37 m3，每個礦塊共計需置換1 808 m3充填體。通過采用氣囊置換充填體工藝改進，共計節(jié)約掘進成本38萬元，扣除氣囊成本23.4萬元(按照每個位置都使用新氣囊)，凈節(jié)約14.6萬元，每個礦房出礦量按30萬t計算，每噸礦石可節(jié)約0.49元。氣囊可以重復(fù)使用，可進一步節(jié)約成本。另外，縮短了采充銜接時間，每個礦房可以縮短二次掘進充填體的時間20天，大幅提高了生產(chǎn)效率，減少了無用的充填量，改善了作業(yè)現(xiàn)場的文明生產(chǎn)條件。

4 結(jié)語

礬山磷礦西區(qū)充填法采礦工藝中二次掘進充填體工作是一項非常困難的工作，因為二次掘進充填體位置比較分散，分別在不同的分段，每個分段只有3～4 m，需要頻繁的搬運鑿巖設(shè)備、出渣設(shè)備、風(fēng)水管路等，而且泥水多，施工難度大。通過采用氣囊置換充填體工藝改進前后，生產(chǎn)效率大幅提高，減少了氣囊部分的充填量和二次掘進的費用，為礦山增加了經(jīng)濟效益。該工藝在其它礦山?jīng)]有應(yīng)用先例，在礬山磷礦為首次應(yīng)用，取得了比較好的效果，為采用類似充填法的礦山提供借鑒的經(jīng)驗。