全尾砂胶结充填技术研究与应用

祝 星，卢 俊，刘贱刚

(1.江西地矿局九一二地质大队，江西鹰潭 335000;2.江西银海矿业有限公司，江西鹰潭 335000; 3.湖南有色金属研究院，湖南长沙 410100)

江西银海矿业有限公司下鲍矿区设计采选处理能力33万t/a，日生产能力为1 000 t，是一座集采、选于一体的综合型企业。下鲍银铅锌矿分布于120～144勘探线间，0～－420 m标高，长500 m，宽800 m的0.4 km2的范围内，设计利用储量364万t(D级)。矿山为地下开采方式，开拓方式主要为混合井开拓。

由于120～144线－50 m标高以下为江西银海矿业公司所属的下鲍矿，而120～130线标高+50 m以上为鲍家矿南矿段，由鲍家矿业公司开采，部分矿体处在下鲍矿开采垂直面上，鲍家矿和下鲍矿处在同一时期开采，形成了上下同时开采的局面。因此，下鲍矿采矿方法不仅要满足其自身作业安全，而且要保证上部鲍家矿产资源不受到下部开采的安全生产影响。根据矿体的赋存条件、鲍家矿和下鲍矿空间位置关系，考虑到同时开采时其相互影响，为了充分利用矿产资源，实现高强度开采和有效保护上部矿体和鲍家矿体的开采安全，同时，节约选矿尾砂堆储带来征地等费用，实现清洁生产，保护环境，经过对多种采矿方法的比选，矿山选择分段空场嗣后全尾砂充填法。

1 采矿充填工艺

1.1 充填采矿方法

分段空场嗣后全尾砂胶结充填法［1］主要按矿房和矿柱两步骤回采，先采矿房，后采矿柱，随着回采工作面的推进，逐步用充填料充填采空区。全尾砂胶结充填采矿法是在全尾砂中加入适当的胶凝材料，使松散的充填料凝结成具有一定强度的整体，用以改善矿房矿柱的回采条件，以适应复杂的开采技术条件，同时胶结充填的目的还在于降低矿石损失和贫化，更好地保护地表。

1.2 充填工艺流程

目前，选厂尾砂(浓度25%左右)用砂浆泵经管道输送到充填制备站立式砂仓进行沉淀，提高充填尾砂的浓度(60%～70%)，后经搅拌机和水泥给料机按4∶1进行配比，搅拌均匀后，充填料利用自然压差，自流输送到充填作业点。根据矿山目前的生产能力，选厂提供的尾砂不能完全满足充填的能力，现采用采砂船在尾矿库直接挖取尾砂，利用尾矿库输送的备用管路，将尾砂(35%～40%)输送到砂泵站，再经砂浆泵输送到充填制备站的立式砂仓。其井下充填工艺流程图如图1所示。

1.3 充填参数

根据矿山规模和采矿方法的要求，日均充填量为330 m3/d，充填参数为:(1)充填能力:50～80 m3/h;(2)充填浓度:70%～75%;(3)砂浆浓度: 65%～70%;(4)“灰”浆比:1∶4。

2 充填存在的问题

2.1 充填接顶率不高［2］

图1 井下充填工艺流程图

由于采场中充填料浓度低，充填高度估计不足，作业人员不能进入充填空区，充填脱水效果差，导致充填后很难接顶。

2.2 充填体强度低

按正常水泥尾砂充填料浆配比(1∶4)，充填强度要求2 MPa，这样确保采场稳定性与充填体自立性，并减少矿石贫化与损失。充填浆体浓度偏低且不稳定，加上尾砂粒级偏细(全尾砂粒级组成如表1)，充填体强度往往达不到设计要求，胶结充填体自立性差，易发生塌落现象，因而在回采矿柱时出现较大的贫化与损失。

表1 全尾砂粒级组成试验表 %

2.3 采场中充填脱水困难

充填时由于大量引路水与洗管水进入采场，充填料浆浓度低，再加上各个采场未施工脱水井，因而大量充填多余水进入采空区，降低了充填强度，影响充填接顶。

2.4 充填体分层现象明显

从回采矿柱揭露充填体的情况来看，充填体分层明显，由此可见，充填料浆灰砂比不均匀。

3 充填存在的不利因素

3.1 充填脱水条件不具备

由于采用中深孔爆破，且矿房设计偏大(矿房宽15～20 m，长度依矿体厚度而定，一般在70 m以上，采矿阶段高度在30 m以上)，出矿周期长，空场暴露面积大且时间长，以上因素造成采空区人员不能安全进入，以致无法安设脱水井和脱水管，导致充填无法形成脱水条件。现在充填完全依靠自然渗水，以致充填体强度无法保证。

3.2 尾砂分级条件不具备

矿山选矿采用二段磨矿，－74 μm达到72%以上，尾砂产率每天约900 t，如果分级或脱泥，可用于充填的尾砂量将锐减，无法满足采矿要求。矿山设计采用立式砂仓，参入人工砂操作难度大且成本高，因而条件不成熟。由于砂质量限制，无法保证充填体最终质量。

3.3 充填下料口单一且设计不合理

目前充填下料口设置在矿房下盘，由于矿房较长，造成尾砂形成“水力充填”模式，不仅在矿房内形成自然沉淀内坡，而且不利于完成充填接顶。现要改变这种状况，施工难度大，投入也大。

4 拟优化及改善措施

4.1 优化充填配比［3］

针对现有矿山的充填体质量强度较小的现状，可对充填料浆的充填配比进一步优化，对充填料浆的灰砂比进行试验，试验最优配比，必要时，可在料浆中加入一定量的早强剂等添加剂，提高充填体强度，缩短施工工期。

4.2 加强管理措施，强化充填站质量责任意识

强化充填质量意识，加强对充填人员的技术培训，对业务能力差，不负责任的工人采用严厉的奖罚制度，建立以提高充填质量、充填接顶率为目标的生产责任制。针对给料设备要定期校验，在保证不堵管的情况下，提高充填料浆的浓度，稳定料浆流量，避免充填配比出现大的波动，使灰砂比与设计要求基本吻合，从而保证充填站尽可能达到较高的输送浓度，与设计要求充填配比吻合。

4.3 采场严格按要求施工

针对回采断面超高、超宽的情况，采用控爆方法，限制超挖现象，提高充填接顶率。

4.4 采用多种技术措施确保充填接顶

采用三通阀，实现充填引路水、洗管水外排。充填下料管置于充填采空区最高点，同时，可以利用已有钻孔等进行多处充填，保障充填接顶质量。

5 结论

针对矿山现有矿体的赋存条件，提出分段空场嗣后全尾砂胶结充填法采矿方法，对充填材料及充填工艺等进行相关研究，其不仅减少尾矿库库容及地表沉降，而且降低了矿石损失率和贫化率，充分地回采矿体，有效控制地压，实现了尾矿再利用。

通过此次的研究及技术管理方面措施改进，获得了较为丰富的相关数据，同时为矿山积累了相关经验，为全矿推广奠定了基础，为类似矿山提供了借鉴。

［1］ 谢世俊.金属矿山地下开采［M］.北京:冶金工业出版社，2008.

［2］ 孙恒虎，黄玉程.当代胶结充填技术［M］.北京:冶金工业出版社，2002.

［3］ 王新民，肖卫国，张钦礼.深井矿山充填理论与技术［M］.长沙:中南大学出版社，2005.