高含水矿山井下废石破碎泵送胶结充填技术研究

姚银佩

(湖南有色冶金劳动保护研究院)

湖南宝山有色金属矿业有限责任公司是一家多金属国有矿山企业。矿山经过近半个世纪的开采，浅部资源消耗殆尽。2006年，矿山在接替资源找矿时，发现矿山西部二号砂页岩矿体。西部二号矿体位于50 m中段以下，为高品位的铅锌矿，Pb+Zn品位约30%左右，Ag品位约为160 g/t，具有较高的开采价值。

西部二号矿体上下盘围岩为极不稳固的碳质页岩，f系数为4～6，矿体为中等稳固以下，f系数为8～12。二号矿体位于0 m标高以下，走向长约100 m，矿体产状变化较大，矿体形态复杂。目前开采中段为－70～－110 m中段，－190 m中段以下为开拓中段。－70 m～－50 m中段矿体呈倾斜产状，倾角为30°～40°，厚度一般在2～10 m，平均为6～7 m。原采用矿山传统的留矿法开采，开采高度最多为3个分层(约6～8 m)，矿体和上盘围岩全部垮塌，开采无法进行，采出矿石量仅有5% ～15%，损失较大，安全性较差［1］。

宝山矿采用竖井+盲斜井开拓，竖井井口标高在472 m，目前开拓中段在－190 m，开拓的废石和生产过程中采掘的废石比较多，废石提升至地表，须提升高度近700 m，运输费用较高。砂页岩矿体及上下盘岩石都比较破碎，岩性较差，开采安全性低，必须采用充填法开采以确保开采安全。矿山现有尾砂中含有贵金属金，暂不能用于井下充填，不适宜建地表尾砂充填站，而井下充填系统受充填倍线影响，须应用泵压输送。岩体节理裂隙发育，南方雨水充足，井下废石含水较多。综合考虑上述条件，提出建设高含水矿山井下废石破碎系统和井下移动式泵送胶结充填系统，将废石井下就地破碎，高压泵加压管道输送充填采场［2］。

湖南宝山矿业公司根据西部二号砂页岩矿体矿岩复杂破碎的开采技术条件，目前采用上向水平分层泵送黄泥碎石胶结充填采矿法开采，分层高度2.5 m，上向进路式回采，使用混凝土泵加压输送黄泥碎石胶结充填料充填采场，取得了很好的开采效果。

1 高含水矿山井下废石破碎系统

1.1 高含水矿山井下废石破碎设备

高含水矿山井下废石破碎系统［3］(如图1)主要应用的设备有振动给料机、颚式破碎机、碎石脱水浆体网格振动筛、复合破碎机、碎石分级振动筛、胶带输送机、风机及风管(通风除尘)等。

图1 井下废石破碎系统(局部)

1.2 高含水矿山井下废石破碎工艺

高含水矿山井下废石破碎系统采用破碎—脱水—再破碎独特两级高含水废石破碎工艺(图2)，一级破碎设备为颚式破碎机，一级碎石脱水设备为脱水浆体网格振动筛，二级破碎设备为复合破碎机［4］。

图2 高含水矿山井下废石破碎工艺流程

高含水矿山井下废石破碎系统具体的破碎工艺为:井下开拓和采掘的废石通过井下废石溜供系统聚集在井下废石储备矿仓，再经振动放矿机和废石溜槽进入颚式破碎机破碎。破碎的废石中含有大量的水浆体，再脱水浆体网格振动筛脱去废石中小于20 mm的含水浆体，直接输送到分级振动筛筛分;未通过脱水浆体网格振动筛的废石进入复合破碎机破碎，二级破碎的废石通过分级振动筛筛分，小于20 mm满足充填骨料要求的直接进入储存料仓，未通过的碎石由循环胶带运输机传送至复合破碎机再进行一次二级破碎，直至破碎粒径满足充填骨料粒径要求为止。

在高含水矿山井下废石破碎工艺过程中，因废石中含水，一级破碎的废石含有大量的水浆体，这些水浆体粒度小，呈黏稠状，如果含水浆体的碎石直接进入复合破碎机，极易导致堵塞，致使复合破碎机无法正常工作。碎石脱水浆体网格振动筛主要作用为脱去一级破碎的废石中水浆体，避免堵塞复合破碎机，防止破碎机电机烧坏;另外水浆体满足充填粒径要求，分离后直接进入料仓，节约了费用和时间。

井下废石破碎产生大量的粉尘，可采用密闭抽出式通风除尘措施来处理破碎过程中产生的粉尘，控制破碎硐室内工作区的粉尘浓度在国家卫生标准2 mg/m3以下。

1.3 高含水矿山井下废石破碎技术参数

脱水浆体网格振动筛网孔设计为10 mm×20 mm;分级振动筛网孔设计为20 mm×20 mm。

高含水矿山井下废石破碎系统设计破碎能力15 m3/h，生产作业时破碎能力 11～13 m3/h，与井下充填系统衔接良好，可满足井下充填工作碎石的使用量。

废石粒径为0～400 mm;一级碎石粒径为0～70 mm;二级碎石粒径为0～20 mm，其中粒径小于3 mm约占70%。

2 井下移动式泵送充填系统

2.1 井下移动式泵送充填设备及充填料

井下移动式泵送充填系统［5-6］主要应用的设备有振动给料机、带料斗的碎石混凝土搅拌机、井下导轨式混凝土高压泵、高强耐磨充填钢管及4层钢丝橡胶软管、空压机配风包等(如图3所示)。

图3 充填硐室内井下移动式泵送充填系统

井下泵送充填料以碎石为充填骨料，水泥为胶凝材料，并且以黄泥替代部分水泥，改善充填料浆的泵送性能，减轻了充填料对管道的磨损，降低了对充填管道的摩擦阻力。

2.2 井下移动式泵送充填工艺

井下移动式泵送充填系统工艺［7-8］流程包括充填料的准备、充填料的制备、料浆的加压泵送、管道输送及采场充填等(如图4所示)。

图4 宝山矿井下废石破碎泵送充填系统

(1)充填料的准备。碎石储存在料仓，由振动放矿机放出;水泥和黄泥搬运至井下，分别储存在井下的水泥储存硐室和黄泥储存硐室。

(2)充填料的制备。将碎石、水泥及黄泥放至搅拌机的料斗里，进入混凝土搅拌机加水搅拌均匀。

(3)料浆的加压泵送。制备好的黄泥碎石胶结充填料浆倒入充填泵料斗，通过混凝土泵的加压，由充填管道输送至采场。

(4)充填结束后，利用空压机及风包内高压风推动弹性海绵体从充填管道内通过，达到清洗充填管道的目的。

2.3 井下移动式泵送充填技术参数

井下移动式泵送充填系统主要技术参数如下。

(1)充填骨料(碎石):粒径小于20 mm，其中3 mm约占70%。

(2)按设计选择的水泥标号为325。人工混凝土假底和胶面充填时，每1 000 kg碎石加入100 kg水泥和32 kg黄泥，抗压强度R30为5.40 MPa;采场充填时，每1 000 kg碎石加入50kg水泥和64 kg黄泥，抗压强度R30为2.05 MPa。

(3)充填浓度为73% ～76%。

(4)充填综合成本为97元/m3。

(5)充填效率为60 m3/工班。

3 结论

高含水矿山井下废石破碎系统和井下移动式泵送充填系统在湖南宝山矿深部砂页岩复杂破碎矿体开采中成功应用。

井下建立废石破碎站，采用破碎—脱水—再破碎独特的高含水矿山井下废石两级破碎工艺，解决高含水废石破碎过程中二级破碎时水浆体堵塞复合破碎机的问题，并使用密闭抽出式通风除尘，控制破碎硐室内粉尘浓度。

通过改进搅拌机和混凝土泵等设备，研发出井下移动式泵送充填系统，采用轨道式可移动型混凝泵，高压泵送高浓度黄泥碎石充填料浆充填采空区，解决湖南宝山矿砂页岩复杂破碎矿体开采问题。实践证明，高含水矿山井下废石破碎泵送胶结充填系统具有充填迅速、充填浓度高、费用低、管路短并铺设简单、不受充填倍线影响等优点，实现了井下废石不出窿就地破碎处理，直接在井下泵送充填采场，在提高矿石回采率的同时，确保了不稳固矿体的开采安全。

［1］ 杨文忠.宝山矿西部2号砂岩矿体采矿技术研究［J］.湖南有色金属，2009，25(4):5-7.

［2］ 刘同有.充填采矿技术与应用［M］.北京:冶金工业出版社，2001.

［3］ 吕 波.红透山铜矿井下废石破碎充填系统评述［J］.有色矿冶，2001，17(5):5-7.

［4］ 李志超.井下废石破碎系统在宝山矿深部开采中的应用［J］.金属矿山，2011(9):9-11.

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

［6］ 陶启华.井下充填废石的输送方式及其设备探讨［J］.工程设计与研究，1994(2):4-6.

［7］ 石文波.英国泵送充填护巷技术［J］.煤炭科学技术，1986(1):59-60.

［8］ 袁梅芳.地下金属矿井下移动式充填系统的研究与应用［J］.金属矿山，2011(9):5-8.