会宝岭铁矿全尾砂非胶结充填新工艺

李保健 周 涌 刘允秋 翟利军 郭同晓

(1.山东能源临矿集团会宝岭铁矿，山东临沂277700;2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司，安徽马鞍山243000;3.金属矿山安全与健康国家重点实验室，安徽马鞍山243000; 4.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司，安徽马鞍山243000)

由于地下矿床开采技术条件愈来愈复杂及无害化开采的要求，国内外地下矿山使用充填采矿法的比重逐年上升，充填新工艺和新材料相继出现，推动了采矿技术的不断进步［1-2］。会宝岭铁矿床为隐伏矿床，矿带赋存于泰山群山草峪组地层中，产状与地层产状基本一致，属于倾斜—极倾斜、薄—中厚矿体，厚度3～20 m。矿区地表受村庄、206国道及其通讯、供电线路等建筑物影响，不允许地表塌陷沉降，采用分段空场嗣后尾砂充填的采矿方法，对地表建筑物予以保护。

1 充填材料试验

1.1 全尾砂物理性能测试

全尾砂物理参数主要有密度、松散容重、密实容重、自然安息角，以及由密度和松散容重得出的孔隙率［3］。会宝岭铁矿有限公司全尾砂的基本物理参数测定结果见表1。

表1 全尾砂基本物理参数Table1 Full tailings basic physical parameters

1.2 全尾砂粒级组成

为了对尾矿砂进行定名并获得各项级配指标，室内对野外所采取的尾矿砂试样(原状样和扰动样)均进行了颗粒分析试验，试验方法采用筛析法及比重计法。根据颗粒分析试验结果，绘制了尾矿砂的颗粒大小分布曲线，同时，给出了尾矿砂的有效粒径d10、中间粒径d30、平均粒径d50和限制粒径d60，并根据这些数据计算出了不均匀系数Cu和曲率系数Cc，尾矿砂试样的颗粒分析试验曲线及结果详见附图1及表2。

图1 尾砂试样颗粒分析曲线Fig.1 Particle analysis curve of tailings sam ple

表2 尾粉细砂级配指标统计Table2 Tailings grading index statistics

由表2可以看出，会宝岭铁矿现状尾矿砂的有效粒径d10变化于0.007～0.073 mm，平均值为0.050 mm;尾矿砂的平均粒径d50变化于0.138～0.240mm，平均值为0.196 mm;尾矿砂的不均匀系数Cu变化于2.79～26.33，平均值为5.717。对照尾砂的分类标准，会宝岭铁矿有限公司尾砂属于中细砂，适合全尾砂充填［4］。

2 充填工艺及施工组织

2.1 充填料浆的制备

充填料浆采用全尾砂和水为原料进行制备。选厂产出的全尾砂用砂泵扬送到尾砂泵房尾砂池，再由渣浆泵扬送到砂仓内脱水。进行全尾砂充填时，打开砂仓底部阀门放砂，将砂仓底流高浓度的尾砂送到高浓度搅拌槽进行搅拌。制备好的充填料通过充填钻孔输送到井下充填采场进行充填。会宝岭铁矿最大充填倍线约为18.7，初期最大充填倍线为6.2。

2.2 充填料输送技术

初期通过管路高浓度自流送入采场，中后期随着水平管路距离的增加采用加压输送。一段充填钻孔为+90～－60 m水平，经－60 m水平800 m长水平管路输送至各个采场采空区;二段充填钻孔为－60～－340 m水平，经－340 m水平南沿脉600 m长水平管路以及北沿脉1000 m长水平管路输送至各个采场采空区。

为保证充填料的顺利输送，确定充填体的最大充填浓度为75%。

2.3 滤水设施的加工

滤水设施包括滤水管、滤布、牵引钢丝绳、固定锚杆等。

滤水管采用硬质波纹管，管内径为150 mm，管壁滤水孔为梅花形排列，孔径为10 mm，每圈波纹管钻孔6个。钻孔位置设置在波纹管的凹陷槽内，并在滤水管上敷设单层滤水滤布(80目滤布)，内层滤水滤布为土工布，外层滤水滤布为麻布。滤水滤布单层缝制成内直径大于110 mm左右长袋，长度大于单段滤水管长度，滤水滤布包扎在滤水管外，用棉线缝合，能保证有较好的滤水效果。

2.4 充填挡墙的砌筑

矿房回采结束后，各出矿进路矿石出空露出空区，在靠近空区5m位置砌筑充填挡墙。挡墙采用先刻槽再砌筑方式，两帮刻槽高度2.4 m，槽体深度0.5 m，宽度0.5 m，刻槽完成后扎钢筋网，网格300 mm×300 mm，挡墙顶部采用φ28螺纹钢打锚杆，锚杆长度2m外露1m，然后进行混凝土支模砌筑，砌筑时预留700 mm×700 mm观察窗作为施工人员进出的通道。滤水设施以及充填挡墙图详见图2。

图2 滤水设施以及充填挡墙Fig.2 W ater treatment facilities and the filling retaining wall

3 充填中遇到的问题及改进措施

3.1 跑浆隐患防范措施

如图2中所示，滤水管从上水平经过空区下放到底部联接到挡墙上，滤水管暴露在采空区内时间较长，采空区顶部有浮石掉落隐患，会有砸坏滤水管的可能。滤水管砸坏后会有跑浆现象。采取在挡墙滤水管外口将法兰盘和土工布固定在滤水管口上，并留有一定的滤水间隙。当发生跑浆现象时，将法兰盘紧固，密封滤水管口，以防大面积跑浆。

3.2 脱水方式的优化

由于矿山充填强度较大，而滤水只能从两侧和底部滤水，尾砂属于中细砂，滤水速度达到设计要求，但满足不了矿山充填强度对滤水率的要求。采取在矿房下盘底部巷道内向上打泄水钻孔辅助脱水，泄水钻孔按照一定的设计高度布设，泄水钻孔底部采用球阀封闭。随着充填的进行充填体顶部清水可以通过泄水钻孔排出矿房，当泄水孔出现浑水或少量含砂矿浆，则将底部球阀关闭。

3.4 充填体矿柱地质条件影响

矿山主要岩性为黑云角闪片岩，节理较发育，层理较明显。经现场充填实践发现，充填体边帮及矿柱有裂隙通往矿房外部，随着充填体高度的增加，静水压力增大，有少量含砂矿浆会顺着节理裂缝外渗。为防止矿浆外渗造成裂隙增大，同时阻止充填体内部水力通道，采取在挡墙周边喷浆及破碎地带注浆的措施，更好的封堵裂隙，确保充填安全。

4 结论

(1)全尾砂全粒级非胶结充填，减少了尾砂向地面尾矿坝输送以及地表堆放，避免占用大面积土地;全尾砂以高浓度冲入采空区，减少地面排放，提高输送能力，实现矿山无固废排放。

(2)通过尾矿砂物理力学性质以及尾矿砂级配指标统计表可以看出该矿尾砂为中细砂，尾砂的粒级分布较好，滤水速度良好，适合采用非胶结充填。

(3)会宝岭铁矿在高充填倍线情况下实现了尾砂自流，但当浓度变高时或者采用膏体充填时需要进行加压。

(4)充填进度、滤水速度、顶水高度的关系，需要进一步实践摸索。

(5)矿山实行“隔一采一”，待充填矿房充填体稳定后再开采相邻矿房，矿房充填完成后需要经过多久的滤水周期，才能确保相邻矿房回采爆破的安全，还需要进一步试验研究。

［1］ 周爱民.矿山废料胶结充填［M］.北京:冶金工业出版社，2007.

Zhou Aimin.Mine Waste Cement Filling［M］.Beijing:Metallurgical Industry Press，2007.

［2］ 刘再涛.缓倾斜破碎矿体全废石充填采矿法的应用［J］.现代矿业，2013(4):62-63.

Liu Zaitao.The whole waste rock fillingminingmethod of application in gently inclined ore crushing［J］.Modern Mining，2013(4):62-63.

［3］ 张盛祥，王伟杰.高浓度全尾砂结构流胶结充填材料试验研究［J］.现代矿业，2014(5):6-7.

Zhang Shengxiang，WangWeijie.Experimental study on high concentrations of full tailings structure stream cement filling material［J］.Modern Mining，2014(5):6-7.

［4］ 汪振鹏.浅谈全尾砂高浓度充填技术在深井矿山的应用［J］.现代矿业，2010(9):76-77.

Wang Zhenpeng.On the application of a full tailings high concentrations filling techniques in deep mines［J］.Modern Mining，2010 (9):76-77.