板庙子金矿充填关键技术应用研究

常晓娜，石 勇，郭玉杰，邱大刚，李 成

吉林板庙子矿业有限公司， 吉林 白山市 134300)

板庙子金矿充填关键技术应用研究

常晓娜，石 勇，郭玉杰，邱大刚，李 成

吉林板庙子矿业有限公司， 吉林 白山市 134300)

板庙子金矿开采条件较差，主要采用分段空场嗣后充填采矿法，从充填材料与配比、充填制备工艺、管道输送系统、采场充填工艺以及充填体质量控制5个方面详细阐述了胶结充填关键技术在板庙子金矿的应用。矿山实践表明，采用自产废石做为充填骨料、粉煤灰做为辅助胶结剂及砌筑喷浆式充填挡墙等技术措施，废石粉煤灰重量比2∶1，水泥掺量14%时，充填体28 d强度达5.63 MPa，既满足采矿要求，又有效提高了生产效率，同时节约了大量成本，综合效益显著。

充填技术； 尾砂胶结；充填挡墙； 质量控制

板庙子金矿位于吉林省白山市市区北部，矿区地形复杂，溶洞发育，富含裂隙水，开采条件较差[1￣2]。井下主要采用分段空场嗣后充填采矿法，目前矿山井下生产能力约为85万t/a，充填能力近53万m3/a。自2009年9月充填站投入使用以来，累计充填量超过180万m3。充填技术的应用能够有效控制采场地压，遏制不稳定岩体移动，减缓地表沉降，保护地表建筑物，是建设绿色矿山、保证矿山可持续发展的重要环节[3￣5]。

板庙子金矿根据采矿顺序及采场特点，探索出一套以尾砂胶结充填(CHF)为核心，废石胶结充填(CRF)与废石充填(RF)相结合[6￣8]的充填工艺，以及以自流输送为主，泵送为辅的料浆输送模式。

1 充填材料与配比

充填材料主要包括胶凝材料和骨料。尾砂胶结充填的胶凝材料主要采用32.5级复合硅酸盐水泥与粉煤灰，骨料采用外购铁矿尾砂，并添加井下自产破碎的废石。采用自产废石的目的在于取代部分外购尾砂，消耗井下掘进的部分废石，节约充填成本，减少场地占用。充填材料的物理性质见表1。综合考虑现场要求的充填用废石直径应小于5 mm。自产废石的10 mm以下粒级分布曲线如图1所示，经破碎后，约98.5%废石颗粒直径小于5 mm，能够满足做为充填骨料的需要。

1.2 充填料浆配比

目前，依据不同采场的开采顺序和强度要求，水泥掺量分为14%，9%及6% 3个等级。废石∶尾砂∶粉煤灰的体积比为2∶1∶1和1∶1∶1两种。

2 充填制备工艺

板庙子金矿充填站采用1号线运输废石和尾砂，2号线运输粉煤灰，3种物料在地表充填制备站的1，2号皮带处汇合，经计量皮带称重后进入搅拌机充分搅拌，有利于3种物料均匀搅拌，进而提高充填体强度，充填制备流程见图2。

表1 充填材料物理性质

图1 废石粒级组成曲线

充填制备系统的主要技术参数见表2。

表2 充填系统主要技术参数

图2 充填制备流程

3 管道输送系统

搅拌均匀的料浆经充填钻孔自流输送至3条充填管路，分别满足北区、中区及南区的充填需求。北区部分区域和中区650 m标高以上区域充填倍线不足，需要采用泵送方式充填。现场充填倍线一般在1.5～6.5之间,目前最大值约为8，充填系统管道运输系统见图3。充填管道一般从采场上部的穿脉道架设至采场，采场上部不具备管道架设条件时，从采场上部凿充填钻孔至待充采场。为保证充填体的接顶效果，在充填挡墙上设置排气孔。

图3 充填管道运输系统

4 采场充填工艺

采场充填工艺不仅直接关系到充填体质量，更影响到井下回采作业的效率、人员设备的安全以及成本控制。

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4.1 充填方式与回采顺序

根据回采顺序，采场分为一期采场和二期采场，自下而上，“隔一采一”[8]。采场尺寸和形状根据矿体赋存形态和围岩条件来确定[9￣11]。一期采场的采空区充填后，充填体取代原岩的支撑作用，为二期采场的安全作业提供保障[12￣13]。充填料浆的水泥掺量根据充填体的作用确定：如果该采空区下部有矿，充填料浆一般添加14%的水泥量做为打底层，保证下方采矿作业安全；如果一期采场相邻有待采的二期采场，一般添加9%的水泥量以减少二期采场贫化率；二期采场的接顶层一般采用废石充填，或采用水泥掺量6%的低强度充填体料浆充填，回采顺序与充填方式关系见图4。

图4 回采顺序与充填方式关系

4.2 充填挡墙位置选取

充填挡墙的位置选取主要考虑以下2个因素。

(1) 周围岩体稳固性。充填挡墙需砌筑在岩石相对稳固的位置，防止挡墙在料浆充填过程中因受力不均而坍塌。

(2) 巷道断面形状。将挡墙合理布置在巷道断面尺寸较小的地方能够节约成本，减少工作量。同时，应选择内楔形巷道，以提供更好的支撑效果，充填挡墙受力分析见图5。图5(a)中巷道墙壁为充填挡墙提供有效支撑力，而图5(b)中挡墙受到充填料浆压力后随巷道形状向外滑移，面临坍塌风险。

另外，充填挡墙的位置需要距离采场空区眉线至少5 m，以确保作业时的人员安全。

图5 充填挡墙受力分析

4.3 挡墙制作及脱水工艺

板庙子金矿目前使用喷浆式充填挡墙取代了原有砌砖式挡墙，自2014年初应用之后取得很好的效果。

(1) 安装支架。支架包括垂直立杆和水平横梁，二者均可伸缩。准确测量巷道的高度和宽度, 利用铲车或脚手架等辅助工具将立杆垂直于顶板并安装至巷道高度，采用铅垂线或L水平仪检测是否垂直。检查完毕后，立杆每一端都用4个螺栓将其固定至岩面。立杆安装完成后，将横梁放置到立杆支架上并调整横梁长度，确保其两端都紧贴巷道侧帮岩面，之后横梁每一端用4个螺栓固定至岩面，最后拧紧立杆支架螺栓。每根立杆间距约1.1 m，横梁间距约1 m。立杆和横梁上每隔一定间距焊接有长螺栓，以便后续固定钢网麻布。支架安装见图6。

图6 挡墙支架安装

(2) 钢网及麻布安装。钢网及麻布的作用是形成挡墙的实体平面，为后续喷浆作业提供作业面。现场使用的钢网网度为10 cm×10 cm，规格4 m×2 m。首先根据巷道断面形状对钢网边缘进行裁剪，最大程度减少钢网与岩面间缝隙，并用扎带将钢网固定于已安装好的支架上，用支架上原有螺栓将两层麻布与钢网贯穿，在麻布外侧再附加一层钢网，最后用托盘螺母紧紧固定。

(3) 深度指示器和排水管安装。安装深度指示器的作用是指示喷浆厚度，保证喷浆厚度均匀。深度指示器应均匀布置在钢网各处。软质蛇纹滤水管共8根，贯穿采空区内部的硬质PE滤水管共2根，应在搭建支架之前悬挂到位。钢网麻布安装完毕后，应用扎带将滤水管支撑至垂直于钢网，并用硬质塑料管套在滤水管外进行防护，防止喷浆过程中滤水管被喷浆体埋没或损坏

(4) 混凝土喷浆。充填挡墙的喷浆体厚度应达到400 mm。混凝土喷浆应遵循自下而上的顺序，首先自框架底部到1 m高度范围内喷浆，达到厚度要求后针对1 m以上高度喷浆至挡墙形成，喷浆厚度以深度指示器被掩盖为准。充填挡墙养护24 h后方可进行充填作业。

5 充填体质量控制

现场定期开展单轴压缩试验(UCS Test)来检验充填体的质量。根据采场特点和开采顺序，水泥掺量分为14%，9%及6% 3个等级，设计要求的充填体强度见表3。充填体能够分担部分地应力，控制围岩变形，为后续采矿作业提供了有力保障。

表3 充填体28 d强度要求

为进一步检验充填体强度以及接顶效果，每季度开展尾砂胶结充填的充填体取芯实验，取芯地点一般设置在相邻或下方有二期采场的充填体中，以便验证充填体是否具备足够的强度保证下一步采矿安全。

6 结论及展望

(1) 胶结充填技术的应用能够有效遏制岩体位移，帮助上盘开拓巷道保持稳定，减缓开采作业对地表建筑物的影响，是矿山可持续发展的重要环节。

(2) 自2013年底全面使用井下破碎废石做为充填骨料以来，有效减轻了地表排土场的负担，变废为宝。实验表明，废石做为充填骨料可获得更高的充填体强度，对提高采场充填体的稳定性和降低贫化损失具有十分积极的作用。

(3) 为降低充填成本，板庙子金矿开展了一系列添加粉煤灰做为充填胶结剂的室内试验。结果表明，粉煤灰掺量越大，充填体强度增长幅度越大。当废石粉煤灰重量比为2∶1，水泥掺量14%时，充填体28 d强度能够达到5.63 MPa。

(4) 板庙子金矿正在研究自产尾砂作为充填骨料应用到充填生产的可行性，待解决的关键问题是如何消除自产尾砂中氰化物对环境和人员的危害。若氰化物的问题得以解决，充填物料的尾砂成本将大幅降低。

(5) 1号线与2号线的结合使用，解决了物料搅拌不均匀的问题，也提升了物料配制效率。

[1]赵永发,赵中学,高明珠,等.吉林省白山市板庙子金矿地质特征及找矿标志[J].吉林地质，2004(02):9￣14，20.

[2]姚庆海,潘彦平.吉林省白山金英金矿地质特征及找矿方向[J].西部探矿工程,2012(11):145￣146,150.

[3]蔡嗣经．矿山充填力学基础[M]．北京：冶金工业出版社，2009.

[4]黄志伟,古德生.我国矿山无废开采的现状[J].矿业研究与开发,2002，22(04):9￣10,32.

[5]于润沧.我国胶结充填工艺发展的技术创新[J].中国矿山工程,2010(05):1￣3,9.

[6]任少峰,张忠辉,杨纪光,等.全尾砂与分级尾砂胶结充填强度的试验研究[J].采矿技术,2014，14(02):31￣32.

[7]王谦源,李 洋,等.矿山充填技术与胶凝材料的选用[J].采矿技术,2013,13(04):34￣36,107.

[8]韩 斌,吴建勋,王 鹏,等.大直径深孔崩矿嗣后充填采矿法应用研究[J].金属矿山,2014(06):16￣20.

[9]南世卿,胡树军,胡亚军.石人沟铁矿充填管道布置方案优化研究[J].矿业研究与开发,2014，34(03):25￣28.

[10]韩 斌,吴爱祥,王贻明,等.低强度粗骨料超细全尾砂自流胶结充填配合比优化及应用[J].中南大学学报(自然科学版),2012(06):2357￣2362.

[11]赵传卿,胡乃联.胶结充填对采场稳定性的影响[J].辽宁工程技术大学学报:自然科学版,2008,27(1):13￣16.

[12]王少泉.阶段空场嗣后充填采矿法采场结构参数的岩石力学分析[J].矿业工程,2007(01):15￣18.

[13]余海华,宋卫东,唐亚男,等.阶段空场嗣后充填法采场结构参数及充填配比优化[J].矿业研究与开发,2012，32(06):10￣14.

2015￣02￣26)

常晓娜，北京科技大学采矿专业毕业，加拿大英属哥伦比亚大学采矿专业研究，现专职负责板庙子金矿的岩石力学方面的管理及研究工作。。