铜山口铜矿充填采矿技术的应用与改进

易 露，童建华

（大冶有色金属有限责任公司铜山口铜矿， 湖北黄石市 435000）

铜山口铜矿充填采矿技术的应用与改进

易 露，童建华

（大冶有色金属有限责任公司铜山口铜矿， 湖北黄石市 435000）

摘 要：介绍了充填采矿方法在铜山口铜矿的应用，并针对目前充填工艺存在的问题提出一些改进的思路。

关键词：充填采矿法；充填工艺；应用；改进

0 引 言

铜山口铜矿经过30多年大规模开采于2014年元月由露天开采转为露天与井下联合开采。为了保证露天与井下同时开采的安全性，减少选矿尾砂对地表环境的污染与破坏，铜山口铜矿井下应用分段空场嗣后充填法或上向水平分层点柱式充填法开采，需对开采后的采空区进行充填。

1 铜山口铜矿充填站简介

铜山口铜矿充填站由充填搅拌站和充填回水站两部分组成。充填搅拌站由立式砂仓、水泥仓、双叶轮搅拌槽、HGBS120活塞式工业泵组成。选矿后的尾砂经分级后，粗粒级（≥37 μm）尾砂进入立式砂仓顶部的尾砂浓缩贮存装置，经过自然沉降进入砂仓底部，用高压气和高压水对砂仓内沉积的尾砂进行造浆，并输送到搅拌槽。同时，按照控制系统设定的灰砂比和料浆浓度，由水泥仓往搅拌槽内输入水泥和生产水。搅拌均匀后的砂浆进入活塞式工业泵，经过加压后通过充填管道进入待充填采空区。

充填回水站由生产回水池、低压生产水池、高压生产水池3部分组成。生产回水池中的水来自立式砂仓顶部溢流出水，排至尾矿浓密池。低压生产水池和高压生产水池中的水都来自铜山口铜矿游泳池。低压生产水池中的水有两个去向，一个是进入搅拌槽用于调节砂浆浓度，另一个去向是进入水箱用于充填前和充填后冲洗充填管道。高压生产水池中的水进入立式砂仓进行造浆。

铜山口铜矿充填站由两套系统组成，一用一备。单套系统参数如下：充填料浆输送能力为80～120m3/h，充填料浆浓度为 65% ～75%，灰砂比为（1∶4）～（1∶12）（根据采用的采矿方法而定），一次最大充填量为1500m3，连续稳定运行时间为6～12 h。

相较于国内某些矿山而言，铜山口铜矿充填系统中增加了两套加压泵送系统。因为目前铜山口矿井下开采中段为-160m中段，充填管道安置在-100m水平，充填倍线为4～8。根据经验值，当充填倍线大于4时，需要经过加压泵送才能将充填料浆输送到采空区。当井下开采中段到达-220，-280m水平，部分充填倍线较小的采场回采完毕后，充填料浆不需要柱塞泵加压即可实现充填采空区。再往深部开采，充填料浆可通过自身重力输送到所有的采空区。

2 铜山口铜矿充填采矿背景及应用

2.1矿体赋存条件

Ⅰ号矿体是受岩株控制的“筒形”矿体，在平面上呈一直径500～600m的“环状”，局部呈S形。矿体走向长2100m，倾向延伸300～500m；厚度10～30m，最厚60m。Ⅱ号矿体东、北、西三面与Ⅰ号矿体相连，平面上似一不对称的无顶“帽沿”，水平延伸100～300m；剖面延伸至-100～-200m标高，倾角各段不一，北段几乎水平，南段倾角较陡；厚度一般5～10m，平均8m。Ⅵ号矿体为一隐伏的大理岩、矽卡岩、角砾岩的岩体，矿体埋深-190～-250m，呈似层状，产状平缓，走向近东西，向西北倾斜，倾角8°～22°，在22线南北两端与Ⅰ号矿体相连，其特点是矿体厚大，中间有夹石层。

2.2采矿方法

Ⅰ号矿体和大部分Ⅱ号矿体为急倾斜中厚矿体，矿岩稳固。采用分段空场嗣后充填法，如图1所示。当矿体厚度小于15m时，矿块沿走向布置，当矿体厚度大于15m时，矿块垂直走向布置。

Ⅵ号矿体为缓倾斜极厚矿体，中间有夹石层，采用上向分层点柱式充填采矿法，如图2所示。

图1　分段空场嗣后充填采矿方法图

图2　上向水平分层点柱式充填采矿方法图

根据初步设计要求，对于分段空场嗣后充填法采场（沿走向布置），在充填单元的上阶段充填道水平安装塑料充填管，并自上而下安放波纹滤水筒。井下充填准备就绪后，便开始充填，由地表充填站下放尾砂胶结料浆，经充填管路注入井下采空区，进行全阶段充填，其间多余水份从滤水筒和密闭墙的滤水层及空区周围和底部裂隙渗出。为利于全矿块回采时的地压管理和底柱回采，采空区的底部（大约4m）和顶部（大约1m）用灰砂比为1∶（4～8）的尾砂胶结料充填，中部（大约 37m）用灰砂比为1∶（8～12）的尾砂胶结料充填。

对于上向水平分层点柱式充填法采场，每个中段的第一个分层回采结束后，浇注人工假底，人工底柱高度3m，其中钢筋混凝土层厚0.4m，灰砂比1∶5的胶结充填体厚度2.6m。其它分层充填分为下部非胶结充填和上部浇面胶结充填，分层充填高度3m，上部浇面胶结充填高度 0.4m，灰砂比（1∶8）～（1∶10），充填料浆浓度70%。下部非胶结充填高度2.6m，并尽可能将掘进废石用于分层下部非胶结充填，以减少提升出地表的废石量。分层充填前需要架设顺路泄水井，并在分层联络道内安装挡墙，封闭充填分层，充填管通过采场充填回风井下到充填分层。

3 铜山口铜矿充填工艺技术的改进

3.1胶凝材料的改进

以水泥作为胶凝材料进行胶结充填存在以下缺点：对充填骨料粒度有要求（对于铜山口铜矿尾砂物理性质而言，要求≥37 μm）；充填体泌水量大；凝结时间长；早期强度低；水泥用量大、成本高。这些缺点导致井下完填不仅严重影响采空区的稳定、破坏了井下作业环境，而且大大增加了采矿成本。对于上向水平分层点柱式充填法采场而言，在一个分层回采充填完毕后，铲运机无法快速进入采场进行上一个分层的回采。

针对以水泥作为胶凝材料存在的上述缺点，铜山口铜矿采用新型胶凝剂进行试验。分别对两种胶凝材料制作出的试块进行强度测试。从表1可看出，在1∶6的灰砂配比、64.3%的料浆浓度条件下两组试验块3 d的强度TK6要大于SN6，28 d的强度TK6更是远大于SN6。通过试验可看出，新型胶凝剂的使用在一定程度上增强了充填体的强度，而且早期强度也有一定提高。这对上向水平分层点柱式充填法采场而言，可以大大缩短分层之间作业循环时间，提高采场的出矿能力。对于灰砂比1∶10的试块TK10而言，3 d期和28 d期试块的强度同样大于灰砂比1∶6的试块SN6，也就是说获得同样强度的充填效果，新型胶凝剂的使用量远少于水泥的用量，起到了节约充填成本的作用。

表1　两种胶凝材料的试验数据对比

3.2充填挡墙的改进

目前，我矿北沿517采场的充填挡墙制作方式是：在砌墙处巷道顶帮底上各打3根、两排Φ36mm ×1800mm的钢筋锚杆，锚杆外露1000mm。人工清底至硬底处，浇筑100mm厚的砂浆地坪，地坪上面敷设麻袋，以保证封闭挡墙底部的平整密实并避免漏浆，采用390mm×190mm×190mmmU10.0空心砌块和M10.0水泥砂浆砌筑，挡墙与出矿进路轮廓接缝处用麻袋堵塞，并在空隙处灌注砂浆以保证密实，出矿进路口、联络道口封闭挡墙厚度1000mm。砌筑期间在每个挡墙0.5，1.0，2.0，3.0m处埋设乙烯管作临时脱水管兼观察管，如图3所示。

图3　北沿517采场人工浇注的充填挡墙

借鉴国内其他矿山经验，在铜山口铜矿尝试应用可移动式充填挡墙。该充填挡墙主要是由钢骨

架、木块、过滤布组成。在巷道两帮一顶，用锚杆固定钢骨架，木块布置在钢骨架前端，木块间留滤水空隙，再将过滤布置于木块的前端。当采空区充填完毕后，该挡墙可拆卸、可移动到其他待充采空区进行重复利用，可大大节约人工制作充填挡墙的成本。

4 结 语

总体来说，充填采矿法在铜山口铜矿的应用还在探索阶段，虽然在新型胶凝剂的改进等方面取得了一定成果，但还存在以下问题今后可继续优化。

（1）进一步试验优化新型胶凝剂的理论特性，使充填料的早期强度更大，最终实现在上向水平分层点柱式充填法采场分层充填完毕24 h内，铲运机能在充填体上进行上一分层的回采作业。

（2）可移动式挡墙虽在某些矿山成功运用，但在铜山口铜矿的应用能否取得预期效果，还有待进一步实践。

（3）随着开采水平的不断降低，充填倍线越来越小，在-220m中段的某些采场可尝试不用加压泵送充填料浆。理论上可行，但还需实践检验。

参考文献：

［1]《采矿设计手册》编委会.采矿设计手册（矿床开采卷（上）/（下））［M］.北京：中国建筑工业出版社，1988.

［2]刘庆顺.现代采矿工程设计手册［M］.北京：中国煤炭工业出版社，2006.

［3]李天明.矿山采矿十大关键技术［M］.北京：北京矿业大学出版社，2007.

［4]《采矿手册》编委会.采矿手册［M］.北京：冶金工业出版社，1990.

收稿日期：（2015-10-22）

作者简介：易 露（1986-），男，助理工程师，主要从事井下采矿技术管理工作，Email：515885291@qq.com。