玲珑金矿全尾砂充填工业应用*

张雪楣，刘 明，李萧翰，刘志祥

(1.山东黄金矿业(玲珑)有限公司， 山东 招远市 261441；2.中南大学 资源与安全工程学院， 湖南 长沙 410083)

玲珑金矿全尾砂充填工业应用*

张雪楣1，刘 明1，李萧翰2，刘志祥2

(1.山东黄金矿业(玲珑)有限公司， 山东 招远市 261441；2.中南大学 资源与安全工程学院， 湖南 长沙 410083)

为实现玲珑金矿无尾矿山建设，进行了全尾砂充填研究。针对玲珑金矿充填倍线高的特点，重点研究了全尾砂充填管道与管网设计、充填站建设、空区及废旧巷道充填工艺、充填挡墙设计和充填接顶工艺，成功实现了全尾砂充填。结果表明充填站布置合理，充填挡墙可有效封堵充填料浆，脱水效率快，空区及废旧巷道充填接顶效果好。全尾砂充填工艺在玲珑金矿的成功应用，为类似无尾矿山建设提供了参考经验。

全尾砂充填；充填工艺；充填挡墙；接顶工艺

1 研究背景

山东黄金矿业(玲珑)有限公司玲珑矿区由西山坑口、东风矿区、九曲分矿三个独立的井下生产单位和玲珑选厂组成。西山坑口采矿规模650 t/d；九曲分矿生产规模1500 t/d，矿山准备进一步扩产达到2000 t/d；东风矿区为新成立的矿区，生产能力2000 t/d。矿山开采过程中形成了大量采空区，危及矿山安全开采。随着矿山开采规模不断扩大和矿石开采总量不断增长，产生尾砂数量也不断增加，主要存放在尾矿库。玲珑尾矿库经多次扩建改造，根据2011年实测，玲珑尾矿库保有有效库容约117.5万m3，服务年限仅为1.5 a。此外，尾矿库具备很高的势能，是人为形成的潜在泥石流危险源，是矿山三大控制性工程之一，其安全稳定性直接关系到周边居民生命财产安全以及自然环境，现今尾矿库容已达到其设计容量，存在极大的安全隐患。同时，在尾矿库的维护与监管上也要投入巨大的人力、物力，成本高。因此，解决玲珑金矿的尾砂问题迫在眉睫。

为了对玲珑金矿的开采废弃物进行综合利用与处理，进一步保护环境、减少污染，从而实现玲珑金矿的无废开采，提出将采矿产生的全部尾砂回填井下，即采用全尾砂充填。

2 充填管道与管网设计

根据玲珑金矿目前采空区分布状况，对采空区充填前各矿段充填管道的充填倍线等参数进行计算，进而设计充填管道与管网。

2.1 充填倍线计算

充填倍线计算公式：

N=L/H

式中，N为充填倍线；L为充填管路总长度；H为充填管道起点和终点的高差。

计算结果显示，玲珑金矿充填倍线较高，西山矿区最大充填倍线达到62.975，东山矿区最大充填倍线为106.2，通常自流输送充填料浆的倍线要求在7以下，因此在充填倍线大于7的中段，料浆无法自流输送，必须用泵压输送方式才能实现充填。考虑到工程实际状况，综合国内各种充填料浆输送泵的型号与价格，西山充填最终选择往复式柱塞泥浆泵(NB400-80/6型)输送料浆进行玲珑金矿西山矿区井下充填；东山充填最终选择飞翼公司HBT80.21.220S型号的混凝土泵输送料浆进行玲珑金矿九曲矿区井下空区充填。

2.2 充填管网设计

(1) 西山矿区充填管网布置。西山矿区目前没有充填系统，已开采至-420 m中段，随着矿床往深部开采，地压显现越来越明显，必须采用充填采矿法开采下部矿体。因此，西山矿区充填系统建设既要考虑矿区生产充填，又要考虑采空区和废旧巷道充填，充填管网布置如图1所示。

(2) 东山矿区大开头及九曲矿段充填管网布置。东山矿区包括九曲矿段和大开头矿段，东山矿区目前正在建设一套充填系统，可实现东山矿区九曲矿段和大开头矿段的生产充填，但没有空区充填的富余能力。九曲矿段和大开头矿前上部存在大量采空区，为实现玲珑金矿取消尾矿库，必须新建设充填系统。

图1西山矿区充填管网布置

3 充填工艺及应用

3.1 充填站

分别在212平硐及230平硐外开阔地建设充填站。西山充填站负责西山生产及空区充填，充填能力为60～70 m3/h。建设两个尾砂仓，一个水泥仓，一个搅拌桶，一个充填泵。九曲充填系统充填能力70～80 m3/h。建设两个尾砂仓，一个水泥仓，一个搅拌桶，一个充填泵，一个深锥浓密机。

西山充填站至230硐口输送管路约30～50 m，由于充填站高压差不足以自流输送料浆至230平硐，因此需设立充填泵，将料浆输送至平硐内。充填泵需克服阻力5.13 MPa。东山新建充填站至东山206平硐口输送管路30～50 m，由于充填站高压差不足以自流输送料浆至206平硐，因此需设立充填泵，将料浆输送至平硐内。需克服阻力9.76 MPa。

3.2 空区及废旧巷道充填工艺

采空区充填前，首先需架设密闭墙，用以封闭采空区的所有出口，密闭墙上设置两个泄水管，泄水管上需钻泄水孔，其上覆一层土篷布，密闭墙需保证坚实、封堵严密，确保不漏浆。平巷工程断面设计约4.21 m2，其数值应根据采场或空区实际情况确定。另需注意，平巷工程应布置在空区顶板下盘岩石移动界线外，以保证安全。充填作业结束后，该平巷即可作为运输巷道用于回采残矿。掘断面2 m×2 m的水平巷道直达空区，充填管路经由此巷道铺设至空区充填口，充填口处巷道底板标高应比空区顶板标高低1～1.5 m。

为了尽快排出采场内充填体的渗流水分，在充填挡墙上布置合理的排水孔。设计排水孔的排距和间距0.9～1.0 m，排水孔布置呈梅花形排列，向挡墙外有5%的角度，以有利于水分的迅速排出。排水孔内布置排水管，排水管选用直径60 mm的无缝钢管。为了排水孔通畅不堵塞以及防止充填料浆外流，排水孔的进口处要设置料浆反滤层，反滤层的材料为100目尼龙滤布。在充填挡墙砌筑后，在挡墙的后面铺3～4层100目尼龙滤布，将其拉直使其承受一定的应力。

对废旧巷道进行充填时，每隔50～60 m设置密闭墙，用于实现对充填浆液的封堵。玲珑金矿空区充填废旧巷道断面规格3.6 m×3.3 m，设计每次充填废旧巷道长度25 m。拟在充填进路入口处搭设充填挡墙，距入口处10～15 m处设脱水笼，脱水笼距底板高度约0.5 m。充填管及排气脱水管用管道固定吊架悬挂于顶板之上深入采空区内部。考虑到充填管及排气脱水管的成本均较低，为保证充填效果，充填结束后管道留在采空区内部，不予取出。此外，为加快充填体脱水及脱水效果，在料浆进入空区之前可采用充填滤水器进行部分脱水，增加进入空区内充填料浆的密度，减小充填体的脱水难度。其设计如图2所示。

图2 充填方案设计

3.3 充填挡墙

对于玲珑金矿空区和废旧巷道充填封堵巷道多、充填高度大的特点，采用木立柱支撑挡墙设计方案。

木立柱支撑挡墙用木立柱作为支架，木立柱直径15～18 cm，木立柱支架形成后在靠采场一侧钉木板，木板宽度为15 cm，木板间距为25 cm，木板的厚度3 cm，木板与木立柱用铁钉固定，而后在木板上安装金属网，最后铺上麻袋布。考虑充填过程中，挡墙所受的压力较高(约0.2 MPa)，为此在充填挡墙最外端加三根废旧钢轨(钢管)，废旧钢轨(钢管)与岩壁之间用锚杆联接。木立柱支撑挡墙结构见图3。

图3 木立柱支撑挡墙结构

3.4 充填接顶工艺

根据玲珑金矿实际情况，采用下向微倾斜充填接顶工艺，如图4所示。

首先矿房区两侧联络道充填超高一层。进路采完后，放炮挑顶打通联络道，这样就形成了一个高差。设置隔离墙，然后架设充填管道，用全尾砂充填。需进行2次或3次充填，最后一次充填浇面并接顶。

充填管路使用充填塑料软管，在隔离木板上方适当位置，预先铺设一根，悬挂在空区顶板上。为方便进路充填接顶，下料口离进路尽头应小于10 m。使用快速接头将软管与主充填管联接起来，以保证充填引路水及洗管水不流入进路。一期进路充填前，在进路口处架设密闭墙。同时，为避免加宽联络道，进而影响联络道稳定性，应将密闭墙尽可能靠外布置。二期进路充填时，可同时充填多条进路，共用一个密闭墙，并将其架设在分层联络道内。在靠分段平巷一侧，沿矿体倾向架设一条钢溜井。用4块钢板焊接成直径1.5 、长1 m的钢筒，钢筒节与节之间焊接牢固，并密封以防止跑浆。在每个联络道内架设一条人行泄水天井。其采用圆木加背板架设而成，即圆木方框外钉背板，再包以纱布，并用板条钉牢。进路全高进行两次充填，即第一次充填1.5 m高，一天后，再充填剩余空间。这样既可减少充填料对密闭墙的压力，又可确保较好的充填接顶效果。采用沿圆木支架架设隔离木板，木板内侧铺双层滤水纱布的隔离墙，脱水效果较好[10]。

该充填接顶工艺，充填下料口位于最高点，充填料浆可以自流充填四周空区，充填后未出现局部超挖，其顶部轮廓规整，充填效果较好。

图4 微倾斜进路充填

4 结 语

(1) 西山矿区上部采空区充填时，充填倍线高，使用泵压输送方式实现了空区充填。大开头和九曲矿段上部采空区充填时，克服了充填料浆输送距离远、充填倍线高的技术难题。

(2) 充填站布置合理，料浆输送距离近，无需跨越东西山之间的公路和峡谷进行输送，可大大增加料浆输送效率，减小矿山输送成本。

(3) 空区及废旧巷道充填工艺合理，与玲珑金矿现场实际情况匹配较好；充填挡墙有效的封堵了充填料浆，脱水效率快，充填接顶效果好。

[1]罗毅莎,姚振巩.采空区安全处理的对策措施研究[J].采矿技术,2010,10(4):65-67.

[2]赵有国.铁矿采空区危害分析及处理方案[J].现代矿业,2015(2):129-131.

[3]陶干强.西石门铁矿中区采空区危害分析与防治措施研究[D].沈阳：东北大学,2000.

[4]肖 刚,张君鹏,孙 胜.大尹格庄金矿尾砂胶结充填试验研究[J].有色金属(矿山部分),2016,68(6):12-15.

[5]乔登攀,姚维信.金川矿山废石-全尾砂高浓度充填工艺试验研究[J].有色金属科学与工程,2011,02(6):57-61.

[6]陈坤锐.高浓度全尾砂胶结充填在凡口铅锌矿的应用及发展[C]// 全国青年采矿学术会议.1994.

[7]张绍国.广西高峰公司深部105号矿体开采稳定性及充填工艺与系统研究[D].长沙：中南大学,2005.

[8]李镇瀚.全尾砂膏体充填在拉么锌矿的研究与应用[J].采矿技术,2015(1):6-9.

[9]赵 龙,吴昌晓,孙铭骏,等.三山岛金矿深井充填系统影响因素分析及优化[J].黄金科学技术,2014(6):46-49.

[10]崔栋梁,赵国彦,李夕兵,等.新城金矿采矿方法和充填接顶工艺探讨[J].金属矿山,2006(3):22-24.

2017-05-24)

国家自然科学基金项目(51674288).