上向分层充填采矿法在硼矿开采中的应用

蔡福源，刘庆臣

(辽宁环宇矿业咨询有限公司，沈阳110032)

1 引言

辽东变质型镁硼酸盐矿床是我国所特有的硼矿成因类型，由于硼及硼化合物的特殊功能，如质轻、阻燃、耐热、高硬、高强、耐磨及催化性质，已经由原来的原料角色登上了材料工业的舞台，在国民经济部门中有着广泛的应用。硼资源的开发与利用对于现代工业的发展具有越来越重要的作用。

2 矿床开采技术条件

金玛集团栾家沟硼矿以Ⅲ3 硼矿体为主开采矿体。矿体长775 m，矿体西厚东薄，平均厚度12.37m。矿体走向近东西，倾向10°～25°，倾角较陡，一般在72°～85°，B2O3平均品位14.47%。矿石矿物主要有纤维硼镁石、遂安石，其次有极少量的柱状硼镁石、板状硼镁石和硼镁铁矿。矿体围岩主要为蛇纹石化白云质大理岩，主要矿物有白云石、镁橄榄石、菱镁矿、水镁石、方解石、蛇纹石、透闪石、透辉石、金云母等。矿区水文地质条件、工程体质条件均为中等。

3 上向分层充填采矿法

采场出矿完毕，清理好底板粉矿，将天井联络道和装矿巷道进行封堵，砌筑封堵墙，采用砖混结构，然后架接充填管路，随后进行尾砂胶结充填工作。充填料采用胶固粉与尾砂按照不同比例混合形成（底柱充填料的灰沙比为1：4，矿房充填料的灰沙比为1：8），由地表充填站经充填管路下放到井下采场充填。

3.1 矿块布置

当矿体厚度大于8 m 时，矿块垂直矿体走向布置，矿体厚度小于8 m 时，矿块沿走向布置。矿块垂直走向布置时，矿块长10 m，间柱宽10 m，矿块宽为矿体水平厚度。顶柱高3 m，无底部结构，矿块高35 m。矿块沿走向布置时，矿块长40 m，矿块宽为矿体水平厚度。

3.2 采准切割

在矿体下盘岩石中布置沿脉运输巷道，沿矿体走向在矿房间柱中上掘采矿人行通风天井用于矿块回风，通过石门与运输巷道连通，形成通风网络，并在天井两侧每隔5 m 开凿通往采场作业的联络道，用作行人和通风。沿脉巷道每隔20 m在矿体间柱中掘进一条回采出矿巷道，巷道两侧每隔5 m 布置一条装矿横穿，作为矿房出矿的主要装运巷道。在矿房底部开掘切割平巷，以切割平巷为自由面把矿房底部切开形成拉底层。

3.3 充填系统

充填主要材料为胶固粉和尾砂，胶固粉为矿粉添加剂，满足水化反应及活性要求，尾砂为小于3 mm 的全尾砂并满足了级配要求。充填倍线为3.1，满足自流输送充填的要求。

3.3.1 充填工艺流程

尾砂料场倒运→尾砂料斗→圆盘给料机→振动筛→皮带运输机+电子皮带秤计量→搅拌桶+水计量+胶凝剂计量搅拌→井下采空区。

胶结材料由外部运输至厂房内→螺旋给料机→提升机→灰仓内。

充填方案以投资少、便于操作为设计原则，以经济实用、能够确保系统的安全可靠性为目标，采用半自动控制模式。将3 台变频器、1 台电子皮带秤、2 台流量计引入控制系统操作平台。仪、电、控系统设计周期短、施工便利的系统配置方案。圆盘给料机、螺旋给料机、水泵等设备采用变频调速完成给料量的自动控制调节，设置相应的联络设备，包括警铃、警示指示灯、对讲机联络等，可以完成生产现场与主控制室的开、停车联系[1]。

3.3.2 充填体强度指标要求

抗压强度（≥MPa）灰砂比 浓度（%）3 d 7 d 28 d 1∶6 1∶8 1∶10 70 70 70≥1.5≥1.0≥0.5≥2.5≥1.5≥1.0≥5.0≥2.0≥1.5

3.3.3 主要充填设备

尾砂输送部分：集料漏斗、圆盘给料机、直线振动筛、电子皮带秤、皮带机B＝800，L＝30 m，α＝16o，15 kW。

制浆部分：单轴立式搅拌机30 kW 1 台、螺旋给料机φ325×3m，5.5 kW 1 台、螺旋电子计量称φ325×3 m，3 kW 1台、水泥料仓1 座150 t、仓顶除尘器1 台、螺旋给料机1 台、提升机1 台、60 m3水泵1 台、空压机1 台。

控制部分：控制柜1 台、配电柜1 个、流量计2 台、变频器3 台。

输送管路：地表平管外径121 mm，内径100 mm，耐磨管8 m、1#和2#钻孔孔深各351.5 m，外径121 mm，内径100 mm，钢编管1300 m。

3.3.4 上向分层充填采矿法的优缺点

3.4 上向水平充填采矿法的应用效果

金玛硼矿充填站建设项目，设计工艺简单，布局合理，设备投资少，施工工期短，可满足上向分层胶结充填的需要，在搅拌桶除尘上进行了工艺改进和创新，为在新的充填工艺积累了宝贵的经验。

4 结语

硼矿石在工业领域的用途越来越广泛，伴随着硼矿石原矿税率的不断升高，充填采矿方法将越来越多地应用于化工类矿石开采及非金属矿的开采，通过对上向水平分层充填采矿法工艺的分析，不仅提高了矿石的采矿回收率，同时增加了矿山开采作业的安全性，并有效地降低了矿山企业税收的压力，可见，充填采矿法将更多地应用于非金属矿山的开采。