下向进路充填采矿法中充填系统稳定性优化研究

朝宝

摘要：本文系统的阐述了某矿山下向进路充填采矿中遇到的系统稳定性问题，并根据对实际问题的研究分析，通过对下向进路中的充填工艺及充填系统的稳定性的优化分析，提出了应如何提高筛网分辨率，提高充填物强度，减少对水泥的损耗等的有效方法。增加了充填强度保证充填系统的稳定性，保障了下向进路的安全性，降低开采的损失贫化，保障了矿山的生产效益。

关键词：下向进路;系统优化;稳定性

某矿山使用水砂充填工艺技术进行充填，影响制约因素较多，且充填效率低。后某矿山将尾砂充填改为下向进路式的水平分层胶结充填法。本文以某矿为例，分析其存在的问题及对工艺优化的过程。

1矿山充填工艺技术简介

我国采矿充填技术先后经历了废石的干式充填、水砂充填、碎石块水力充填、磨砂胶结填充、废石胶结填充、全尾砂胶结充填及膏体充填的一系列过程。但是中国的矿山如此之多，充填的工艺与方式也各不相同，特别是近十几年，新的工艺技术被广泛地应用于矿山采矿业。总结起来，其发展有如下几个阶段。

第一时期是上世纪五六十年代，大部分矿山都是采取以废石进行的干式充填。在1955年废石干式充填技术应用在有色金属的地下开采中所占比例超过了38%，而在黑色金属矿山的开采中使用中竟然超过了54%。最终由于其生产能力小，劳动强度大，效率低等缺点被淘汰了。六十年代水力充填工艺技术的开始应用。到了上世纪七八十年代，尾砂胶结充填技术又应运而生，由于非胶结充填体回采率低，贫化率高等缺点，所以在水砂充填被大力推广后，开始了胶结式的充填工艺技术。七十年代，在广东、山东等地又出现了细砂胶结充填技术。到了九十年代，采矿工业的高度发展，使得原来的那些工艺都满足不了降低成本和保护环境等方面的要求，因此高浓度充填、废石胶结充填及膏体充填随着时代的发展得到了大力的应用。

某矿自1990年初就采取了水砂充填，可是其生产率低，运输距离长，质量难以保证等缺点，逐渐被路式水平分层胶结的充填工艺技术而取代，所谓的这种水平分层胶结充填方式的工艺就是：将选厂送来的分级的尾砂进行去除杂质，输送至搅拌站进入搅拌器与一定比例的水泥及水进行搅拌。在采空区的挡墙完成后，按照70%的重量比浓度进行充填，采空区下部的灰砂比按4：1（水泥为1）的比例進行充填，而上部分则需要按照8：1（水泥为1）的比例进行充填。在下部分充填到一半时，要先停止充填，让灰砂中的浆料先沉淀下，用水泵抽去上层的清液，之后再继续充填。

2存在的问题

某矿山下向进路充填过程存在以下问题：

（1）振动筛网对含有水分粘结的砂石进行筛分时的效果达不到百分百过滤，常常会出现粘结的砂石将筛网表面粘结封堵网孔的现象，这样在筛分时就容易出现充填效率低，速度慢等现象。不利于大规模的实施充填。

（2）需要充填的采空区的平面面积超过80m2时，单点投料容易使填充料分离，出现离析的现象，从而降低了填充体的强度。

（3）在利用引流水及清洗水进行稀释填充料的同时，改变了水灰比，使得填充体的强度随改变而降低。

（4）在抽取填充的清液时使用水泵，其降低了生产效率。

3充填系统稳定性优化措施

（1）筛选砂石的工具上进行优化，提高筛选率。原始的筛网是使用直径为8毫米的圆钢编制成25mm*25mm的筛网，在其对含水粘结的砂石进行筛选时效果并不好，会经常出现砂石凝固在筛网表面的现象，使得下料不顺畅。而改进的参考参数为使用30mm*30mm的扁钢来编制25mm*25mm的筛网，这样就提高了筛网对砂石的分辨率，确保了充填给料的均匀性，保证了充填料的浓度。

（2）采取多管点下料，减少充填无料离析率。如果采空区平面面积超过80平米，或者是进入长度超过15米的时候，单点下料就很容易因为坡积而产生充填料分离离析的现象，从而在很大程度上影响了充填料的强度。优化后建议将原来的单点即一根管对应一点下料的方式改成一根充填管对应多个点下料的方式，排口间距改为2至6米，大小改为2至4平米。这样就有利于减小物料的离析率，进而增强充填物料的抗压强度。

（3）合理改进排水措施，提高生产率。为了在根本上降低引流水，清洗水对充填料的稀释剂清洗，减小物料离析率，确保物料的浓度。应在靠捡水源处安装三通阀，这样可以将引流水及清洗水直接的排放到污水井。为了减少前后两次的充填时间间隔，提高效率，应将原来的水泵排水改成预留排水管，使用废旧充填管为排水管，布置在排水墙的一半位置，间距在10至20厘米之间。填充前，使用胶布包好排水管，避免漏水。充填后，等到浆料沉淀到第一个排水口下方时，打开胶布进行清液的排放，以下做法同上。这样做可以大大的减少排水时间，也减少了水泥的流失，保障了充填物的强度。

（4）提高安全性。实验一通过某公司提供的竖向遍布钢筋的基础上，在其充填料底部加增一个钢丝网，钢丝直径在5毫米，范围在100mm*100mm以内，竖筋直径取在20毫米，网度范围在1.6m*1.6m，1.8米长，再在两侧加装5毫米厚，150毫米见方的铁块。试验发现，当故障发生致使充填不能持续进行时，在填充体的下方易形成一个薄层，在下层可以看出，当这个薄层的厚度低于250毫米的事后，这个薄层就容易脱落。即使有了加装的钢丝网，但由于这个钢丝网的强度很低，起不到保障作用，经常会同充填体一起掉落。造成对下一分层的危害。为了提高充填料质量，解决下部薄层掉落的问题，减低其成本，笔者提出了以下改进措施：首先，加强检验管路的力度，确保充填的持续进行。禁止出现下部薄层掉落的现象发生，同时将顶眼与充填体之间的间距控制在150毫米以内。其次，要改善充填体的整体强度，取消使用钢丝网，改用强度较大的钢筋网。这样钢筋顶部向上弯曲，制作成短竖筋，使得底部的薄层与充填体有力的连接到一起。这样大大的减少了底部薄层的掉落，使其保持了完整性。

4结束语

本文系统的阐述了下向充填采矿所遇到的实际问题，并根据对实际问题的分析，从充填中的选砂筛，充填区的投料方式，排水方式、配筋方法及二次充填的工序上做出了有效的优化分析，提出了应如何提高筛网分辨率，提高充填物强度，减少对水泥的损耗等的有效方法。从而为解决矿山存在的低效率生产，工艺缺乏先进性等问题提供了改进方向，保障了矿山的可持续发展。