金川矿山充填进路板墙预留滤水装置研究及实践

郑向党，党金鹏，李芳，韩怀亮，张岩锋

(金川集团股份有限公司二矿区， 甘肃 金昌市 737100)

0 引言

金川镍矿是世界著名的多金属共生的大型硫化铜镍矿床之一，集中分布在龙首山下长6.5 km、宽500m的范围内，已探明的矿石储量为5.2亿t，镍金属储量550万t，列世界同类矿床第3位，铜金属储量343万t，居中国第2位。伴生钴、铜、银、铂族等共17种元素，现可回收利用14种，矿床共分4个矿区，从东向西分别为Ⅳ、Ⅱ、Ⅰ、Ⅲ矿区。矿山采用机械化下向进路胶结充填采矿法开采，充填使用高浓度砂浆管道自流输送工艺，细沙为−3mm棒磨砂，水泥为425#普通硅酸盐水泥。充填砂浆浓度为75%～78%，灰砂比为1:4，流量为80m3/h～100m3/h，砂浆由地表搅拌桶经钻孔到充填中段，再经盘区充填回风井中送入分层道、进路。充填进路是对已完成回采的进路进行砂浆充填，使采区形成假顶支撑顶板，降低采场暴露面积，是盘区回采重要的一环，也是后续安全生产的重要保证。充填体是否与上分层顶板密实、充填体的强度以及充填体料浆是否离析对充填至关重要[1]。

1 充填存在的问题

盘区进路回采结束后，须采用充填法进行地压控制，再进行组织生产。在做充填准备过程中，砌筑的板墙在外墙面进行混凝土素喷封闭时，滤水管出水口常常被堵塞，导致充填浆料中多余的水分无法及时排出，易发生料浆离析及分布不均现象、部分充填体强度降低、进路不接顶、观察口憋开及板墙倒塌等工程事故，同时接顶期间存在充填料浆高度难以观察，充填泵关停的时间难以掌控等问题[2]。在此情况下，金川镍矿先后进行了木材料封闭板墙、超大砼砖砌筑板墙、一次性加厚砌筑板墙、充填滤布式高滤水性板墙、加大砌筑板墙厚度等手段对板墙进行改进。但由于取材困难、操作方法不科学等原因，实施结果都未达到预期成效，难以进行推广。目前回采进路仍采用传统的砌筑方式进行充填，充填进路接顶率仍达不到92%的期望值，此外还衍生出了灰浆外溢现场污染、进路接顶补充、安全补强支护、现场采取专用时间进行工业保洁等诸多生产组织负面管理效应[3]。

2 板墙滤水装置研究

2.1 传统板墙滤水设计

金川矿山传统充填进路板墙采用长×宽×高=390mm×190mm×190mm粉煤灰砖砌筑，1m以下的墙体宽度为800mm，1m以上墙体宽度为600mm，最上端宽度为400mm，砖块之间相互镶嵌，外墙使用素喷支护，墙体四周封闭密实。在板墙砌筑时，自下而上依次在高度400mm、1600mm、离上层顶板3600mm处安装直径100mm的软式滤水管用于排出进路渗水，待排水管内有充填料浆流出后，弯曲、绑扎、封闭排水管。进路板墙上部与上层顶板交界中间200mm位置预留观察口，具体传统板墙砌筑见图1。积水通过盘区架设管线排入排污系统，采用三次充填结顶方式充填。

图1 传统板墙砌筑方式（单位：mm）

2.2 设计板墙滤水装置

2.2.1 技术要求

经分析研究设计充填进路板墙的滤水装置，以解决原板墙滤水不及时、跑灰影响充填质量和接顶率低的问题[4−5]。装置由滤水盒与观察窗两部分组成，如图2、图3所示。滤水盒正面设置用薄钢板与空心铁箱焊接，中间镶嵌有压边条，空心铁箱底部焊接有出水方管；滤水箱背面设置有小方格网与薄钢板，通过螺栓连接，小方格网与薄钢板交接处焊接有加强筋，小方格网表面覆盖有滤水网并通过螺栓固定。

图2 滤水装置滤水盒

图3 滤水窗

滤水盒长×宽×高=2060mm×300mm×80mm；小方格网使用钢筋制作，规格长×宽=10mm×10mm；观测窗长×宽×高=800mm×390mm×190mm；滤水网采用80目不锈钢网。观测窗中设置有小方格网与薄铁盒，薄铁盒两端为中空，外侧端与小方格网焊接。

2.2.2 预留方法

滤水装置预留在板墙中间位置，上端距上层顶板200mm～400mm，装置体与板墙体垂直镶嵌牢固。观察窗预留在砌筑板墙的上端且紧靠上层充填体一侧，窗体与墙体密实坐稳。板墙1m以下厚度为800mm，以上厚度为600mm，墙内拉筋固定，外墙用钢筋加固。喷射砼料板墙厚度严格按照100mm进行素喷，作业过程中要注意出水管、观察窗的保护以及板墙周围的密封性。一次充填打底砂灰量控制在100%以内，二次充填砂灰量控制在55%左右，接顶砂灰量控制在45%左右。充填铺吊前必须将进路底板淤泥清理干净，积水排出。充填长度及充填量符合相关规定，杜绝两条以上进路大面积充填，充填进路超过50m要砌筑半板墙。准确计算出充填进路充填量，遇到充填进路有预留铁盒子时，控制好充填量及灰砂比。在充填接顶时要及时观察滤水窗，充填砂灰距进路顶板100mm，同时有水汽从观察窗冒出停止充填。距进路板墙5m～10m位置，砌筑1.2m挡水墙，将过滤水蓄积在池中，便于统一排污。

3 实践效果

（1）排水及时，接顶率大幅度提高。传统充填工艺采用三次充填方式，滤水由Φ100mm×4塑料软管排出，管水速度流动较慢，板墙承受压力较大。安装新的滤水装置后采用一次或二次充填，滤水速度较快，由于采用滤网装置，解决了软管被砂浆堵塞的问题，使得充填进路中留存的积水快速排出，很好地解决了充填体离析现象。采场顶板接顶率由原来的85%提高到98%以上，充填体的充填强度也明显提高，杜绝了充填顶板出现红砂子顶板的现象[6]。

（2）充填量准确控制，支护费用大幅度降低。观察口的预留直观看到真实充填体所处的高度，准确把控了充填接顶时机，杜绝了充填过程中板墙倒塌、憋口、充填欠超量现象，使得溢流灰浆量减少，由原来每条溢流量10m3以上，降低到5m3范围内，刹帮木和钢拱架支护费用及人工成本也明显降低，盘区生产经营指标长期处于较好区间。

（3）安全隐患得以管控，盘区作业环境进一步改善。减少了采场暴露面积，更好地与上层充填体严密结合成为一体，有效控制了盘区地压的变化，保证了顶板稳固性，确保了安全生产，较好解决了盘区回采过程中因充填质量问题而导致的返工情况，减少了清灰量和收拾现场环境的次数以及系统维护频次，为盘区标准化建设提供了有力支撑。与此同时，充填体强度的提高，为下分层人员和设备安全回采夯实了基础。

（4）操作简单，容易推广。滤水装置具有方法科学，取材方便，性价比高，结构简单，便于操作，劳动强度低，滤水清澈速度快等特点，有利于该装置在金川矿山广泛推广应用。

4 结论

研制滤水装置并应用于现场生产，有效解决了充填采矿法进路充填接顶率低、矿石贫化严重、墙体滤水性差、充填体坚固不达标、板墙充填时的倒墙和决口、支护成本费用高，排水管道和排污泵堵塞难题，化解了进路垮帮、顶板裂缝脱层、矿岩破碎危险系数高等安全险情，规避了回采因前期管理不善，转层进路顶板遗留大量充填进路不接顶及砂顶板和顶板离析情况，最大限度地满足了生产要求，有力助推了矿山提出的盘区标准化安全环境创建工作，经济效益和社会效益显著，此装置可在同类矿山充填中推广应用。