分级尾砂胶结充填在某铅锌矿的应用

李峰，孟祥瑞，徐禹青，邵兵

(金徽矿业股份有限公司，甘肃 陇南市 742312)

矿区位于西成铅锌矿田南矿带东端，矿床内断裂构造非常发育，主要为千枚岩含矿、灰岩含矿及二者接触带含矿，矿体产状较缓，千枚岩为软弱岩层且力学强度较低，遇水易泥化，稳定性较差，灰岩力学强度较高，一般稳固，矿、岩均属不稳固—中等稳固岩类。

矿山采用分层进路式回采，考虑到投产以来年处理量的增大、绿色矿山建设的要求、采空区顶板安全及矿山达产产能需求等因素，急需采用充填采矿法来解决上述问题。

1 开采现状

该铅锌矿为地下开采，采用主平硐—主、副竖井联合开拓，井下开拓运输系统已基本形成，局部系统工程缺陷已完善。各分层生产的铅锌矿石卸载到中段溜井，通过中段有轨运输经主溜井下放至300 m 破碎水平，然后提升到1190 m 主平硐上部矿仓经1190 m 主平硐运输至选矿堆场。矿山现有550 m 中段，450 m 中段，350 m 中段，并在525 m、500 m、475 m、425 m、400 m、375 m 设6 个分段（分段高度25 m）。

现阶段本分段内首个回采分层基本结束，正在进行回采收尾工作，其余分层均未回采。在550～350 m 标高各首采分层内形成了大量空区，若不能及时进行充填，则无法进行二步进路回采工作，矿山生产能力受限，不能达到生产要求；随时间推移空区顶板受地压作用影响变形、局部冒顶、片帮现象时有发生，对矿山后期井下安全生产造成一定的威胁。

为了满足绿色矿山建设和尾矿库容压力的要求，合理利用选矿尾砂，降低固体废弃物外排对生态环境的影响，同时提高井下生产作业的安全性。经矿山实际调查统计，已形成的空区约为10 万立方米，结合后期采矿生产将要产生的空区情况，改用上向水平分层进路式充填采矿法回采，利用分级尾砂和固化剂搅拌后的充填料浆通过重力自流输送方式，经充填钻孔及输送管道，对采空区进行充填来解决上述问题。

2 分级尾砂胶结充填方案

2.1 充填系统

矿山充填系统主要包括选矿尾砂分级、地表充填站、充填钻孔（1195～550 m 标高）、井下充填管敷设巷道、充填管缆井及井巷内充填管等设施。充填站制备好符合充填实施方案中配比要求的料浆后，料浆通过重力自流输送方式，经充填钻孔及输送管道，对已完成充填准备的采空区实施充填。

井下充填主要分东、西2 个区域，450 m 中段及以上东侧部分充填线路为充填站出料口→地表充填钻孔→550 m 中段充填平巷→550～500 m 分段段58 线充填管缆井→500～450 m 中段68 线充填管缆井→分段运输巷道→采场联络道→采场充填；350 m 中段及以上西侧部分充填线路为充填站出料口→充填钻孔→550 m 中段充填平巷→550～450 m中段40 线倒段充填管缆井→450～350 m 中段42 线充填钻孔→采场联络道→采场充填。经计算充填倍线为2.38～3.98，均符合充填料浆自流要求。

2.2 分级尾砂充填工艺流程

选矿尾砂经浓密后输送至充填站尾砂稳液箱，通过渣浆泵将尾砂以稳定的质量分数、流量、压力泵入旋流器，经旋流分级脱泥，让粗粒级底流尾砂进入深锥浓密机浓缩至65%～70%，通过浓浆泵输送至搅拌桶。采用水泥作为固化剂用来胶结尾砂，按试验配比分别输送至搅拌桶中搅拌均匀，通过在线监测系统测试底流质量分数，底流料浆质量分数达到设计值且井下预充填采场已具备充填条件后，制备好的充填料浆通过地表充填钻孔、井下充填主管道及采场充填胶管自流输送至井下充填采场。分级尾砂胶结充填工艺流程如图1 所示。

图1 分级尾砂胶结充填工艺流程

2.3 料浆制备工艺

该矿山充填制备站设置2 套制浆系统，单系列制浆能力100 m3/h。尾砂通过管道输送到深锥浓密机中，经过添加絮凝剂沉降后，其中流至150 m3溢流水水箱。水泥用罐车运送到充填制备站，水泥罐车自带压气系统将散装水泥吹入水泥仓（2 座，Φ6 m，每座水泥仓有效容积400 m3）内储存。充填时，达到充填质量分数的尾砂通过深锥膏体浓密机底部的底流桶经质量分数渣浆泵输送到搅拌桶内，尾砂经质量分数计和流量计进行质量分数和流量检测；水泥通过仓底的CW 系列微粉秤计量并输送到搅拌桶内，水采用电磁流量计进行计量，用电动阀进行调节，搅拌桶选用充填专用的立式搅拌桶。尾砂、水泥经自上而下充分搅拌，制备成质量分数适中、流动性良好的充填料浆，并在搅拌桶料浆出口管路上依次安装质量分数计、流量计和电动插板阀，用以检测和控制充填料浆的质量分数和流量。符合配比、质量分数要求充填料浆经充填管路自流至充填采场，充填主管路选用Φ159 mm×（5+10）mm 双金属复合耐磨管，临近采场区域及充填采场内采用Φ133 mm×12 mm 超高分子聚乙烯塑料管。

2.4 采场充填技术要求

为满足分级尾砂胶结充填的需要，确保充分利用选矿尾砂，提高矿石回采率，降低贫化率，降低充填成本，加快回采节奏，进一步提高产能，充填采场、充填工艺流程和料浆性质须达到以下要求。

（1）采场进路施工时顶板尽可能保持平整，错台不宜大于300 mm；有人工假底时，假底须满足300 mm×300 mm 的网度要求，且距底板不宜小于200 mm。

（2）充填隔墙采用空心砖砌筑，且隔墙外侧附加钢筋网喷浆，隔墙厚度不小于570 mm，表面喷浆（C20）厚度为δ外=10 cm，δ内=10 cm。

（3）充填料浆质量分数控制在68%～73%，料浆在输送过程中不得产生离析现象，确保充填体的强度。

（4）依据尾砂充填采矿的要求，分为一步骤充填和二步骤充填，一步骤及有假底的二步骤进路充填灰砂比为1:4，质量分数为70%～73%；二步骤进路充填灰砂比为1:5，质量分数为68%～70%。

（5）充填采场联络道外设置临时水仓，充填泌水和洗管水集中泵送排出。

3 结论及建议

从矿山分级尾砂胶结充填工艺的应用情况来看，适合这种产状变化较大、形态复杂、机械化程度较高的矿体回采，高效率完成已有空区及现有采空区的充填，确保充分回采铅锌矿石资源，实现全过程绿色开采，创造极大的安全效益、环境效益和经济效益。

（1）在开采过程中利用分级尾砂进行胶结充填采空区，使得采区围岩得到有效支撑，减小了顶板安全管理压力，为二步回采提供了安全保障。

（2）选矿尾砂也得到了充分利用，减小选矿尾砂湿式外排引起的库容压力增大问题。

（3）尾砂调浓水和充填用水均使用尾矿回水，有效地支撑了水平衡研究及应用，使矿区地表环境得到有效保护。

（4）通过对采空区的分级尾砂胶结充填，矿石回采率达到95%以上，二步骤回采率大幅提高，矿山产能稳步提升。

在分级尾砂胶结充填的实施过程中，建议注意以下问题：

（1）灵活合理地布置采切工程，控制进路开口宽度，便于控制充填挡墙的宽度，以保证能抵抗侧压力。

（2）充填过程中用小流量进行进路充填接顶，确保一步骤进路的充填接顶率，进而满足二步骤进路回采的安全性要求。

目前，该矿山正在进一步优化充填工艺，开展固体废弃物在二步骤进路中的回填技术研究，减少开采固体废弃物的外排；通过试验研究寻找新型固化剂作为胶凝材料，提高充填体强度，降低充填成本，使资源开发与环境保护和谐发展，以夯实该矿山的绿色矿山建设基础，为类似地下矿山充填提供参考。