块石胶结充填采矿法的研究与应用

2012-04-01曾永志祝禄发

采矿技术 2012年6期

关键词：空区矿房废石

曾永志，潘谨，祝禄发

（锡矿山闪星锑业有限责任公司，湖南冷水江市 417502）

块石胶结充填采矿法的研究与应用

曾永志，潘谨，祝禄发

（锡矿山闪星锑业有限责任公司，湖南冷水江市 417502）

锡矿山锑矿采选厂采用两步回采的人工壁柱胶结充填采矿法开采缓倾斜中厚以上矿体，为提高采场充填生产能力，将普通混凝土充填工艺改为块石胶结充填工艺，即在先行填入空区的块石中灌充水泥砂浆，采场充填生产能力与充填质量显著提高，该充填工艺简单可行，安全可靠，成本低，已全面推广应用。

块石胶结充填；充填料配比；充填工艺；缓倾斜中厚矿体

1 概述

锡矿山锑矿是我国较早应用充填采矿法开采的有色金属矿山，但1950～1960年代中期，仅限于利用矸石和尾矿充填处理房柱法开采遗留下来的空区，以及采用干式水平分层充填法回采地表有建筑物的矿体。1960年代末期，该矿南矿为了安全回采河床保安矿柱，开展了胶结充填采矿法开采试验，并迅速在南矿、采选厂两个矿山的中厚以上矿体开采中推广应用。该胶结充填采矿法的采场垂直矿体走向布置，沿走向划分为矿房和间柱，均采用空场法回采，先采间柱，嗣后用混凝土一次性充填空区，后采矿房，其空区用尾砂充填。它的显著优点是胶结充填体具有较高的强度，可用以支撑矿体顶板，改善矿房的回采条件，与矿房充填的尾砂共同防止地表下沉。其缺点是胶结充填料输送困难，充填能力低。

为了解决上述问题，处理选矿场堆积的手选废石，对充填系统进行技术改造，将普通混凝土充填工艺改为块石胶结充填工艺，即在先行填入空区的块石中充入水泥砂浆。由于砂浆和块石分离输送，在工作面自流混合，而不同于胶结充填法把碎石和砂浆混合后再送入工作面，对骨料粒度要求不严，废石不用再加工就可直接充填，因此，具有充填能力大、水泥用量低、满足充填体的强度要求的优点，而且有条件的采场可利用井下废石充填。该采矿方法经过多年的不断完善，工艺简单可行，安全可靠，成本低，综合经济效益较高。

2 地质与开采技术条件

锡矿山锑矿产于入字型断裂下盘几个次一级两端倾没的短轴背斜中，主要矿体均赋存在厚110m钙质页岩之下的佘田桥组中段石灰岩的硅化灰岩中。由于该段灰岩夹有多层黑色页岩起到次屏盖层的作用，矿体具有多层性，其形态、产状和规模均有差异。

采选厂自1960年代以来，主要开采童家院矿床。该矿床矿体沿走向长约1200m，沿倾向斜长300～400m，呈似层状产出。从上至下有两个主要含矿层，即一、二号矿体。一号矿体平均厚度2～3 m，平均品位4%～7%；二号矿体平均厚度8～10 m，厚者达20～30m，平均品位3%～5%。矿体倾角一般均为10°～20°，矿体埋藏深度80～160m。矿石为含锑硅化灰岩，f＝12～16，坚硬而稳固。矿体顶板为厚层泥质页岩或灰页岩互层，f＝4～6，易脱层，不稳固。矿体底板为硅化灰岩，稳固性好。

3 采矿方法特征及矿块结构参数

3.1 采矿方法特征

块石胶结充填采矿法主要用于回采中厚以上矿体，采场垂直矿体走向布置，沿矿体走向划分为矿壁和矿房，用空场法先回采矿壁，嗣后用块石加砂浆充填采空区，待胶结体达到一定的强度后，再用空场法回采矿房，其采空区用块石充填处理。

3.2 块矿结构参数

中段高度30m，矿壁（房）斜长40～60m，矿壁宽度8m，矿房宽度10～12m。当矿体厚度小于10 m时，进行一次性回采和充填；大于10m时，采用分层回采与充填，分层高度为8～10m。

3.3 采准切割工程布置

中段运输巷道布置为下盘环形式，即沿走向布置两条平巷，一条为沿脉，另一条为运道，每隔一定距离利用穿脉联结。每个采场布置一个出矿漏斗与运道相联，规格为1.8m×2m，采准上山沿矿体底板掘进，并与上中段回风巷道贯通，规格为2m×2 m，再沿矿体走向掘进切割巷道，并在采准上山对面掘凿电耙硐室。

为了使块石与砂浆能进入采区，在矿体的上部中段沿矿体走向布置专用充填道，规格为2.4m×2.4m，充填道与荷华老窿骨料井或四工区骨料井联通，从每个采场的顶端掘充填上山与充填道联通。

4 回采

4.1 回采顺序

中段间的回采顺序由上而下进行。在同一中段中先采一号矿体，待矿体围岩应力平衡后再回采二号矿体。就盘区而言，从一侧向另一侧推进。对于矿块，首先回采矿壁，之后进行胶结充填。待两侧矿壁采后充填且充填体达到一定强度后，再回采矿房。

4.2 凿岩爆破

回采工作以切巷和采准上山为自由面，用浅孔落矿方法进行回采。一次回采高度为2.5～3m。凿岩采用YG－40型钻机，沿工作面全宽布置平行炮孔。爆破采用二号岩石乳化炸药，用非电导爆管半秒差延期雷管并联一次起爆。

4.3 矿石搬运

采用2PDT－28型或2PDT－30型电耙绞车把矿石扒入漏斗，再用矿车把矿石从漏斗装运至矿仓。

5 充填

5.1 块石胶结充填材料及配比

块石采用选矿场手选废石，为灰岩和硅化灰岩，其块度≤150mm，空隙率45.5%，含水率1.4%，含泥率3.9%。用于制备砂浆的细集料采用以浮选全尾砂经一道分级后的沉砂，粒级＋0.3mm的沉砂占23.35%，粒级＋0.3～0.15mm 的沉砂占22.25%，粒0.15～－0.02mm 的沉砂占54.4%。胶凝剂采用本公司水泥厂生产的矿渣硅酸盐水泥，标号为22.5级，水泥消耗量为每立方米充填体180 kg。水泥、尾砂、块石设计配比为1∶4∶5或1∶3∶6，水灰比为1.5，胶结体强度为1.96～3.92 MPa。

5.2 块石胶结充填工艺及系统

用自卸汽车将选矿场手选废石装运至骨料井，再用矿车从充填道运送至各个需要充填作业的采场。

为了保证输砂浓度，便于集中充填作业，建立贮砂仓贮藏尾砂，贮砂仓有效容积为600m3。贮砂仓上建设尾砂分级站（Φ300旋流器分级），沉砂进入贮砂仓，分级溢流用管道自流输送至南区龙王池尾矿库。充填作业时，沉砂由仓底放出，加水稀释至40%～50%的浓度后用管道自流输送至井下搅拌桶。水泥由散装水泥仓经螺旋给料机输送至搅拌桶，水泥砂浆经搅拌后，采用65ZBG－530型渣浆泵经D125管道输送至充填采场。

充填作业前，首先用混凝土做采场下部密闭，并用混凝土砌筑上分层预留漏斗和通道，在形成上分层回采通路和出矿系统后，安装脱水设备，脱水设备就是沿采场纵向放置一根管子置于采场最高处，从采场下端联接到下盘平巷水沟，管子在采场的部分钻有小孔，周围包上纱布以渗水。

充填准备工作完成后即可充填，首先输送块石，用电耙绞车扒平，块石充填厚度达到2m后，停止倒块石，开始浇灌砂浆，在采场用电扒再次搅拌块石与砂浆，直至充满采场为止。