尾矿似膏体胶结充填采矿法的研究与应用

王 洋，易志清，祝禄发

(锡矿山闪星锑业有限责任公司，湖南冷水江 417502)

锡矿山闪星锑业有限责任公司锑矿是我国较早应用充填采矿法开采的有色金属矿山。上世纪五十年代至六十年代中期，它仅限于利用矸石和尾矿充填处理采用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。上世纪六十年代末期，该锑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的研究，经验研究成功后，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特点是:采场垂直矿体走向布置，沿走向划分为矿房和矿壁，均采用空场法回采。先采矿壁，嗣后用混凝土一次性充填空区，后采矿房，其空区用尾矿充填。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，与矿房充填的尾矿共同防止地表下沉。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，采选厂曾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再充入水泥砂浆。由于输送工艺是砂浆和块石的分离输送，在工作面自流混合，而不同于混凝土胶结充填法把碎石和砂浆混合后再送入工作面，骨料粒度要求不严，废石不用再加工就可直接充填，它具有充填能力大，水泥用量低，满足充填体的强度要求，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。

目前随着矿山浅部残矿和保安矿柱的回采，对于采空区处理有了更高的要求，原有块石胶结充填系统，由于充填浆料采用自流输送，存在充填质量浓度过低(30%左右)、水泥流失严重、单耗高(200 kg/m3)、采场充填脱水量大、充填质量低、污染井下环境等缺陷，特别是没有专用充填道把块石充入采场，不能满足采矿安全生产要求，需要试验研究先进的充填技术，建设可靠的充填系统，对采空区进行高质量、大能力的充填处理(质量浓度高、接顶充填程度高、充填体强度高)，以杜绝采空区充填时溢流水泛滥而污染环境，提高充填质量，为开采安全创造条件。因此，采选厂于2011年底开始对原有效结充填系统进行技术改造，于2012年6月底建成尾矿似膏体胶结充填系统，7月份正式投产，已充填14 500 m3，取得了较好的效果。

1 地质与开采技术条件

该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110 m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。

采选厂自上世纪六十年代以来，主要开采童家院矿床。该矿床矿体沿走向长约1 200 m，沿倾向斜长300～400 m，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20～30 m，平均品位3%～5%。矿体倾角一般均为10°～20°，矿体埋藏深度80～160 m。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。

2 采矿方法特征及矿块结构参数

2.1 采矿方法特征

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，嗣后充填采空区，待充填体达到一定的强度后，再同样用空场法回采矿房，并充填处理采空区。

2.2 块矿结构参数

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

2.3 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，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1.8×2 m2，采准上山沿矿体底板掘进与上部回风巷道贯通，规格2×2 m2，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。

3 回采

3.1 回采顺序

中段的回采顺序由上而下进行。在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。矿房的回采必须待两侧矿壁采后充填，并且充填体达到一定的强度后方可进行。

3.2 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2.5～3 m。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。

3.3 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。

4 充填

4.1 充填材料及其配比

1.骨料。用于制备尾矿似膏体的骨料采用以浮选全尾矿经一道分级后的沉砂，其沉砂料级组成为:粒级+0.3 mm的沉砂占23.35%，粒级+0.3～0.15 mm的沉砂占22.25%，粒级0.15～－0.02 mm的沉砂占54.4%。

2.胶凝材料。胶凝材料采用该公司水泥厂生产的矿渣硅酸盐水泥，标号为32.5级。

3.改性材料。采用附近发电厂从烟道中回收的粉状粉煤灰。

4.水。普通自来水。

5.充填配比。矿壁充填配比:水泥∶粉煤灰∶尾矿=1∶2∶8(质量比)，质量浓度74%～76%。矿房充填配比:水泥∶粉煤灰∶尾矿=1∶4∶15(质量比)，质量浓度74%～76%，或分级尾矿非胶结充填。

4.2 充填工艺流程

根据尾矿似膏体充填工艺的要求，从选厂经管道输送到充填制备站的全尾砂首先进行脱泥分级，分级尾砂通过管道自流到卧式砂仓，滤水后通过抓斗向稳料仓供料，经安装在稳料仓底部的振动放料机和皮带秤的计量后通过皮带运输机输送至搅拌桶。

水泥和粉煤灰用散装罐车运送，通过压气卸入立式水泥仓和粉煤灰仓，经仓底插板阀、星形给料机、转子称计量后通过螺旋输送机输送至搅拌桶。

充填用水采用分级尾砂沉淀后的澄清水，由水泵泵送至搅拌桶。同时，为防止突然断电或水泵故障，将原充填站高位水池作为备用应急水源。

上述充填物料在搅拌桶内强力搅拌形成符合质量浓度要求的分级尾砂似膏体料浆，然后通过高压泵加压后经管道输送至待充采场。其充填制备工艺流程如图1所示。

4.3 充填作业

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。充填准备工作完成后即可充填，在采场用电耙扒运，直至充满采场为止。

5 主要技术经济指标

尾矿似膏体胶结充填采矿法的主要技术经济指标如表1。

图1 充填制备工艺流程

表1 主要技术经济指标

6 结语

该锑矿采选厂先后试验应用了混凝土胶结充填法、块石胶结充填法、尾矿似膏体胶结充填法，从充填工艺的发展历程可以看出其技术不断完善和成熟，尾矿似膏体胶结充填工艺与前两种充填工艺比较，具有以下一些优点:

1.采用柱塞泵实现充填浆体高浓度输送，充填质量浓度从30%提高到76%，减少了采场的脱水量，减轻了井下环境污染程度，增大了充填料浆的有效利用率，提高了实际充填能力，明显改善充填体的物理力学性质，提高了充填体强度，达到了有效控制地压，提高充填作业效果的目的。

2.在充填浆料中加入粉煤灰，减少了水泥消耗量。水泥单耗从原来的180～200 kg/m3，降低到124 kg/m3。下降幅度达到40%。同时，改善充填浆体输送特性。

3.充填作业方便。充填料浆从采场上部回风巷用管路输送，不需要建设专用充填运输道。

4.尾矿充入井下，减少了尾矿地面筑坝堆放带来的占地、尾矿库管理、环境污染等问题，具有较高的间接经济效益和显著的社会效益和环境效益。

［1］ 曾永志，潘谨，祝禄发.块石胶结充填采矿法的研究与应用［J］.采矿技术，2012，12(6):3－4.

［2］ 王喜兵，庞计来，李红桥.新型全尾砂胶结充填采矿工艺技术研究与应用［J］.采矿技术，2010，10(3):1－5.

［3］ 王样民，郭红丹，赵彬，等.焦家金矿尾砂固结充填配比优化研究［J］.矿业研究与开发，2011，31(2):27－29，85.