武山铜矿胶结充填采矿工艺生产实践

陈新家 CHEN Xin-jia

（江西铜业股份有限公司武山铜矿，瑞昌 332204）

（Wushan Copper Mine of Jiangxi Copper Corporation，Ruichang 332204，China）

武山铜矿胶结充填采矿工艺生产实践

陈新家 CHEN Xin-jia

（江西铜业股份有限公司武山铜矿，瑞昌 332204）

（Wushan Copper Mine of Jiangxi Copper Corporation，Ruichang 332204，China）

武山铜矿从2004年开始在南矿带推行了下向胶结充填试验，成功后在2007年推广到北矿带，不仅为井下开采提供了安全保证，同时大大提高了采矿生产能力。主要是采用分级尾砂和普通硅酸盐水泥按不同比例进行胶结充填。最大的特点是给料采用立式砂仓风水造浆给料、采场用锚杆方式竖向布筋、对采空区充填时采取少量多次的方法。结果表明该方法在强化充填体的稳定性，扩大采矿进路的断面、减少顶板的支护成本及改善作业环境等方面取得了很好的效果。

胶结充填；竖筋；分级尾砂

0 引言

从1966年开始建设武山铜矿，可以说武山铜矿是一个老矿，铜金属探明储量累计137万吨，整个矿区由南、北矿带共同构成。铜的平均品位在整个矿区内为1.17%，在浅层主要集中了品位较高的矿层，在-260m中段后其品位0.85%。按照设计，初期生产能力南、北各1500吨/天，共计3000吨/天，在开采过程中，通常采用分层进路水砂充填采矿法。在2004年的时候，通过对武山铜矿进行扩产改造，其组织生产能力初步设计为每天5000吨，其中北矿带每天按照3000吨生产。

在充填过程中，采用分层进路式水沙充填采矿法进行充填。所谓分层进路式水沙充填采矿法就是不讲任何加胶结料添入充填料中。在使用下向分层进路式采矿方法的过程中，在假底通常情况下需要铺设300mm厚钢筋混凝土，进而在一定程度上对进行相应的充填处理。但是，由于充填体的强度难以满足设计要求，因此，在后续采矿施工过程中，需要借助其他的支记方式，进而影响和制约施工进尺，采场生产能力的提升在一定程度上受到制约，并且存在较大的贫化、支护等，进而在一定程度上难以保证采场顶板的稳定性，同时支护及铺底的材料运输的难度也大大地增加。面对这种形式，充填方式的安全性、合理性、经济性显得非常重要。

为了完善胶结充填工艺，多年来，武山铜矿与多所大学及设计院等进行合作，比较具有代表性的是，2004年与长沙矿山院合作，在南矿带建立了一套胶结充填工艺系统，并将该系统应用到南矿带进行试验，试验获得了预期的效果。在北矿带2007年推广该系统，同时建立立式砂仓给料系统，通过对充填系统进行改进和完善，进一步提高了胶结充填效果，生产能力达到240吨/天。

1 北矿带地质概况

对于武山铜矿北矿带来说，东西走向，长度1600m，矿体平均厚度和倾角分别为8-15m和45°-55°，并且处于地表以下800m，在这样的环境下，可以进行控制的钻孔比较少，需要进行深部探矿，因此可控采矿一般在-400m。对于矿体来说，以Cupy为主，并且主要集中在1-7号矿体，一些不稳固的煌斑岩穿插在中央，氧化自燃现象容易发生在0米以上揭露后的矿石上，该矿石的特点是缺乏粘性和完整性。对于深部矿体来说，其主要成分以含铜碳酸盐为主，铜、硫的含量平均在0.8%-1.1%和11%，在上部矿体中，铜品位比较高,并且在一定程度上行伴有金、银、砷、碲等贵重金属和稀有元素等。

2 工程布局及采矿工艺流程[1-2]

2.1 开拓布局与矿块划分 对武山铜矿通过竖井加斜坡道的方式进行开拓，通常情况下开拓工程蛀牙主要集中在矿体的下盘，采用沿脉加穿脉对主运输巷进行处理，中段高度和-160m的中段一般为50m、40m，每10m设一无轨分段铲运道。

2.2 采矿方法 对于北矿带来说，曾经使用过多种采矿方法，但是，从2004年以来，初步改造设计为5000吨/天，通过胶结充填采矿法代替原有的下向进路式水沙充填采矿方法，如图1所示。

2.3 下向胶结充填采矿工艺流程 对于凿岩，通常情况下借助YT-27钻机进行处理，孔径和深度分为38mm-42mm和2-2.4m，炮孔利用率和进尺分别为86%和1.8-2m，采用乳化炸药、通过半秒差管和激发火雷管进行起爆爆破。

图1 下向水平分层进路式充填法示意图

在通风方式方面，刚开始通过局扇压入式进行通风。在进行通风的过程中，通过溜矿井将污风排至上中段进行稀释处理，通过泄水井下部运输巷将新鲜风源源不断地引入。受水泥水化作用的影响和制约，工程技术人员通过对现场进行不断的摸索，在一定程度上将通风导硐预埋在每个采场，上部抽风通过抽风机实现，效果较为理想，如图2所示。

图2 采场通风系统

采用2m3内燃铲运机对采场出矿处理，按照采一隔一回的顺序进行回采，与矿房矿柱回采方式类似。

3 采场充填工艺流程[3-5]

3.1 底筋铺设 采矿分条到位后，需要对空区进行清理和整平，同时清除相邻分条充填体中的夹石矿等，并且需要铺设10公分的碎矿，钢筋网和竖筋的铺设需要根据按设计要求进行。充填胶结的初期，按照原先工艺需要铺设300mm厚钢筋砼假底，通过充填分条的方式对首层胶结进行处理，在采空区进行胶结充填前，依据1m×1m布设∮25mm、长1.5-1.8m的螺纹钢竖筋，将一块150mm×150mm、厚10mm的钢板焊接在下部；对于后面分层通过钢筋网加竖筋的方式进行充填，将规格为∮6.5mm、200mm×200mm的钢筋网铺设在空区底板上。

3.2 充填管吊挂 通常情况下，通过厚10mm的高分子聚乙烯复合管处理充填管，该管可以重复利用，在布设过程中，由上部、沿溜井充填主巷，然后通过采联道及切割、回采分条的方式进入待充采空区。在充填过程中，为了确保充填管路的顺畅性，在巷道壁上必须用锚杆充填管进行固定，将充填管末端与待充采空区掌子面的距离控制在5m。为了便于回收，吊挂过程中，通常沿着隔壁未开采分条的一侧，不要充待充区内有接头。为了避免发生充填堵管，在对管路进行充填时，进行充填前需要进行通水洗管，否则影响充填体强度。

3.3 隔水 在施工过程中，为了避免流失胶结充填浆料，通常情况下，通过混凝土空心砖砌筑砖墙进行处理，同时对砖墙进行抹面隔水，进而在一定程度上提高待充区高度，并在该墙中部预留一个观察口，观察口的规格为400mm*400mm，在一定程度上便于充填过程中查看采空区内充填情况，如图3所示。

图3 空心砖砌的隔离墙

3.4 排水 在采空区进行施工时，通常情况下，需要充满充填物，并且在一定程度上确保充填料浆的固结时间，进而需要分三次进行充填。进行第一次充填时，将充填物充填到采空区高度的一半，沉淀一个班，然后排水，水排干后，开始进行第二次的充填，进行充填需要充填到观察口，沉淀固结一个班，再次进行排水，水排干后，封闭观察口，最后进行第三次的充填。

3.5 制备充填料浆 在北矿带建立一套立式砂仓给料系统，如图4所示，按照设计要求，在砂仓中贮存分级尾砂，通过高压风和水将造浆给料送入工艺系统，通常情况下充填料主要以分级尾沙为主，按照1:4、1:8灰沙比进行配制填充料，充填料浆浓度控制在70%以上。采用高耐磨气室逆止喷嘴对武山铜矿进行处理，在一定程度上解决了磨损和连续供风问题，用锲型流量计，如图5所示。

图4 立式砂仓风水造浆给料充填系统

图5 锲型流量计

高耐磨气室逆止喷嘴优点：①保证立式砂仓内尾砂均匀翻动。②保证喷嘴连续工作60天不磨损和腐蚀。

通过对伯奴利方程进行变形得到锲型流量计的基本流量方程式。通过锲型件产生差压，由差压变送器检出，输出与流量值成平方根关系的电流信号4-20mADC。

式中：qv为体积流量，m3/s；

C为流出系数；

ε为可膨胀性系数；

m为节流面积比。

3.6 充填中存在的问题和解决措施 通过研究分析充填体脱层冒落、水泥离析等，本文认为是充填不稳定、给料不均匀，以及充填前采空区有积水。通常情况下，采取的措施包括：①对包括造浆和给料系统进行改进，安装双闸阀控制充填洗管水进采空区，实行多点给料工艺；②对于隔离墙跑浆问题，通过内外喷浆对松软矿采场进行处理，通过砼加固隔离墙的方式对稳固矿体的采场进行处理；③通过在充填管关键拐点装设摄像监控，沿主充填管布一路高压水管供堵管的方式，对管道磨损跑浆产生堵管现象进行处理。

4 胶结充填应用效果

①采场单产大大提高了采矿生产能力，从100吨/天提高到200吨/天；②使用木材的数量减少，从原来的129立方/万吨矿下降到28立方/万吨矿；③大幅度提高了工班效率，从7.4吨/工班提高到14.6吨/工班，同时降低了工人的劳动强度；④尾砂消耗每年40多万吨，江沙成本节约500多万元。

[1]赵奎等.武山铜矿大断面开采条件下分级尾砂胶结充填试验研究[R].2009.

[2]解世俊.金属矿床地下开采（第二版）[M].北京:冶金工业出版社,2008.

[3]段龙银,彭小刚.武山铜矿下向胶结充填试验方案探讨[J].铜业工程,2007(1):11-13.

[4]彭小刚,段龙银.旋流分级与立式砂仓联合水力造浆充填工艺探讨[J].铜业工程,2007(2):13-14.

[5]中国有色工程设计研究总院[204-2004]工程，江西铜业股份有限公司武山铜矿深部挖潜扩产技术改造初步设计书[R].2004.

Cement Filling Mining Technology Production Practice of Wushan Copper Mine

Wushan Copper Mine implemented cemented filling test in the southern belt from 2004,then extended to the north belt in 2007 after successful,which not only provides security for underground mining,but also greatly improves the mining production capacity.The classified tailings and ordinary Portland cement are mainly used for cement filling in different proportions.The biggest feature is using vertical sand tank mud feeding,stope fabric reinforcement with vertical bolt way and take small number of ways to gob filling.The results show that the method in strengthening the stability of the filling body,expanding the mining section of the road,reduce the roof support costs and improve the working environment achieved good results.

cement filling；vertical bars；classified tailings

陈新家（1966-），男，江西瑞昌人，研究方向为采矿技术及生产管理。

TD853

A

1006-4311（2014）11-0082-03