废石充填在胶结充填中的应用

2019-03-05王大为

世界有色金属 2019年23期

关键词：灰砂废石尾砂

王大为

（山东黄金矿业（莱州）有限公司焦家金矿，山东莱州 261441）

充填采矿快速发展的最关键因素是不会对生态环境造成严重破坏，以及相对较高的回采率。因此笔者以焦家金矿为例分析了充填采矿技术在望儿山矿区开采中的具体应用，以及废石充填技术的应用和发展。

矿区地貌属低山丘陵区，东高西低。东部为以剥蚀作用为主的丘陵区，标高一般为+40m～+60m，最高点为矿山东依望儿山，海拔标高+177.39m；西部为山前冲洪积平原，地面标高+22m～+35m，地势平缓。

区内气候温和，年平均气温12℃，属大陆季风性气候，年平均降雨量650mm。区内无大水系，下切冲沟较发育，雨季呈径流，旱季常干涸。

1 采矿充填技术概述

充填采矿技术是指在采矿过程中在某些采空区中使用一些采矿废料（例如废石，工业废料、选矿尾砂等）来充填。这样可以有效防止采矿过程中的机械振动导致的岩石掉落以及地表沉陷等问题，确保了矿产资源的充分利用，也确保了施工人员的生命和财产安全，保证了采矿业的可持续发展[1]。

2 废石充填技术在胶结充填的应用

以废石充填为基础的胶结充填法在矿区回采中的应用可以有效地支撑围岩，控制低压，防止或减少采空区围岩的位移[2]。应用时，可以通过应用充填采矿技术来转移和调整不平衡应力，从而使整个应力场平衡，消除了潜在的风险，并提高了回采操作的安全性。在社会经济发展过程中，采矿业发展迅速。在这一阶段，许多采矿公司已将充填采矿技术有效地应用于特定的采矿项目，这有助于提高矿产资源的开发速度。

2.1 矿区基本资料

（1）矿区自然环境。望儿山矿区地貌属低山丘陵区，东高西低。东部为以剥蚀作用为主的丘陵区，标高一般为+40m～+60m，最高点为矿山东依望儿山，海拔标高+177.39m；西部为山前冲洪积平原，地面标高+22m～+35m，地势平缓。区内气候温和，年平均气温12℃，属大陆季风性气候，年平均降雨量650mm。区内无大水系，下切冲沟较发育，雨季呈径流，旱季常干涸。

（2）矿块结构。采场沿走向布置，盘区长120m，分成两个各60m的采场，盘区宽为矿体的厚度，回采时原则上不留盘区间柱和顶柱，留设底柱4m。矿块高40m，标准矿块布3条进路，一步采中间进路，二步采两侧进路，分段高为10m。

（3）矿产回采工作流程。当采场仅能布置两条进路时，先采下盘进路，后采上盘进路；当采场仅能布置三条进路时，先采中间进路，后采两侧进路。凿岩采用YT-27型凿岩机落矿，炮孔沿矿体倾向“之”字形布置，孔深度2m，炮孔直径38mm～40mm，孔距1.0m，排距0.8m，边孔距围岩0.3m，每条进路配2台凿岩机同时工作。

（4）充填工艺。进路回采完毕后即进行充填准备工作。第一步进行废石的回填工作。将预存的废石，由无轨铲运设备，铲运至采场进路内进行回填工序，由里向外后退式回填。回填废石的规格根据回采进路的规格而定。在回填高度上，受铲运设备的限制，预留1.0m～1.5m的空间。在回填废石宽度上，在最初是进行了全宽度回填，但在相邻进路揭露后，容易出现回填的废石夹裹着胶结体脱落的现象，造成了二次贫化。所以在后期，在废石回填工艺上进行了优化，在回填宽度上，沿着未回采的相邻进路一侧，预留1.0m的空间，并在相邻进路的侧帮上，通过敷设充填勾花网等措施，增强充填体侧帮的充填强度。

回填结束后，进行第二步架设充填管路。充填管由充填回风天井下放到采场，将塑料充填管架在进路顶板中央最高点处，并在进路口上用木板打好隔墙（也可采用混凝土预制砖砌墙），隔墙上留有泄水检查孔。

为减少充填成本，依据每分层进路个数，采用间隔胶结充填。采用胶结充填时，用灰砂比1：10的充填料充填；采用尾砂充填时，先将进路用粗尾砂充填3.5m高，剩下的0.5m用灰砂比1：10的胶结尾砂进行胶面充填，以利于回采上一分层时铲运机铲装和行走。每一条进路充填应密实接顶。

（5）充填体强度要求。按照所选采矿方法要求，为满足下中段最上面分层回采的安全，在每个采场的底部第一个分层需要胶结充填，充填体强度要求较高，采用灰砂比（水泥：尾砂）为1：4、浓度为70%的充填料浆，充填体强度3Mpa～4MPa；其余分层的胶面充填和上向水平分层进路式充填采矿法的间隔胶结进路采用灰砂比（水泥：尾砂）为1：10、浓度为70%的充填料浆，充填体强度1Mpa～2Mpa。

表1 全尾砂胶结充填体单轴抗压强度

1：10 3 0.15 0.20 0.26 0.37 0.38 7 0.24 0.36 0.44 0.58 0.63 28 0.61 0.79 1.14 1.43 1.81

2.2 应用分析

（1）应用效果。回填的废石没有经过再次破碎，废石的块度大小不一，在实际应用中，主要解决了井下废石大块的处理问题，在一定程度上降低了二次爆破的作业量，提高了作业效率。同时，对于采矿过程中的其他废料包括充填泄露的充填体的再次处理方面，也发挥了积极的作用。通过实践证明，在井下进行废石充填胶结充填工艺时，只要严格控制回填规格及采取相应的优化措施，充填体强度完全可以满足设计要求。

（2）完善充填采矿技术。在焦家金矿的开采中，就采用了机械化上向进路式充填采矿法。随着采矿业的不断扩大，采空区范围扩大了，而地面上的压力也同步增加，特别是在高压采矿区。不仅空间的突然变化会导致不稳定性风险，还增加了潜在的灾害风险。因此，在矿区的开采中采用充填采矿法可以解决不平衡应力的传递和调节。使原始的岩石张力场再次达到平衡。