下向分層膏體充填采礦法的生產(chǎn)實踐與改進

羅龍波，保文俊

（江西銅業(yè)集團有限公司武山銅礦，江西 瑞昌 332204）

隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，對資源需求量逐年上升，而我國礦山易采礦體逐漸減少，迫使礦山向開采難度較大的礦體進行回采。為了提高開采難度較大礦體的安全性與生產(chǎn)效率，需采取對應(yīng)措施來控制采場地壓，分級尾砂充填法即為其中應(yīng)用較廣泛方法，隨著開采難度增大，分級尾砂充填逐漸向全尾礦膏體充填發(fā)展，膏體充填具有較高的可塑性、流動性和穩(wěn)定性，以柱塞流的形態(tài)下憑借外加力或者膠結(jié)體的自重力的方式輸送到充填區(qū)域[1]。最大的優(yōu)勢在于料漿濃度，濃度控制在80%±5的范圍內(nèi)，在管道輸送中，料漿像塑性結(jié)構(gòu)體一樣，不會發(fā)生離析、沉淀，且擁有90%～95%的尾砂利用率[2]。另外由于料漿的質(zhì)量濃度高，對水分要求較低，所以極大地減少了排水費用以及所帶來的水體污染。對水泥需求量要求較低，在很大程度上有效減低了充填成本，且具備良好的可塑性、流動性和穩(wěn)定性，能夠在很大程度上確保礦體開采的安全性和礦區(qū)的穩(wěn)定性。膏體充填可以應(yīng)用于開采條件復雜、地表不允許陷落、圍巖不穩(wěn)定的高品位礦體、礦床破碎、礦體圍巖不穩(wěn)定等情況下[3]。

在我國金屬礦山開采中，膏體充填在生產(chǎn)實踐應(yīng)用中取得了良好的效果，主要優(yōu)勢在于使用全尾砂充填、充填濃度較高、無需脫水與能有效利用水淬渣及滿足無污染礦山開發(fā)的要求，特別是在治理生態(tài)環(huán)境污染的情況下，膏體充填技術(shù)優(yōu)勢更為明顯，在我國礦山開采中應(yīng)用前景將非常廣泛。

1 膏體充填工藝

1.1 充填料漿制備

對井下采空區(qū)膏體充填前需對充填料漿進行制備，充填料漿為機制砂和尾砂混合水泥。使用對應(yīng)的攪拌機制作膠結(jié)料，根據(jù)采空區(qū)的大小，計算出充填體積，并選擇攪拌機數(shù)量，確?？梢赃B續(xù)泵送充填料漿[4]。如果不需要連續(xù)泵送，針對一些臨時充填地區(qū)，使用電動拖泵輸送充填料漿。

1.2 充填準備

第一步，進行平場，并預留50mm～100mm碎礦層，平場在進路回采結(jié)束后進行。第二，敷設(shè)鋼筋網(wǎng)，使用螺紋鋼筋按照設(shè)計要求進行布設(shè)，鋼筋規(guī)格根據(jù)礦體大小選取，鋼筋網(wǎng)的網(wǎng)度控制在100mm～150mm之間。第三步，吊掛鋼筋網(wǎng)，主要是吊掛鋼筋和錨桿的方式，特別在進路幫壁是充填和圍巖的情況下。第四步，安裝充填管，充填管基本上都是吊掛在最高處，材料以塑料管為主，安裝在進路內(nèi)。第五步，構(gòu)筑充填擋墻，目的是防止充填料漿隨意流動，確保充填的有效性，主要在進路外口構(gòu)筑，且位置要合理、有效[5]。

1.3 充填材料

水泥是膏體充填的主要材料之一，使用普通硅酸鹽水泥即可。全尾砂的選擇須要根據(jù)實際情況進行選擇，不同的礦體對全尾砂要求不同，需注重礦尾砂粒級數(shù)，同時注重取樣濃度，如果濃度較低，必須要經(jīng)濃縮脫水，否則充填效果會大大減低。粗骨料的使用主要是為了形成濃度更高的膏體，確保膏體的濃度在合理的范圍內(nèi)，促使充填效果滿足實際的開采要求，且對充填物料的級配改善效果良好[6]。在選擇粗骨料時可就地取材，采取合適的方式進行篩選，從而確保粗骨料的大小滿足實際的需求，基本上粗骨料的直徑都是大于10mm。膏體制備材料也可以根據(jù)實際情況選擇冶煉水淬渣。

1.4 強度及材料配比

使用下向分層膏體充填法，必須要根據(jù)鋪底層厚度選擇對應(yīng)強度的充填強度，如果鋪地層厚度為0.6m，則需要28d膏體強度為4Mpa～5Mpa。一般會使用全尾+水淬渣+水泥膏體和全尾+水泥+廢石膏體等兩種不同的膏體制備方案，同時也需要考慮到成本和技術(shù)等因素[7]。

全尾+水淬渣+水泥膏體。該制備方案主要使用水淬渣作為膠凝材料，但是根據(jù)實際應(yīng)用效果來看，水淬渣并沒有達到理想的效果，其對膏體強度的效果較低。為了確保膏體強度滿足實際需求，可以將水淬渣作為粗骨料使用，如果要28d膏體強度為1-2Mpa，材料配比按照：淬尾比1：8，灰砂比1：7或者是淬尾比1：5灰砂比1：8，這兩種材料配比都可以確保膏體濃度在75%左右。如果要28d膏體強度為4Mpa～5Mpa，材料配比按照：淬尾比1：（7-9），灰砂比1：5的方式可以確保膏體的濃度在76%左右。

全尾+水泥+廢石膏體。如果要28d膏體強度為1Mpa～2Mpa，材料配比按照：廢石與尾砂比1：（3-5），灰砂比1：（10-12），確保膏體濃度在75%左右。如果要28d膏體強度為4Mpa～5Mpa，材料配比按照：廢石與尾砂比1：（3-5），灰砂比1：5的方式可以確保膏體的濃度在73%～76%左右。

1.5 充填接頂

常見的充填接頂方式有很多種，可根據(jù)實際情況選擇對應(yīng)的接頂方式。第一，正常情況膏體充填需要在進路回采結(jié)束后進行，采取順傾斜充填。首先對進路口進行封口，構(gòu)筑充填擋墻，并噴射混凝土，厚度為40mm左右即可。然后安裝充填管，安裝在回風井處，且回采坡度控制在3°～5°，且安裝在進路端部最高點[8]。最后按照充填路徑敷設(shè)縱橫筋，目的是在充填后可以很快形成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，提升充填體的強度；第二，雙隔墻擠壓充填。此充填接頂方式主要是應(yīng)用在充填進路較長的情況下，特別是進路大于25m。充填管同樣安裝在進路口最高點，且在內(nèi)側(cè)擋墻。在充填管進料口位置預埋溢漿管，當溢漿管出漿液后，繼續(xù)充填10分鐘，然后將前段充填管進行拆除，并對充填管進行清洗，在兩堵?lián)鯄χg形成一定的空間，用于容納充填管線內(nèi)的漿液和溢出漿液，防止在清洗管道時影響到最后的充填效果；第三，人工接頂。在一層充填結(jié)束后需要對其進行檢查，確認充填接頂?shù)男Ч?，如果接頂效果不好，則需要人工進行二次接頂。

1.6 應(yīng)用效益

利用全尾砂對井下采空區(qū)進行充填，對礦山而言可實現(xiàn)尾砂零排放、減少對應(yīng)的廢料排放、實現(xiàn)綠色開采。在尾砂有限的情況下，通過使用機械破碎井下掘進渣，利用部分機制砂代替尾砂，可實現(xiàn)開采資源有效利用，進一步優(yōu)化完善膏體充填。

膏體充填后對圍巖應(yīng)力和變形進行實時監(jiān)測，從監(jiān)測結(jié)果來看，沒有出現(xiàn)明顯的圍巖位移和變形現(xiàn)象，且采區(qū)周邊應(yīng)力大小分布均勻。充填法使圍巖受力狀態(tài)恢復到三軸受壓，有效提高了巖石力學強度，同時有效控制了塑性形變和巖體位移。

2 下向分層膏體充填在生產(chǎn)中存在的問題及措施

2.1 假頂破壞

分析出現(xiàn)假頂破壞的主要原因是人造假頂頂板控制不好、膏體被炸落以及人為原因等，主要是操作人員的專業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)偏低，從而出現(xiàn)裝藥量不合理、周邊眼數(shù)少、頂眼布置不當，在鉆鑿頂眼時，出現(xiàn)頂眼仰角大，造成頂板的平整度無法有效控制。當出現(xiàn)嚴重的凹凸不平時，在進行充填時會導致充填體與實際頂板的高度相差較大，頂板上部容易產(chǎn)生浮石，在這種情況下進行填充，會大幅度降低作業(yè)的安全性。面對假頂破壞時，最有效的改善措施是將假底與頂眼底之間的距離控制50cm以上，將裝藥量控制在合理的范圍內(nèi)，保證假頂不被破壞，如果鑿巖至膏體假頂里，則需要對此孔進行報廢處理，重新進行鑿巖。

2.2 分層生產(chǎn)能力的銜接

為了確保分層之間生產(chǎn)能力的有效銜接，保障轉(zhuǎn)層的銜接正常，在回采時集中先回采礦房多的出礦道，搭配回采礦房少的出礦道，確保出礦道數(shù)量的合理性，實現(xiàn)從礦房多的出礦道進入下一層，且主要注意分層之間的跨越，分段采場的跨越分層數(shù)控制在2層即可。礦房多的出礦道按照先回采、先轉(zhuǎn)層的原則進行，轉(zhuǎn)層后，礦房多則采點多。相反，礦房少的情況下，則收尾快，同時分段采場所跨域的分層數(shù)也控制在2層即可，只有這樣才能有效提升分層之間的生產(chǎn)能力。

2.3 充填接頂

在進行下向分層膏體充填時，經(jīng)常出現(xiàn)充填不接頂?shù)默F(xiàn)象，特別是在隔一采一布置回采進路和隔三采一布置回采進路時，這種回采方式能夠有效控制圍巖應(yīng)力釋放、控制圍巖的變形、確保圍巖體的穩(wěn)定性，但存在最大的問題是接頂困難。解決這一難題可通過增加橋墩的方式進行強制性接頂，確保假頂?shù)姆€(wěn)定性和安全性。具體操作：一分層每條出礦道的最后一塊礦房先不充填，等待下一分層相對應(yīng)的空區(qū)形成后，統(tǒng)一從高處對低處充填確保接頂；為了充填二分層的空區(qū)接頂，可在一分層預埋充填管充填二分層；盡量不采用隔三采一或者隔一采一布置礦房，而采用從兩端到中間的后退式回采，可以確保每一塊礦房都是一邊是礦體支撐一邊是膏體支撐，達到回采安全部分礦房可對假底進行挑頂充填，最大化保障回采區(qū)域的安全性。

3 結(jié)語

在礦山資源大面積開發(fā)過程中，既要確保生產(chǎn)安全性，又要保證不污染環(huán)境。而充填采礦法是目前最有效的方法，對環(huán)境破壞小、資源回收率高。對采空區(qū)進行膏體充填可以有效控制地壓、保證周圍礦巖的穩(wěn)定性，膏體充填采礦法擁有得天獨厚的優(yōu)勢，值得在礦山大范圍推廣使用。在生產(chǎn)實踐過程中，加強鑿巖爆破技術(shù)及管理要求，防止假底破壞；根據(jù)實際情況，合理布置出礦進路，分層之間的有序銜接，確保了生產(chǎn)能力；引入了橋墩形式，對部分礦房進行強制性接頂，確保了充填接頂。通過在生產(chǎn)實踐中不斷優(yōu)化和改進，為此類礦山生產(chǎn)提供了實踐參考依據(jù)。