有色金屬采礦中高水固結(jié)充填采礦法的應(yīng)用策略

朱杰明

（中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計研究院有限公司，云南 昆明 650500）

我國在有色金屬采礦作業(yè)中所應(yīng)用的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，尤其是在當(dāng)今社會經(jīng)濟發(fā)展與科學(xué)技術(shù)進步的帶動作用下，我國更是對有色金屬的采礦技術(shù)進行了深入研究。在當(dāng)今，最具技術(shù)優(yōu)勢且最受人們關(guān)注的一種有色金屬采礦技術(shù)就是高水固結(jié)充填技術(shù)，這種技術(shù)主要是借助于高水速凝法來進行有色金屬的開采，它不僅有著高效性和經(jīng)濟性等的諸多優(yōu)勢，同時也具備良好的環(huán)保效果。因此，在當(dāng)今的有色金屬開采作業(yè)中，采礦企業(yè)應(yīng)加強該技術(shù)的研究，并使其在具體的有色金屬采礦中得以合理應(yīng)用。

1 高水固結(jié)充填系統(tǒng)分析

1.1 高水固結(jié)充填系統(tǒng)概述

在高水固結(jié)充填系統(tǒng)中，主要的分系統(tǒng)有兩個，第一是制備運輸系統(tǒng)，第二是自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要的運輸方式是雙管路運輸，這種方式可以將漿料按照不同濃度進行配比，并在具體運輸中對漿料濃度做到良好控制，在有色金屬的高水固結(jié)充填采礦作業(yè)中有著非常重要的作用。同時，該系統(tǒng)對于高水固結(jié)材料的要求也非常高，比如，材料運輸管徑大小、配比濃度大小等，都需要嚴(yán)格控制，不可超出誤差允許范圍。另外，該系統(tǒng)的一大優(yōu)勢就是自動化，通過自動化控制技術(shù)的應(yīng)用，可以讓該系統(tǒng)的使用更加簡單便捷。

1.2 高水固結(jié)充填系統(tǒng)工藝設(shè)計

在高水固結(jié)充填系統(tǒng)中，主要應(yīng)該從三個方面來對其進行工藝設(shè)計：第一是工藝配置設(shè)計，主要包括金砂管設(shè)計、放砂管設(shè)計、砂倉設(shè)計以及旋流器設(shè)計等。因其組成部分非常多，且每一個零件的作用都非常重要，所以設(shè)計中應(yīng)全面做好細節(jié)的控制。第二是材料運輸工藝設(shè)計，具體設(shè)計中，需要對材料運輸工藝加以全面完善。在此過程中，需要對漿料濃度以及輸送能力等各方面內(nèi)容加以全面分析，以此來發(fā)揮出材料運輸在高水固結(jié)充填系統(tǒng)中的重要作用[1]。第三是回采工藝設(shè)計，在高水固結(jié)充填系統(tǒng)中，回采工藝也是一項非常重要的工作任務(wù)。通常情況下，回采工藝主要通過聚集回采法來進行，在此過程中需要嚴(yán)格控制爆破位置，借助于電動鏟運機來進行回采，整個的操作都在工作面上進行。

2 高水固結(jié)充填采礦技術(shù)原理分析

在通過高水固結(jié)充填技術(shù)進行有色金屬的采礦過程中，其本質(zhì)就是將高水材料作為充填的膠凝材料，代替?zhèn)鹘y(tǒng)充填工藝中的水泥材料來進行尾砂膠結(jié)充填，具體充填過程中，其骨料全部是全尾砂。

高水材料屬于一種早強型、速凝型，且能夠在水灰比較大的條件下實現(xiàn)良好硬化的水硬性交界材料。這種材料凝結(jié)成的固體可以達到其自身體積的9倍，其主要工藝參數(shù)如下：

表1 高水凝結(jié)充填材料的主要工藝參數(shù)

按照現(xiàn)場的實際技術(shù)要求以及工藝設(shè)備實際條件，充填漿料濃度可以控制在30%-70%，在將高水固結(jié)充填漿料充入到現(xiàn)場之后，不需要進行脫水處理便可使其快速凝結(jié)到固體狀態(tài)的充填體[2]。相比較普通形式的膠結(jié)充填而言，高水固結(jié)充填的漿料有著更大的濃度范圍，其凝固速度更快，不需要脫水，其接頂效果也更好。所以，該技術(shù)的應(yīng)用可以讓有色金屬礦井下的污染得以有效降低，并進一步減輕工作人員在采礦作業(yè)中的勞動強度，其應(yīng)用優(yōu)勢十分顯著。

3 高水固結(jié)充填采礦技術(shù)在有色金屬采礦中的具體應(yīng)用分析

本次所分析的是錫礦山銻礦開采過程中的全尾砂高水固結(jié)充填采礦技術(shù)應(yīng)用。其具體的工藝要求如下：

表2 錫礦山銻礦開采中的高水固結(jié)充填技術(shù)具體工藝要求

下圖為錫礦山銻礦采礦中高水固結(jié)充填工藝示意圖。

圖1 錫礦山銻礦采礦中高水固結(jié)充填工藝示意圖

在上圖中，序號1為濃度計；序號2為流量計；序號3為攪拌桶；序號4為螺旋秤；序號5為彈性葉輪給料機；序號6為水泥罐車；序號7為流量計；序號8為螺旋給料機；序號9為砂漿；序號10為乙充填料尾砂漿運輸管；序號11為甲充填料尾砂漿運輸管；序號12為混合器。

3.1 充填試驗面基本概況

本次所研究的某錫礦山銻礦工作試驗面的標(biāo)高是-143m~-187m，與之相對應(yīng)的地表標(biāo)高是171.2m~179.1m，工作面的長度平均值是50m,傾斜長度是220m，銻礦厚度在3.5m~4.3m之間，傾角在10°~13°之間，工作面的埋深在315.1m~365.9m之間。在該試驗面北側(cè)，將七采回風(fēng)下山銻柱線作為邊界，西側(cè)與F10斷層之間的距離為20m，東側(cè)和工作面副巷之間的距離是10m，該工作面的走向長度是50m，傾向長度是245m，可以開采的長度是220m。該工作面的標(biāo)高處在-140m~-190m之間。其試驗面布置為傾斜型，并通過仰斜法進行開采。工作面的回風(fēng)斜巷和運輸斜巷都屬于矩形斷面，其寬度為4.5m，高度為2.7m，切眼斷面也是矩形，其寬度是5.6m，高度為2.5m，切眼頂板通過錨網(wǎng)梁進行支護。

3.2 充填工藝系統(tǒng)具體設(shè)計分析

在具體的充填工藝設(shè)計中，首先根據(jù)實際情況與采礦需求來進行充填制漿設(shè)備以及泵站的合理布設(shè)。其泵站系統(tǒng)的主要組成部分包括粉料倉、配料和承重系統(tǒng)（粉料配料裝置和水稱量裝置）、攪拌系統(tǒng)、卸料系統(tǒng)、儲漿系統(tǒng)以及動力供應(yīng)系統(tǒng)。

3.2.1 確定漿液輸送能力

在對漿液輸送能力進行確定的過程中，一定要將錫礦山銻礦生產(chǎn)能力的實際要求作為依據(jù)來加以確定。在本次所研究的錫礦山銻礦開采過程中，需要進行充填處理的采空區(qū)域大約是588m3，對于這個采空區(qū)域，其充填空間可以按照整體區(qū)域的90%來進行計算，根據(jù)計算可知，該采空區(qū)域需要進行充填的實際空間大小約為530m3。具體充填作業(yè)中，按照“三八”制度進行作業(yè)，每一天安排一個充填班，并將有效的充填時間設(shè)定為5h，由此可計算出，該充填系統(tǒng)的漿液輸送能力應(yīng)該在106m3/h以上[3]。具體充填施工中，出于對充填系統(tǒng)作業(yè)過程中的實際效率考慮，將其漿液輸送能力設(shè)定在了120m3/h，這樣就可以有效滿足實際的充填需求。

3.2.2 主要的充填漿料運輸設(shè)備選擇

在通過高水固結(jié)充填技術(shù)進行有色金屬采礦中的采空區(qū)域充填過程中，主要運輸設(shè)備的合理選擇是保障充填效果的關(guān)鍵。所以在具體充填施工中，采礦企業(yè)一定要注重其主要運輸設(shè)備選型的 合理性，以此來保障充填質(zhì)量。在本次充填施工中，主要的充填漿料運輸設(shè)備選型情況如下：

表3 本次充填施工中主要的充填漿料運輸設(shè)備選型情況

3.2.3 漿料輸送管路系統(tǒng)設(shè)計

在具體的高水固結(jié)充填技術(shù)應(yīng)用中，充填材料主要借助于輸送管路被輸送到采空區(qū)域內(nèi)。試驗工作面上的輸送管路是由兩路所組成，每一個管路的長度均為1500m左右。在對漿料輸送管路系統(tǒng)進行設(shè)計的過程中，主要應(yīng)該對其規(guī)格、彎段安裝傾斜度、直段安裝傾斜度、長度增減情況以及具體的連接進行綜合考慮，保障所有項目均滿足實際要求[4]。通過這樣的方式，才可以有效保障漿料的輸送效果與采空區(qū)域的填充效果，讓高水固結(jié)充填采礦技術(shù)的優(yōu)勢得以充分發(fā)揮。

3.2.4 混合系統(tǒng)設(shè)計

在對混合系統(tǒng)進行設(shè)計的過程中，應(yīng)該保障其材質(zhì)、長度以及截面都與采礦工程中的實際要求相符。具體設(shè)計中，可以將混合裝置設(shè)計為混合管或者是混合槽形式。中間裝置的主要組成部分是三通以及混合攪拌容器，借助于中間裝置，將兩種漿體轉(zhuǎn)入到混合管或者是混合槽內(nèi)，以此來達到初步混合效果。這樣才可以讓充填漿料的混合效果可以滿足實際設(shè)計要求，保障采空區(qū)域的高水固結(jié)充填質(zhì)量。

3.3 高水固結(jié)充填采礦技術(shù)的社會效益

在進行有色金屬的采礦過程中，通過高水固結(jié)充填采礦技術(shù)的合理應(yīng)用，可以讓采空區(qū)域得到有效充填，避免采空區(qū)域塌陷對采礦工作順利進行的影響，防止人員傷亡、設(shè)備損壞等的安全事故發(fā)生。同時，通過該技術(shù)的應(yīng)用，也可以盡最大限度降低采礦作業(yè)對環(huán)境造成的污染，并在很大程度上實現(xiàn)采礦企業(yè)經(jīng)濟效益的進一步提升。由此可見，該技術(shù)的社會效益十分顯著。

4 結(jié)束語

綜上所述，有色金屬在當(dāng)今社會的需求量正在日益增長，而有色金屬的采礦工作也開始被社會各界所重視。在進行有色金屬的采礦作業(yè)中，高水固結(jié)充填技術(shù)是充填采空區(qū)域、防止塌方等安全事故的重要技術(shù)。因該技術(shù)的使用成本低、填充效果好、環(huán)保性強等的諸多優(yōu)勢，使其在我國的有色金屬采礦作業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，并發(fā)揮著非常顯著的社會效益。因此，在具體的有色金屬采礦工作中，采礦企業(yè)應(yīng)注重該技術(shù)的合理應(yīng)用，充分發(fā)揮出其技術(shù)優(yōu)勢，滿足社會所需，促進有色金屬采礦行業(yè)的良好發(fā)展。