高效率低成本的分段充填法.pdf

膨 ， ／,／ y 段 ， } 地质、 采矿 ； 一一一 一 ／广 尸 ＼ ， 了 高效率低成本的分段充填法。 7 ． ／ ， ／ 一 i| ‘ f 宦 有 岛洽 备 静 廿 拼 窜 衅 富 田 【 摘要】 我国 一些 矿山采 用上向 或下向分层充 填洼 存在相主要问 题是采矿工搜俺． 生产成奉高． 而一些采用崩1 蕃怯的矿山剜贫化损失大，经济赦盏差。分段充填洼可提高采矿工赦降低成奉帮贫亿损 失，为一种高教率、低 或本 的采矿方 j 圭 。 关键词采矿 方法分汪充填高效率低成本 l 前 言 由于充填法具有矿石回采率高、贫化率 低、能有效地控制地压、阻止和减缓岩层移 动、保护地表不沉陷等优点，因其应用 范围 日益广泛，我国采用充填法的矿山也逐渐增 多。比较著名的有凡F I 铅 锌 矿 ，金川镍 矿、白银小铁山矿，铜录山铜矿、凤凰山锕 矿 ，红透山铜矿，安庆铜矿，磐石镍矿、三 山岛金矿、 焦家金矿、 新城金矿等。充填法生 产环节多，工艺流程复杂，我国采用上 向和 下 向分层充填法矿山目前存在的主要问题是 劳动生产率低，采矿成本高。我国一些有色 矿山平均全员劳动生产率只有l t ／ 人 d ， 仅为国外先进水 平 的 1 ／ 1 0 。平 均 掌 子 面 工效为 8 ～1 0t ／ 工 班， 仅 为国外先进 水平的1 ／ 5 。胶绪充填体单位水泥-1消耗量， 在达到相同强度的条件下，我国比国外多 l ～ 2倍。由于水泥等材料价格 上 涨 幅 度过 大，工人工资增长过快，近几年我国充填法 矿山采矿成本提高很多，严重影响矿山经济 效益。我国采用崩落法的一些有色矿山，虽 然工效高，成本低，但由于贫化损失大。出 矿品位低，也对企业经济效益 产 生 严 重影 响。 为 了使分层充填法存在的问 题 得 到解 决 ，在条件具备时，应改分层充填法为分段 充填法，以提高劳动生产率和降低成本。在 开采品位较 高的矿石时，分段充填法也可取 代崩落法，以降低矿石贫化率，提高出矿品 位。改善矿山经济效益。 2 分段充填法特点 分段充填法在 阶段 高度上，将矿体划分 为若干分段，凿岩 、爆破，出矿，充填作业 在分段巷道内进行，因而作业条件安全 ，可 靠。分段高度比分层高度大得多，采用 中深 孔崩矿，每次崩矿量比分层充填法多，不仅 落矿效率高， 而且也提高了铲运机出矿效率 ， 使掌子面工效高。崩落的矿石是在临时空场 中由铲运机铲出的，不像无底柱崩落法那样 是在废石覆盖下铲出的，因而矿石的贫化损 失小。由于工人不直接在充填体两侧或充填 体下面直接作业 ，充填体设计强度 比下向或 上向进路充填时低，因而降低了水泥消耗和 充填成本。 分段充填法在适应矿体形态和产状上比 分段空场和崩落法灵活。原则上适用 于中等 稳 固及 中等稳固以上的矿岩条件。 由于岩体 力学理论及岩层支护技术的发展，分段充填 法可 以扩大使用范围，也可以适用于中等稳 固以下矿岩 甚至不稳 固矿岩。本文重点阐述 高效率低成本的分段充填洼高田 邮编l o 0 0 3 8 维普资讯 在不稳固矿岩条件下，采用分段充填法遇到 的技术问题。 3 分段充填法技术要点 3 ． 1 进路支护和采 空区稳固性研究 在不稳固矿岩条件下采用 分 段 充 填法 时，进路支护及采空区稳固性是能否采用该 法的关键。回采进路支护目的是保证凿岩 、 爆破、出矿、架设充填隔墙等各项作业安全 可靠。在每次爆破后眉线及进路不被破坏 ， 直到回采进路逐段后退全部被充填。充填进 路稳固性更重要。不仅保证充填作业本身安 全。而且在下面分段矿石爆破后，该进路不 被破坏。下面分段回采结束后，该进路又成 为上面分段的回采进路 上 向分段充填法 。 进路一般采用喷锚支护，可 以采用各类 锚杆，其中砂浆锚杆和水泥卷 锚 杆 比 较经 济。必要时可以采用长锚索加固技术。充填 和 回采进路的支护除了加固进路本身之外， 还局部加固了临时采空区顶板或两 帮。对采 空区的稳固起着重要作用。进 路 支 护 见 图 1 o 圈1 进路支护示意图 一 回采进 略 ； 2 一充填进路 3 一锚杆 4 一 长锚索 5 一充填 体 一矿石 为了准确判断临时采空区稳固程度，必 须进行岩体力学研究，其中包括岩芯的R Q D 值统计 ，巷道岩石性质 、节理及构造的统计 和研究 、原岩应力测定等。矿 石 质 量 指标 R QD 值统计方法 比较 方便，用 R Q D值判断 矿岩稳固程度比用坚固性系数f 值 更 准确和 科学。矿岩R Q D 值与矿岩稳固程度关系见表 1。 表1 矿岩稳固性分级 3 ． 2 凿岩爆破技术 凿岩、爆破技术基本上与分段崩落法相 同，区别在于爆破补偿 空间不 同。分段崩落 法采用挤压爆破技术，爆破时利用挤压废石 形成补偿空间’在不稳固岩层采用分段充填 法，临时采空区必须迅速用充填料充满 ，以 保证回采和充填巷道及空区的稳定。虽然充 填体在爆破作用下也有压缩性，但压缩率经 多次试验一般只有5 ，不能满足爆 破 补偿 空间的需要。因此如何形成切割是该种方法 另一个 关键问题 。为简化作业工序 ，采用前 倾中深孔直接拉槽。第一排炮孔前倾角3 0 。 ， 以凿岩巷道为 自由面，先形成一个反漏斗状 槽 ，第二排炮孔前倾 角为4 5 。 ， 以该 漏 斗为 自由面，形成一个更大的反漏斗，然后采用 微差爆破方法依次爆破前倾 角 为 5 g 8 5 。 的 2 【 一1 9 9 T ．4 维普资讯 多排中深孔。前两排炮孔使用乳化或 2号岩 石等威力大的炸药，后几排采用铵油炸药。 这种方法在低分段 分段高1 O m 以内和矿 石节理 比较发育 时有效 。有些矿山爆破试验 比较成功。前倾孔直接拉槽法见图2 。 2 3 l 5 图2 前倾孔直 接拉槽示意图 回采进路；2 一充填进路；3 一充填体； ～ 充填磊 墙 ；5 一掏稽孔 6 一前领孔 当矿石 中等稳固以上而分级 高度较高时 2 O re，前倾中深孔直接拉槽 法 成功率较 低，这时应采用大孔拉槽法。大孔一般为 5 个，呈梅花型布置 ，采用球形药包从下至上 逐层起爆。 同一层药包采用微差爆破 ，以减 少爆破对充填体和分段巷道的破坏。 3 ． 3采场出矿 采场出矿方式与无底柱崩 落 法 基 本相 同，一般采用铲运机出矿。不 同之处是崩 落 的矿石是在临时空场中铲出的，不与废石接 触，因而矿石的贫化率和损失率比崩落法低 得多。由于每次崩矿量 比分层充填法多，铲 运机出矿效率高，但 由于斗容 、运距和大块 率不同，其出矿效率差别很大。中等规模矿 山，铲运机斗容一 般 为 1 ． 5 ～3 ． 8 m。 ，大型 矿 山有 3 ． 8 ～6 ． O m 。铲运机运距一般为1 O 0 2 0 0 m。中深孔崩矿大块产 出 率 比较高， 一 般设二次破碎硐室。为提高矿石回采率， 当崩矿步距较大时，应采用遥 控 铲 运 机 出 矿 。 3 ． 充填及充填体强度 充填材料有废石破碎后的碎石粗骨料和 尾砂为主的细骨料。碎石一般用充填井下放 至坑内，水泥砂浆在地面制备，用管道输送 至坑内，常用 自淋混合方式制成混凝土，用 铲运机运至采场进行充填。碎石混凝 土充填 体强度高，单位水泥消耗低。当水泥耗嚣为 5 0 8 0 k g ／ m 时，充填体抗压强度为 2～ 3 M Pa。 以尾砂为主的立式砂仓 充填系统在我国 矿山应用最广泛。尾砂来 自选厂，用管道输 送易于控制和实现自 动化。由于立式砂仓放 出的砂浆浓度与水泥混合后达不到均质流体 砂浆浓度，因而水泥离析现象比较严重，因 此充填体强度比碎石混凝土强度低得多。当 水泥耗量为5 0 8 0 k g ／ m。 时， 砂浆浓度 7 0 ％， 充填体抗压强度 为 0 ． 5 ～1 MP a 。为 提高尾 砂充填体的强度提高浓度是关键之一。 l 除了 对立式砂仓结构和放砂 机理 进 行 研 究探讨 外，在有条件时应建立细石、炉渣等干式材 料系统，提高尾砂 为主的混合料浆浓度，充 填体强度增加很多。如吉林镍业公司大蛉矿 尾砂中加入 电炉水碎渣，混合料浆浓度 达到 7 5 以上，当水泥耗量为 1 5 0 k g ／ m 。 时 ，充 填体 强度达到3 MP a 。 分段充填法采用尾砂胶结充填另一个关 键问题是充填料脱水。首先 ，充填隔墙应具 备浅水功能，当充填料高度超 过 隔 墙 高度 后，隔墙浅水功能减弱和消失，这时充填料 中多余水份通过专用浅水管排 出。分段充填 法采场充填示意图见 图 3。 分段充填法充填体强度的设计指标 ，由 于对胶结充填体现场性态及作用还缺 乏理论 依据， 目前还不能用公式计算 出 充 填 体 强 度，主要依据实验数据和参考类似矿山实际 资料确定。由于工人不直接在充填体下和两 帮作业，充填体强度能使其直立并能承受爆 破压力而不塌落，此时充填体强度一般要求 为0 ． 5 ～1 MP a 。采用下向分段充填时，上部 分段的充填体强度应保证下分段 回 采 时 暴 露一段时间而不 塌落，此时充填休强度一般 商靛率低成术的分段充填仕高士田 邮编 o o o 3 s 维普资讯 4 3 2 囝3 采场充填及浅承示意图 l 一回采进 路 ，2 一充填进路 3 一克填管 4 一锚杆 5 一充填 体 6 一泄水管 7 一 隔墙 为1 2 MP a 。国内外一些分段充填法矿山实 际资料见袭 2。 3 ． 5 特别值得注意的问题 在不稳固矿岩 中采用分段克填法最值得 注意的问题是进路和空区的稳固性。由于支 护技术的发展，避 路可以采用多稃支护型式 以保汪其稳固性韶 安全证。关键是空区f I J 稳 固性，虽然进路支护也局部加固了空联的顶 部和两 帮，但空区整体支护是困难的。因此 必须加快出矿和充填速度，缩短 空区暴露时 间，在空区处于暂时稳定状态时，迅速将空 医充满，阻止或减缓围岩变 形。 总 之 一旬 话，进路要及时支护，空区要迅速充填。 襄2 国内外分段充填法矿山实际资料 在不稳 固矿岩中采用分段充填法要进行 垒面 的技术和经济论证，先进行工业试验， 发现和解决存在的问题，然后再进行推广。 4 分段充填法在我国的 发展前景 分段充填法在德 国、爱尔兰和奥地 利的 矿山应用较多， 日本、加拿大和独联体 国家 也有矿山应用。小铁山铅锌矿是 我 国应 用 分 段充填法最早的矿山。 该矿是铜 、 铅 、 锌多金属矿床，品位较高，原来采用无底柱 崩 落法 ， 贫化率和损失率分别为3 4 和2 1 ， 经济效益较差。1 9 8 6 年进行上向分段充填法 试验，矿石 贫化率和损失 率分别降至1 4 0和 一 4 8 ％，试验采场每年创经济效益2 0 0 万元 ，大 冶丰山铜矿南缘矿体原来采用分段崩落法， 矿石贫化率和损失率均为4 O ％，矿山面临亏 损。1 9 8 8 年长沙矿山研究院和大冶公司完成 采矿方法可行性研究论证，然后进行下向分 段碎石胶结充填法半工业试验。可行性论证 及试验表明，该种方法在技术和经济上均优 于分段崩落法，是丰山铜矿南缘矿体最台理 的采矿方法。此外，吉林镍业公司大岭矿正 进行分段充填法试验，还有一些矿山正在进 行论证。 由于分段充填法具有贫化损失小而同时 具备效率高和成本低的特点，在我国将有广 阔的发展前景。 【 I I e 0 T 、 j 维普资讯