全尾砂胶固阶段充填连续回采采矿方法试验研究.pdf

全尾砂胶固阶段充填连续回采采矿方法试验研究 西北矿冶研究院 白银 730900 乔登攀 白银有色金属公司 白银730900 谢明军 摘要 全尾砂胶固阶段充填连续回采采矿法用于鸡冠咀一期复杂难采矿体开采的试验 获得成功, 该方法不留间柱连续回采, 生产能力大、 效率高; 全水全尾砂单管胶固充填新工 艺以自行研制的全水胶固材料与全尾砂按一定配比制成的充填料浆悬浮性好, 可实现单 管输送, 不用脱水并在预定时间内即可凝结硬化, 充填体无离析、 分层现象, 整体性好, 强 度高、 充填成本低, 便于国内黄金和有色金属矿山推广应用。 关键词 阶段充填 连续回采 全尾砂 全水胶固材料 单管输送 1 概 况 鸡冠咀金矿是以产金铜为主的多金属矿山, 分 二期进行开采, 一期采用斜井开拓, 设计生产能力 275 t/ d, 开采对象为- 160 m 中段以上 矿体群, 开采难度大, 主要表现在以下几个方面 1 矿体形态复杂, 分枝复合, 尖灭再现现象突 出, 矿体倾角变化大, 局部有反倾现象。有用矿物类 型繁多, 各类型矿层呈互层或包含关系。矿石品位 变化大, 夹石时有时无、 断断续续, 采矿中难以剔除。 2 矿岩整体性差。矿体顶板以块状和裂隙状 大理岩为主, 底板为石英闪长岩, 矿岩均强烈地受结 构面影响, 整体性差, 属不良岩体。 3 水文地质条件复杂。矿坑主要充水岩层为 大理岩岩溶含水层, 溶洞发育, 富含地下水。 1991 年矿山投产初期, 在首采中段 - 70 m 中 段 采用中深孔分段分条胶结充填法。该方法采用 上、 下盘脉外采准, 分段高度 10 m, 上向扇形中深孔 落矿, C- 30 装运机出矿, 混砂、 水泥胶结充填。该 方法在回采和充填工艺方面暴露出以下问题 1 在同一分段每个崩矿步距 9. 1 m 内必须 完成落矿、 出矿和充填 3 个工序后方可进行下一循 环, 采充循环很频繁, 采场生产能力低 60 t/ d 。 2 出矿安全性差。由于矿石遇水粘结, 为了 减少损失, 在对空区顶板进行喷射混凝土支护后, 人 员方可进入采空区出矿。 3 水泥混砂胶结充填质量差。充填体离析、 分层现象严重, 充填体整体性差, 下步距回采时充填 体塌落严重, 造成贫化。 4 充填脱水时间长, 水泥流失量大, 造成井下 泥化严重, 影响设备运行。 2 全水尾砂胶固阶段充填连续回采采 矿法试验 鸡冠咀金矿是新建矿山, 为确保达产及生产衔 接, 矿山要求采矿方法改造一要充分利用一期井下 - 100 m 中段已形成的采准工程, 二要在矿山现有 的单管路充填系统的基础上寻求新的胶结充填工 艺。试验根据鸡冠咀金矿生产实际情况, 最终拟定 全水全尾砂胶固阶段充填连续回采采矿法。 2. 1 试验方案 试验区域选在- 100 m 中段 016 021 勘探线 间。方案布置如图 1 所示, 在开采范围内不分矿房、 矿柱, 连续回采, 采用矿山已形成的上、 下盘脉外采 准系统, 行人材料井为 2. 0 m 2. 5 m。溜井规格为 2. 0 m 2. 0 m, 分别与各分段联络巷道相通, 供采场 通风、 行人、 运送材料和局部出矿, 分段高度 7 m、 8 m。在各分段内沿矿体走向布置采场和回采进路, 回采进路规格2. 5 m 2. 5m 三心拱型 。在采场端 部 或中央 布置切割平巷和切割井, 后退式 或由中 央向两边 回采。采场采用下向分段回采方式, 扇形 中深孔落矿, 分段出矿和底部平底堑沟集中出矿相 结合的出矿方式。堑沟出矿横巷间距 6 7. 5 m, 出 矿设备为 C- 30 装运机和装岩机, 局部人工出矿。 空区采用全水全尾砂胶固充填。 2. 2 采场结构参数的确定 试验根据工程地质调查及采场岩体稳定性模糊 评价结果, 在阶段高度 30 m 情况下, 采场跨度初选 第16卷 第 9期 Vol. 16 No. 9 世 界 采 矿 快 报 WorldMining Express 2000年 9 月 Sep. 2000 为6 m、 7. 5 m、 10 m, 结合方案特点建立两种模型 类采场两侧为矿体, 类采场一侧为矿体, 另一侧为 充填体。通过对这两种模型的应力数值分析, 优化 出采场跨度, 再以采场临界水力半径及波特文曲线 优化出采场长度。采场结构参数确定结果见表 1。 图 1 全尾砂胶固阶段充填连续回采采矿法 1 出矿横巷2 穿脉巷道 3 回采进路 4 回采炮孔5 充填挡墙 表 1 采场结构参数 模 型采场跨度 m 采场长度m 采场高度m 类模型7. 5 1020 4515 30 类模型 7. 520 3515 30 2. 3 采场开采顺序的确定 局部矿体厚大 约 40 m , 在垂直矿体走向方向 上可连续布置 3 5 个采场, 其采场开采顺序就变得 尤为重要。根据方案特点, 并结合应力分析, 选取了 由矿体中间向上、 下盘开采的顺序。 2. 4 方案特点及优点 传统的阶段充填法分矿房与矿柱, 隔一采一, 先 采矿房嗣后充填, 后采矿柱。试验方案不分矿房与 矿柱, 连续回采, 主要是因为采场结构参数小, 底部 结构布置困难, 如果采用隔一采一方式, 则二步骤矿 柱回采时必须在一步骤矿房底柱充填中掘进出矿联 络巷道, 否则二步骤矿柱底部堑沟中残留矿石难以 出净, 损失大; 其次是因为矿体下盘有一层厚度达 4 5 m 的石英闪长岩, 属松软岩石, 遇水膨胀, 在该 类岩石中巷道掘进与支护很困难。采用连续回采方 案, 采场底部堑沟巷道在矿体中掘进, 支护量小; 堑 沟巷道既可作前一个采场底部出矿联络道, 又可作 本采场底部堑沟巷道。全水全尾砂胶固阶段充填连 续回采采矿法的连续性主要有以下三点 一是同 一阶段内相邻采场之间不留间柱, 连续回采; 二是阶 段之间不留矿石顶、 底柱, 连续开采; 二是空区采用 全水全尾砂胶固充填, 充填不脱水, 充填体养护期短 3 7 d , 采矿、 充填工序之间衔接好。 该方案有以下优点 1 不留矿石顶柱, 充分利用上盘大理岩稳定 性好于矿石稳定性的特点, 以上盘大理岩作顶柱, 避 免了矿石顶柱回采难题, 有利于降低贫损指标。 2 充分发挥全水胶固充填的优越性能, 不留 间柱连续回采, 采充效率高。 3 安全性好, 该方法凿岩、 出矿均在巷道内进 行。 4 生产能力大。采用下向分段回采方式, 机 动灵活, 出矿点多, 可实现强采强出。 3 全水全尾砂单管胶固充填工艺 经过几年努力, 全水全尾砂单管胶固充填工艺 试验取得了成功, 这是全水固化充填工艺的一项技 术突破。该工艺以自行研制的全水胶固材料作固 化剂, 以矿山选厂全尾砂作骨料, 按一定的灰砂比 1 6 115 搅拌制成浓度为 60 72的悬浮料浆, 单管输送至井下采空区, 料浆输送过程中不凝固, 进 入空区静置 40 min 后不脱水便可实现胶固充填。 充填体无离析、 分层现象, 整体性好, 早期强度高, 充 填成本低。 3. 1 全水胶固材料 全水胶固材料是由石灰质、 粘土质、 铝质材料和 石膏等原料, 配以少量的缓凝、 快硬外加剂, 经破碎 粉磨加工制成的一种固体粉料。其主要特性如下 1 早期强度发展快。当料浆水灰比为 2. 0 时, 各龄期抗压、 抗拉、 抗剪强度不低于表 2 中的数 值。 312 世 界 采 矿 快 报 2000年 9 月 表 2 全水胶固材料强度指标 净浆料 龄期 d 抗压 MPa 抗拉 MPa 抗剪 MPa 拉/ 压剪/ 压 14. 00. 191. 66121. 0512. 41 35. 00. 252. 05120. 0012. 44 75. 50. 282. 24119. 6412. 45 286. 00. 342. 69117. 6412. 23 2 凝固时间可进行调整, 一般情况下初凝时 间20 60 min, 终凝时间不超过 120 min。 3 全水胶固材料有利于提高充填料浆的悬浮 性和流动性, 有利于改善充填效果。 4 全水胶固材料呈碱性, pH 10 11, 无毒、 无腐 蚀性。 3. 2 全水全尾砂单管胶固充填工艺 3. 2. 1鸡冠咀金矿全尾砂物理特性及粒级组成 全尾砂粒级组成分别见表 3。 表 3 全尾砂粒级组成表 粒径mm重量 g分计产率 累计产率 0. 256. 880. 860.86 0. 250 0. 18070. 248. 789.64 0. 180 0. 15442. 645. 3314. 97 0. 154 0. 12064. 488. 0623. 03 0. 120 0. 11016. 162. 0225. 05 0. 110 0. 10065. 848. 2333. 28 0. 100 0. 09035. 684. 4637. 74 0. 090 0. 07147. 685. 9643. 70 0. 071 0. 038214.6426.8370. 53 - 0.038235.7629.47100. 00 3. 2. 2全水全尾砂胶固充填料浆初凝时间 合理的初凝时间对全水全尾单管输送胶固充填 非常重要。其影响因素主要有 全水胶固材料的性 能、 灰砂比、 料浆浓度、 环境温度及混合时间。灰砂 比范围为 16 115, 浓度在 60 72 范围内料 浆自流性很好, 充填环境温度高于 15, 上述情况 下料浆初凝时间可调整在 30 60 min。当环境温度 低于 15, 则须对全水胶固材料组分作相应调整。 3. 2. 3充填体强度设计 连续回采工艺要求充填体自立性及整体性好, 在相邻采场回采过程中充填体不能跨落, 并且充填 体养护龄期不能超过 7 d。充填体强度设计为 采场 底部 10 m 充填体强度 1. 9 2. 5MPa, 灰砂比18; 采 场中部15 m 充填体强度1. 0 1. 4MPa, 灰砂比110 112; 采场顶部 5 m 充填体强度 1. 9 2. 5MPa, 灰 砂比18。 3. 2. 4 充填系统 全水全尾砂单管胶固充填系统如图 2所示。 图2 全水全尾砂单管胶固充填系统工艺流程 3. 3 充填效果 充填后 1 d 充填体即可承载, 3 d 抗压强度达到 0. 4 0. 5 MPa, 满足相邻采场局部回采要求, 一个月 后充填体强度达到相邻采场连续回采要求的最高 值。采场不脱水, 充填体无离析、 分层现象, 整体性 好, 自立性好, 抗风化能力强, 在相邻采场回采过程 中无大的片帮、 塌落现象。 4 工业试验结果 全尾砂胶固阶段充填连续回采采矿法先后共完 成 8 个采场采充工业试验, 共采出矿石量 110600 t。 采场出矿能力为 258 t/ d, 采场综合生产能力为 159 t/ d, 矿石损失率5. 16 , 贫化率 5. 56, 共充填采空 区 36860 m3, 其中全水全尾砂胶固充填采空区 20700 m3, 共自配自产全水胶固料 2292 t, 平均灰砂比为 1 10. 96, 充填成本为 19. 19 元/ t 或 59. 74 元/m3, 与矿 山原用水泥混砂胶结充填相比, 成本下降 8. 3 , 取 得了显著的经济效益。 5 结 语 全尾砂胶固阶段充填连续回采采矿法在我国黄 金矿山首次试验成功, 该方法不同于传统的阶段充 填法, 实现了不留矿石顶柱、 间柱, 连续回采, 成本 低, 效率高, 贫化损失率低, 可供条件类似的黄金和 有色金属矿山借鉴。 全水全尾砂单管胶固充填工艺同国内外其它全 水胶固充填工艺相比, 胶凝材料不分甲、 乙料, 而是 一种固体粉料, 并且制浆与输送均为一套设备, 因此 操作简单, 试验配制出的全水胶固材料成本与国内 外其它全水胶固料相比下降了 20。 全水全尾砂单管胶固充填工艺试验成功, 表明 我国全水胶固充填技术达到了国际先进水平。 313 第 9 期 乔登攀等 全尾砂胶固阶段充填连续回采采矿方法试验研究