寶力格，張建忠

（1.內(nèi)蒙古黃崗礦業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 025350；2.陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，陜西 西安 710065）

黃崗礦區(qū)呈北東向展布，含礦帶長(zhǎng)19km，寬0.2km～2.5km，劃分成七個(gè)區(qū)（Ⅰ～Ⅶ）。其中Ⅰ礦區(qū)鐵礦走向長(zhǎng)度2km，平均寬約150m。設(shè)計(jì)年產(chǎn)量180萬(wàn)t/a,采用中深孔分段鑿巖階段出礦嗣后充填法進(jìn)行開(kāi)采。一步驟回采礦塊（礦房）和二步驟回采礦塊（礦柱）間隔布置，先回采一步驟回采礦塊（礦房），礦房回采結(jié)束后即進(jìn)行膠結(jié)充填、養(yǎng)護(hù)，然后再回采二步驟回采礦塊（礦柱），二步驟回采礦塊（礦柱）回采后的采空區(qū)采用分級(jí)尾砂非膠結(jié)充填[1]。

1 回采工藝

中深孔鑿巖在分段鑿巖巷道中進(jìn)行。采用YGZ90型導(dǎo)軌式鑿巖機(jī)配CTC14型鑿巖臺(tái)車(chē)，鉆鑿上向扇形孔中深孔，炮孔直徑Ф55mm，鑿巖炮孔排距（最小抵抗線）1.2m～1.5m，孔底距2m左右。鉆機(jī)效率30m/臺(tái)班。中深孔爆破炮孔每米崩礦量為8 t/m左右。

炸藥采用乳化卷狀炸藥，起爆器配非電導(dǎo)爆管雷管起爆系統(tǒng)爆破。以切割天井為自由面形成切割槽，再以切割槽為自由面?zhèn)认虮赖V[2]?；夭陕涞V各分段崩礦自由面在垂直方向上基本保持一致或上分段超前下分段2～3排炮孔。回采爆破炸藥單耗為0.40 kg/t左右。

采場(chǎng)出礦采用ACY-2、ACY-3或WG-2型柴油鏟運(yùn)機(jī)。每臺(tái)鏟運(yùn)機(jī)負(fù)擔(dān)兩個(gè)礦塊的出礦工作，從出礦進(jìn)路裝礦運(yùn)輸至采區(qū)溜礦井缷礦。控制采場(chǎng)放礦塊度為下于800mm，不合格大塊在裝礦進(jìn)路中進(jìn)行二次爆破處理。

采區(qū)溜礦井下部采用XZGZ1843振動(dòng)給礦機(jī)放礦，將礦石裝入4m3側(cè)卸式礦車(chē)。

2 采場(chǎng)充填

目前礦山一步驟采場(chǎng)采用高配比全尾砂膠結(jié)充填，不同高度采用不同配比灰砂比的充填料漿，其具體分布為：下部5m采用灰砂比1：4的充填料漿，中下部14m采用灰砂比1：8的充填料漿，中部5m采用灰砂比1：6的充填料漿，中上部24m采用灰砂比1：8的充填料漿，上部2m采用灰砂比1：4的充填料漿；二步驟采場(chǎng)采用低配比全尾砂膠結(jié)充填，其具體分布為：下部6m采用灰砂比1：4的充填料漿，中部及上部44m采用灰砂比1：15～1：18的充填料漿。

采場(chǎng)礦石出完后，采用管內(nèi)徑為100mm的硬質(zhì)波紋脫水管從采場(chǎng)頂部貫穿整個(gè)采場(chǎng)，然后從采場(chǎng)下盤(pán)的底部巷道內(nèi)拉出。脫水管安裝結(jié)束后，對(duì)采場(chǎng)的各個(gè)透口進(jìn)行密閉工作，密閉墻采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

密閉墻施工完后開(kāi)始采場(chǎng)充填工作，充填管經(jīng)上部中段運(yùn)輸巷進(jìn)入采場(chǎng)下盤(pán)，開(kāi)始采場(chǎng)充填，過(guò)密閉墻時(shí)，嚴(yán)格控制面料上升高度，每次充填高度控制在0.8m～1.0m，過(guò)充填擋墻后，每次充填高度控制在2m～5m，直至采場(chǎng)充滿。

3 存在問(wèn)題分析

（1）礦山現(xiàn)有充填系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中只使用了一套系統(tǒng)，即只用了2個(gè)砂倉(cāng)，一個(gè)水泥倉(cāng)，一套攪拌系統(tǒng)和充填鉆孔。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，一個(gè)砂倉(cāng)進(jìn)砂時(shí)，粗砂沉降進(jìn)入倉(cāng)底，而倉(cāng)頂溢流的的細(xì)顆粒進(jìn)入隔壁另外一個(gè)砂倉(cāng)進(jìn)行存儲(chǔ)。砂倉(cāng)進(jìn)砂沉降滿倉(cāng)后，即可進(jìn)行連續(xù)充填（即同一砂倉(cāng)上部進(jìn)砂的同時(shí)，砂倉(cāng)下部不間斷連續(xù)進(jìn)行充填）。而只有當(dāng)儲(chǔ)存細(xì)顆粒的砂倉(cāng)存儲(chǔ)滿之后，才將細(xì)顆粒砂倉(cāng)放入井下進(jìn)行充填。目前的充填方式，不是真正意義上的全尾砂充填，而是經(jīng)過(guò)自然分級(jí)之后的分級(jí)尾砂充填。進(jìn)砂的砂倉(cāng)沉降后的尾砂顆粒很粗，沉降快；而緩沖倉(cāng)中的尾砂顆粒相對(duì)較細(xì)，沉降慢。

（2）現(xiàn)場(chǎng)取樣觀察發(fā)現(xiàn)，尾砂沉降后，砂倉(cāng)放出來(lái)的尾砂經(jīng)與水泥混合攪拌后的料漿迅速沉降，證明尾砂顆粒粗，粗砂充填時(shí)水泥與尾砂容易離析；而細(xì)顆粒溢流到緩沖倉(cāng)中，細(xì)砂充填需要的水泥消耗量大。

4 充填試驗(yàn)

（1）全尾砂粒度測(cè)定。為模擬二步驟分級(jí)尾砂充填情況，選取連續(xù)正常工作時(shí)在礦山尾礦庫(kù)排尾口對(duì)選鐵后的最終尾砂，為避免細(xì)和極細(xì)的泥尾流失，現(xiàn)場(chǎng)就近找平地鋪防滲彩條布對(duì)全尾砂進(jìn)行蒸發(fā)晾曬，干燥后均勻堆積。全尾砂基本物理參數(shù)測(cè)定（比重、容重、休止角）、粒級(jí)組成測(cè)定（中值粒徑、不均勻系數(shù)）、全尾砂及全尾砂+水泥膠結(jié)沉降試驗(yàn)測(cè)定。全尾砂物理參數(shù)測(cè)定主要有比重、松散容重、壓實(shí)容重、休止角，以及由比重和松散、密實(shí)容重得出的孔隙率。

表1 全尾砂物理性能指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

全尾砂的粒度組成對(duì)礦山充填的影響十分明顯，既與脫水工藝有關(guān)，更重要的與膠結(jié)充填體的膠結(jié)性能和膠結(jié)劑消耗量有關(guān)。主要參數(shù)有粒徑、顆粒均勻度系數(shù)。試驗(yàn)采用Mastersizer3000型激光衍射粒度分析儀測(cè)定尾砂的粒級(jí)分布,測(cè)定的數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。尾砂中-5μm、-10μm、-20μm的極細(xì)顆粒含量分別為4.05%、8.64%、15.87%，-200目(-75μm)為40.16%，尾砂粒級(jí)較粗。尾砂是由大小不同的顆粒所組成，可用不均勻系數(shù)a表征該物料粒級(jí)組成的均勻程度，計(jì)算公式如下：

d10、d60、d90分別是累計(jì)含量為10%、60%、90%顆粒能夠通過(guò)的篩孔直徑，其值可從粒級(jí)組成曲線上查得，a值越大表示粒級(jí)組成越不均勻，一般a1=3，或a2=5時(shí)，充填尾砂的密實(shí)程度比較好。對(duì)于較粗的顆粒（如河砂）通常用a1來(lái)表征顆粒的均勻程度，而對(duì)于較細(xì)的顆粒（如尾砂），則通常用a2來(lái)表征顆粒的均勻程度。黃崗礦業(yè)公司全尾砂a2=9.91，可以認(rèn)為顆粒級(jí)配不均，其所形成的充填體密實(shí)程度和透水性都較好。

表2 全尾砂粒級(jí)組成

（2）全尾砂沉降性試驗(yàn)

滲透系數(shù)k是綜合反映充填體滲透能力的一個(gè)指標(biāo)，全尾砂滲透性能的好壞，表征水從充填材料固體顆粒間孔隙中流過(guò)的能力，它決定著充填體的脫水速度、固結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度值。影響充填體滲透系數(shù)大小的因素很多，主要取決于充填體材料顆粒的形狀、大小、不均勻系數(shù)和水的粘滯性等，試驗(yàn)主要采用TST–55型滲透儀在變水頭條件下測(cè)定全尾砂的滲透系數(shù)的方法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，求取平均值得到此次全尾砂試樣的滲透系數(shù)為13.343cm/h，表明水從充填料固體顆粒間孔隙中流過(guò)的能力較強(qiáng)。

圖1 全尾砂粒級(jí)分布曲線

尾砂的沉降性能對(duì)充填體的物理性質(zhì)具有較大影響，它決定著充填料漿的沉降特性。充填料漿一般在最初階段常常處于飽和狀態(tài)，在脫水的過(guò)程中，由于毛細(xì)壓力和固體顆粒自重的作用，充填料漿體積減小，自然壓密，此過(guò)程就是充填料漿的自然沉降過(guò)程。礦山全尾砂充填一般采用礦山選礦廠經(jīng)濃密后重量濃度45%的底流，為實(shí)現(xiàn)全尾砂高濃度膠結(jié)充填，需要對(duì)全尾砂進(jìn)行濃縮沉降。全尾砂沉降依次包括三種狀態(tài)特征：全尾砂分級(jí)，粗重顆粒快速下沉，較細(xì)顆粒緩慢下移，更細(xì)的顆粒則懸浮于上部；粗粒沉降，粗顆粒沉降壓縮到相互緊密接觸的狀態(tài)；細(xì)粒沉降，懸于上部的細(xì)顆粒沉降壓縮到顆粒緊密壓縮的狀態(tài)，達(dá)到最大沉降濃度。其沉降速度取決于尾砂的密度和細(xì)度，密度越小，粒度越細(xì)，最大沉降濃度越低。因此最大沉降濃度將直接影響充填工藝和充填能力。

試驗(yàn)進(jìn)行了全尾砂9組及全尾砂+水泥12組充填料漿沉降特性試驗(yàn)，試驗(yàn)采用1000ml的量筒來(lái)進(jìn)行，全尾砂沉降試驗(yàn)分別以質(zhì)量濃度為20%、30%、40%、50%、60%、65%、70%、75%、80%的料漿配料；全尾砂+水泥沉降試驗(yàn)分別以質(zhì)量濃度為60%、65%、70%、75%的料漿配料，水泥比尾砂（灰砂比）分別為1:4、1:8、1:10。每組試驗(yàn)重復(fù)三次，對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果，求取平均值。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)對(duì)黃崗礦業(yè)公司Ⅰ礦區(qū)充填材料的試驗(yàn)研究，我們得出了尾砂的平均粒徑為182μm，尾砂粒級(jí)屬較粗級(jí)，尾砂的滲透性及沉降性都較好，二步驟充填可以采用全尾砂非膠結(jié)充填。

（2）二步驟采場(chǎng)充填體所需要的強(qiáng)度，比第一步驟采場(chǎng)充填體的強(qiáng)度低，灰砂比可以比較小，可采用低強(qiáng)度的膠結(jié)充填體或非膠結(jié)充填體，將二步驟采場(chǎng)空區(qū)充滿即可。而采場(chǎng)實(shí)際充填時(shí)，還需要考慮尾砂性質(zhì)、采場(chǎng)工程和采礦工藝的要求，不同條件下采場(chǎng)不同高度采用不同配比強(qiáng)度充填體。

根據(jù)充填材料試驗(yàn)及礦山充填系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀，當(dāng)?shù)V山采用選廠進(jìn)料后沉降后的粗尾砂充填時(shí)，其Ⅰ礦區(qū)二步驟采場(chǎng)可以采用全尾砂進(jìn)行非膠結(jié)充填。