尾砂胶结充填技术在紫金东坪金矿的应用

张国臣

(崇礼紫金矿业有限责任公司， 河北 张家口市 076350)

尾砂胶结充填技术在紫金东坪金矿的应用

张国臣

(崇礼紫金矿业有限责任公司， 河北 张家口市 076350)

紫金东坪金矿井下的采空区多年来一直没有进行实际充填，采空区的危害逐渐显现，为了及时、安全、有效地进行采空区处理及回收矿柱，避免地表塌陷，矿山建设尾砂充填系统，采用胶结充填技术，处理矿山遗留采空区。通过实施尾砂胶结充填，降低了井下生产的损失率和贫化率，安全、高效回收地下资源，创造更好的经济效益和社会效益。

采空区；尾砂胶结充填；充填系统；效益

1 概 述

紫金东坪金矿1986年建矿，2008年生产能力为850 t/d, 累计出矿485万t，目前四期改扩建项目已完成，设计的生产规模为2500 t/d。控制性工程留有扩建至3000 t/d规模余地，选厂碎矿、磨矿等关键设备按3000 t/d处理能力一次投入。

矿山运行20多年地下形成的采空区约有150万m3，原井下厚大矿体形成的采空区采用块石胶结充填，但10多年来一直也没有进行实际充填，采空区的危害逐渐显现。为了处理新的采空区和1304中段以上老旧采空区，建设尾砂充填系统，同时可以解决尾矿库库容以及满足采矿的需要。

2 采矿方法及采空区情况

东坪金矿矿区临近滑雪旅游区、旅游公路穿过矿区、矿区地表有工业广场、办公区、村庄等构筑物，目前矿区不允许崩落，空区的大量存在对矿山生产存在重大的安全隐患，主要是突发性大面积空区垮塌和地表大范围沉陷，其影响后果将是十分严重的，将会造成巨大的经济损失和资源浪费，而且严重危害相邻部分矿体开采的安全。因此，及时、安全、有效地进行采空区处理及回收矿柱，直接关系到矿山企业的生产安全与经济利益。

2009年矿区投资建立全尾砂胶结充填站，2010年5月份投产试行。根据矿体赋存状态，矿山对厚大矿体采用窄分条两步骤空场回采嗣后充填采矿法开采，对薄矿体采用留矿法、留矿全面法开采。窄分条两步骤空场回采嗣后充填采矿法采场垂直于矿体走向布置，矿柱宽10 m，矿房宽20 m，长度为矿体水平厚度，不留顶柱，底柱高10 m，中段高40 m，分段高度10 m，采用堑沟底部结构，并在矿体下盘掘分段平巷及辅助出矿进路。每一中段矿体下盘施工一条辅助斜坡道，与各分段平巷连通。在矿体走向上，每100 m划分为一个出矿盘区，掘斜溜井与各分段平巷相通。

3 充填方案

3.1 充填方案的选择

设计新建充填系统，选择高浓度全尾砂自流输送充填方案。其充填设施主要包括地面充填制备站、充填钻孔和输送管路等设施。充填料浆在地面充填制备站制成符合充填工艺要求的充填料浆后，通过充填钻孔和充填管路自流输送到充填采空区。

充填钻孔3个，2个使用，1个备用。经充填倍线计算，1390 m中段以下矿体，最大充填倍线为7，部分空区靠自流充填比较困难；1334 m以下中段矿体，最大充填倍线均小于6，满足充填输要求。

3.2 充填能力计算

根椐上述确定的充填方案，充填材料为选矿厂全尾矿，胶结材料为普通硅酸盐水泥。

矿山工作制度：年工作330 d，每天3班，每班8 h。矿山规模：矿石2500 t/d，另外现存的150万m3的空区需要充填。充填料浆用量计算如下：

(1) 年平均充填采空区体积。正常生产过程中，约有2100 t/d的产量需要进行充填，则正常生产年平均需要充填采空区体积为：

式中：Vn—年平均充填采空区体积，m3/a；

Vk—采用充填法回采的矿石年产量，t/a；

Z—充采比，取Z=1；

γk——矿石体重，t/m3。

矿山现存尚未处理的采空区体积约150万m3，按10 a的时间进行折算，平均每年需要充填的采空区体积为15万m3。则整个矿山年平均充填采空区体积为406667 m3。

(2) 日平均充填采空区体积。

式中：Vr— 日平均充填采空区体积，m3/d。

(3) 日平均充填料浆需用量。

Qr=VrK1K2=1233×1.05×1.2=1554(m3/d)

式中：Qr—日需料浆充填量，m3/d；

K1—流失系数，取K1=1.05；

K2—沉缩比，取K2=1.2。

(4) 年平均充填料浆需用量。

Qa=Qr×330=1554×330=512820(m3/a)

式中：Qa—年平均充填料浆需用量，m3/a。

根据采矿方法对充填工艺的要求，尾砂充填系统应具备制备两种料浆的能力，即加水泥和不加水泥两种料浆。非胶结尾砂充填料主要用于充填二步骤空场采空区；胶结充填料主要用于充填一步骤空场采空区，灰砂比初步确定为1∶6。料浆浓度尽可能提高，初步确定胶结和非胶结充填料浆浓度均为70%，以后需要经过充填试验最终确定。

根据日平均需要充填的采空区体积胶结与非胶结比例1∶3，胶结时灰砂比1∶10，充填浓度按70%计算，所需全尾砂量(干量)为1887 t/d。

全尾砂产率为95%，日产尾砂量(干)2375 t/d，因此尾砂能满足充填用量要求。剩余的选厂尾砂则泵送至尾矿库堆坝。

按充填搅拌站工作制为3班/d，5 h/班实际工作时间计算，同时考虑到充采不平衡及最大充填采场一次充填的需要，则需建2套充填能力为85 m3/h充填系统。

3.3 充填料制备方案

目前采用的尾砂浆制备方式主要有卧式沉淀和立式浓缩两大类。全尾砂沉降和浓缩困难，一般考虑较高的沉降浓缩高度，适用于立式装置。卧式制备装置占用的厂区空间大，沉淀效率低，自动化水平低，工人劳动强度大，脱水效果也欠佳，不适合于较大规模的生产应用。选用立式浓缩的方案，在地表新建充填搅拌站。

选厂产出的尾砂先进入尾矿泵站，当井下采空区不需要充填时，尾矿泵站的尾砂泵可将尾砂库送至尾矿坝堆坝；当充填搅拌站需要将尾砂充填到井下采空区时，由尾矿泵站泵送全尾砂浆入尾砂浓缩贮存装置顶部。进入尾砂浓缩贮存装置顶部的尾砂经浓缩沉降后由仓底放出进入搅拌槽内。当需要胶结充填时，启动水泥添加装置通过螺旋输送机把水泥输送至搅拌槽内搅拌，按浓度要求添加定量的水后经钻孔及巷道管路自流输送至井下采空区；当不需胶结时，尾砂浓缩贮存装置放出的尾砂浆直接进入搅拌槽内按浓度添加定量的水后经钻孔及巷道管路自流输送至井下采空区。

4 充填系统的效果

通过建设充填系统，采用胶结充填技术进行空区处理和回采矿体，矿山取得了明显的经济和社会效益。建设充填系统共投资约4000多万元，充填成本按实际发生成本计算充填单耗成本约87元/m3。不充填与充填开采相比，不采用充填系统井下1264～1184 m中段厚大矿体的矿房采场几乎无法再进行开采；与废石充填相比，废石充填成本约50元/t，但需留有隔离矿柱。

采用充填法能够提高矿石回采率，回采率从原来的68%，提高到95%以上；矿石贫化率从25%下降到10%以下；使1184 m中段至1264 m中段的厚大矿体矿房得到安全、高效的回采。

另外，采用全尾胶结充填，解决了井下地压危害，避免了地表陷落和大规模地质灾害的发生。减少了尾矿库容积、尾矿对环境的污染及尾矿处理的环境整治费用，最大限度的减少了因尾矿堆放而引发的外部环境污染的争议，减少与村民、其它人员的民事纠纷，社会效益显著。

[1]王爱民,米继武.东坪金矿充填采矿法充填工艺的实践[J].中国黄金,2004(12).

[2]傅沛兴.普通混凝土砂石级配的研究[J].建筑材料学报,2007(2).

[3]陈建奎,王栋民.高性能混凝土(HPC)配合比设计新法-全计算法[J].硅酸盐学报，2000(2):194-198.

2014-08-13)

张国臣(1982-)，男，河北崇礼人，技术员，从事采矿及充填技术工作，Email:756164393@qq.com。