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金川矿区自流充填工艺存在的问题及改进措施
2015-04-01
充填质量是充填法采矿安全与高效生产的基础,优化充填工艺和加强生产管理是提 高充填质量的重要保证。针对金川矿区充填存在的质量问题,开展了对充填工艺和生产管理的调 查与研究,进行了混合料胶结充填体强度试验研究,确定了河砂的合理掺量为20% ~23%。经过 在金川二矿区应用,验证了该混合料配比是合理的,为提高充填质量提供了保障。
Serial No. 551 March. 2015 现 ꢀ 代 ꢀ 矿 ꢀ 业 2015总年 第35月51第期 3 期 MODERN MINING  金 川 矿 区 自 流 充 填 工 艺 存 在 的 问 题 及 改 进 措 施 杨 志 强 1 ꢀ 王 永 前 3 ꢀ 高 ꢀ 谦 1 ꢀ 赵 千 里 2 , 2, 3 ( 1. 北 京 科 技 大 学 土 木 与 环 境 工 程 学 院 ; 2. 金 属 矿 山 高 效 开 采 与 安 全 教 育 部 重 点 实 验 室 ; 3 . 金 川 集 团 股 份 有 限 公 司 ) ꢀ ꢀ 摘 ꢀ 要 ꢀ 充 填 质 量 是 充 填 法 采 矿 安 全 与 高 效 生 产 的 基 础 , 优 化 充 填 工 艺 和 加 强 生 产 管 理 是 提 高 充 填 质 量 的 重 要 保 证 。 针 对 金 川 矿 区 充 填 存 在 的 质 量 问 题 , 开 展 了 对 充 填 工 艺 和 生 产 管 理 的 调 查 与 研 究 , 进 行 了 混 合 料 胶 结 充 填 体 强 度 试 验 研 究 , 确 定 了 河 砂 的 合 理 掺 量 为 20% ~ 23% 。 经 过 在 金 川 二 矿 区 应 用 , 验 证 了 该 混 合 料 配 比 是 合 理 的 , 为 提 高 充 填 质 量 提 供 了 保 障 。 关 键 词 ꢀ 充 填 工 艺 ꢀ 充 填 质 量 ꢀ 改 进 措 施 ꢀ ꢀ 金 川 镍 矿 是 我 国 最 大 的 硫 化 铜 镍 矿 床 , 矿 体 埋 和 高 浓 度 的 充 填 技 术 , 在 二 期 工 程 中 普 遍 采 用 1∶ 4 的 灰 砂 比 和 78% 的 高 浓 度 料 浆 的 充 填 设 计 。 即 使 如 此 , 还 存 在 诸 如 充 填 体 分 层 、 夹 泥 以 及 整 体 稳 定 性 差 , 严 重 威 胁 充 填 采 矿 安 全 的 问 题 。 为 此 , 在 充 分 调 查 和 总 结 的 基 础 上 , 探 索 适 于 金 川 二 矿 区 的 充 填 技 术 和 工 艺 , 为 其 设 计 和 安 全 生 产 提 供 参 考 。 藏 深 、 地 应 力 高 、 矿 体 厚 大 、 矿 岩 不 稳 定 。 二 矿 区 是 金 川 镍 矿 三 大 生 产 矿 山 之 一 , 担 负 金 川 镍 矿 75% 的 矿 石 生 产 任 务 , 采 用 下 向 进 路 式 分 层 胶 结 充 填 法 开 采 , 采 用 管 道 自 流 输 送 和 膏 体 泵 送 两 种 充 填 工 艺 , 而 管 道 自 流 输 送 承 担 80% 以 上 的 充 填 工 作 量 。 下 向 进 路 分 层 充 填 采 矿 法 是 在 充 填 体 假 顶 下 作 业 , 因 此 充 填 体 质 量 对 采 矿 安 全 生 产 至 关 重 要 。 大 量 工 程 实 践 表 明 , 充 填 质 量 不 仅 取 决 于 充 填 料 浆 的 合 理 配 比 , 更 重 要 的 还 依 赖 于 充 填 系 统 与 充 填 工 1 ꢀ 自 流 充 填 工 艺 存 在 的 问 题 ( 1) 引 流 水 问 题 。 从 井 下 采 场 充 填 的 调 查 看 , 引 流 水 量 较 大 。 如 1 218 m 分 段 五 工 区 Ⅳ 盘 区 五 分 # 层 35 进 路 打 底 充 填 时 , 采 场 见 引 流 水 至 料 浆 流 动 艺 [ 14] 。 惠 林 等 人 研 究 了 充 填 质 量 与 充 填 工 艺 的 关 基 本 稳 定 约 20 min, 其 中 满 管 清 水 流 动 10 min; 而 # 系 认 为 , 充 填 料 浆 浓 度 控 制 、 采 场 脱 水 、 胶 凝 材 料 选 取 等 是 影 响 充 填 质 量 的 重 要 因 素 12] 。 罗 建 祥 分 析 了 影 响 胶 结 充 填 体 强 度 因 素 认 为 , 充 填 骨 料 的 合 理 配 比 与 精 确 控 制 对 充 填 质 量 至 关 重 要 3] 。 高 直 等 人 针 对 金 川 镍 矿 深 部 充 填 质 量 开 展 研 究 , 指 出 了 充 填 材 料 及 其 制 备 和 充 填 工 艺 对 充 填 质 量 产 生 重 要 影 3 1 进 路 打 底 充 填 时 , 采 场 见 引 流 水 至 料 浆 流 动 基 本 [ 稳 定 9 min。 ( 2) 洗 管 路 水 问 题 。 充 填 搅 拌 站 停 车 清 洗 管 路 [ 下 水 量 大 。 如 1 118 m 分 段 一 工 区 Ⅵ盘 区 一 分 层 # 3 0 进 路 接 顶 充 填 停 车 时 , 井 下 观 察 管 路 开 始 摆 动 ( 浓 度 开 始 降 低 ) 至 管 内 下 水 停 止 计 22 min, 其 中 清 响 [ 4] 。 同 时 人 们 开 展 了 提 高 充 填 质 量 的 工 艺 、 技 术 水 流 动 12 min; 1 118 m 分 段 三 工 区 Ⅳ盘 区 三 分 层 和 措 施 的 研 究 58] 。 汤 艳 红 对 金 川 龙 首 矿 的 充 填 系 统 和 充 填 工 艺 进 行 了 研 究 , 提 高 了 充 填 系 统 控 制 的 可 靠 性 5] 。 郑 巨 明 等 人 对 细 尾 砂 充 填 过 程 的 脱 水 技 术 开 展 研 究 6] 。 王 正 辉 和 田 波 等 人 探 讨 了 提 高 充 填 质 量 的 关 键 技 术 和 有 效 措 施 78] 。 [ # 1 5 进 路 打 底 12 次 充 填 停 车 时 , 现 场 观 察 管 路 开 始 摆 动 ( 浓 度 开 始 降 低 ) 至 管 内 下 水 停 止 累 计 11 min, 其 中 清 水 流 动 5 min。 [ [ ( 3) 水 冲 洗 管 路 问 题 。 由 于 通 讯 线 路 不 畅 或 联 [ 系 不 便 等 原 因 的 影 响 , 充 填 控 制 室 有 时 不 经 过 生 产 为 保 证 充 填 质 量 , 金 川 二 矿 区 实 施 了 高 灰 砂 比 工 区 充 填 工 确 认 即 开 车 充 填 。 如 1 218 m 分 段 五 工 # 区 Ⅳ盘 区 五 分 层 35 进 路 打 底 充 填 时 , 未 经 生 产 工 ꢀ ꢀ 国 家 高 技 术 研 究 发 展 计 划 项 目 ( 863 计 划 ) , 典 型 尾 矿 资 源 清 区 充 填 工 确 认 即 下 引 流 水 , 导 致 冲 洗 管 路 的 水 量 过 洁 高 效 利 用 技 术 及 装 备 研 究 与 示 范 项 目 ( 编 号 : SS2012AA062405) 。 杨 志 强 ( 1957— ) , 男 , 教 授 级 高 级 工 程 师 , 北 京 科 技 大 学 兼 职 教 授 , 博 士 生 导 师 , 金 属 矿 山 高 效 开 采 与 安 全 教 育 部 重 点 实 验 室 客 座 研 究 员 , 100083 北 京 市 海 淀 区 学 院 路 30 号 。 多 。 ( 4) 通 讯 联 系 不 完 备 和 不 可 靠 。 主 要 表 现 在 : ① 井 下 生 产 工 区 内 线 电 话 故 障 率 较 高 , 如 1 118 m 2 9 总 第 551 期 现 代 矿 业 2015 年 3 月 第 3 期 分 段 一 工 区 Ⅵ盘 区 、 三 工 区 Ⅳ盘 区 充 填 时 电 话 均 出 现 故 障 ; ②采 场 通 讯 不 及 时 , 根 据 井 下 现 场 调 查 , 生 产 工 区 充 填 地 点 距 硐 室 电 话 步 行 需 3 ~ 7 min, 且 电 话 旁 有 时 无 人 接 听 , 与 充 填 控 制 室 的 联 系 存 在 一 段 时 间 的 “ 真 空 ” , 制 约 上 下 充 填 信 息 的 落 实 和 反 馈 。 看 , 在 充 填 管 头 附 近 存 在 明 显 的 离 析 现 象 , 即 形 成 的 充 填 体 大 多 数 情 况 下 是 砂 子 , 水 泥 很 少 或 没 有 。 ( 12) 进 路 顶 板 离 析 问 题 。 通 过 揭 露 部 分 进 路 顶 板 发 现 , 充 填 体 离 析 严 重 , 基 本 上 都 是 砂 子 , 严 重 影 响 采 矿 安 全 。 进 一 步 调 查 发 现 : 这 些 都 是 大 于 50 m 的 半 圆 弧 形 半 板 墙 进 路 , 充 填 程 序 是 先 路 口 后 掌 子 头 。 当 先 打 进 路 口 时 , 很 多 灰 水 被 流 入 掌 子 头 , 再 加 上 换 头 充 填 下 的 引 流 灰 水 , 大 量 灰 水 的 存 在 造 成 了 离 析 。 随 着 打 底 高 度 地 提 高 , 掌 子 头 的 灰 水 不 断 地 向 进 路 口 流 去 , 造 成 充 填 体 质 量 差 。 ( 5) 生 产 工 区 简 化 充 填 过 程 问 题 。 打 底 充 填 时 不 及 时 倒 头 进 行 里 、 外 分 别 打 底 , 而 是 连 续 充 填 , 造 成 进 路 一 端 打 底 超 量 , 另 一 端 打 底 达 不 到 2 m 高 ; 几 条 进 路 合 并 在 一 起 同 时 充 填 或 一 条 进 路 充 两 次 即 接 顶 。 例 如 1 138 m 分 段 二 工 区 Ⅶ盘 区 五 分 层 26# 、 # 2 8 相 应 的 分 层 道 计 106 m 同 时 充 填 , 1 118 m 分 段 2ꢀ 改 进 充 填 工 艺 技 术 # # 三 工 区 Ⅳ盘 区 三 分 层 11 、 13 进 路 , 两 次 即 充 填 结 束 , 其 中 打 底 和 二 次 充 填 一 次 性 完 成 , 造 成 充 填 进 路 不 易 接 顶 。 ①开 展 对 充 填 “ 三 通 ” 结 构 和 材 质 的 试 验 研 究 , 以 便 解 决 因 “ 倒 头 ” 、 “ 倒 进 路 ” 、 “ 倒 盘 区 ” 和 “ 倒 分 段 ” 而 被 迫 停 车 , 造 成 停 车 次 数 增 加 、 多 余 水 , 严 重 污 染 采 场 , 影 响 充 填 质 量 的 问 题 ; ②对 充 填 沉 淀 水 的 设 备 及 排 水 方 式 进 行 试 验 , 并 根 据 试 验 结 果 纳 入 标 准 执 行 ; ③建 立 健 全 完 善 的 充 填 过 程 质 量 控 制 配 制 、 充 填 环 节 把 关 评 价 制 、 充 填 申 请 确 认 负 责 制 、 记 录 审 核 制 、 量 化 考 核 兑 现 制 及 质 量 事 故 报 告 制 、 分 析 制 、 通 报 制 及 责 任 追 究 制 ; ④建 立 完 善 充 填 工 区 与 生 产 工 区 充 填 交 接 班 制 , 提 高 结 合 度 , 实 行 自 然 交 班 、 避 免 停 车 等 待 交 班 ; ⑤建 立 充 填 钢 管 安 装 、 维 护 、 更 换 负 责 制 , 包 括 盘 区 钢 管 部 分 的 安 装 、 维 护 和 更 换 ; ⑥ 建 议 完 善 充 填 环 节 电 话 系 统 , 确 保 信 息 反 馈 及 时 、 准 确 、 畅 通 ; ⑦建 立 完 善 充 填 过 程 质 量 控 制 环 节 配 套 确 认 制 , 提 高 工 作 质 量 ; ⑧建 议 绘 制 充 填 管 网 系 统 图 , 并 建 立 完 善 管 网 适 时 修 改 制 , 时 刻 保 证 管 网 的 真 实 性 , 同 时 要 适 时 地 对 操 作 人 员 进 行 培 训 指 导 , 确 保 作 业 无 误 ; ⑨开 展 进 路 设 计 充 填 坡 度 与 实 际 形 成 的 坡 度 不 一 致 问 题 的 研 究 , 找 出 问 题 的 原 因 ( 技 术 或 管 理 因 素 ) , 制 定 相 应 措 施 , 杜 绝 此 类 严 重 质 量 事 故 的 发 生 ; ⑩针 对 揭 露 出 来 的 进 路 顶 板 充 填 体 强 度 低 这 一 情 况 , 将 超 过 50 m 的 进 路 改 为 超 过 30 m 的 进 路 打 半 板 墙 , 而 且 对 现 在 执 行 的 进 路 充 填 次 序 , 再 作 一 次 实 效 性 论 证 。 ( 6) 半 板 墙 的 位 置 常 采 取 步 测 或 估 测 的 办 法 , 导 致 计 算 出 的 半 板 墙 里 、 外 充 填 设 计 打 底 量 不 准 确 , 充 填 搅 拌 难 以 按 照 充 填 通 知 单 操 作 , 实 际 充 填 的 灰 砂 比 与 设 计 存 在 较 大 偏 差 。 ( 7) 盘 区 充 填 管 道 安 装 问 题 。 按 规 定 盘 区 内 充 填 回 风 小 , 井 下 要 接 一 定 距 离 钢 管 后 再 接 塑 料 管 , 但 有 部 分 盘 区 接 的 全 是 塑 料 管 , 且 固 定 不 牢 , 摆 动 大 , 造 成 一 开 始 充 填 就 爆 管 或 接 头 严 重 喷 水 事 故 , 给 充 填 生 产 造 成 很 大 影 响 。 ( 8) 因 “ 三 通 问 题 ” 不 过 关 , 造 成 充 填 过 程 停 车 次 数 增 加 , 给 充 填 质 量 造 成 影 响 。 ( 9) 充 填 仪 表 工 与 充 填 工 配 合 不 够 。 交 接 班 时 要 等 仪 表 工 到 位 后 才 能 继 续 充 填 , 使 充 填 工 不 能 连 续 工 作 。 ( 10) 充 填 沉 淀 水 排 水 问 题 。 每 次 充 填 后 的 沉 淀 水 , 有 的 工 区 排 在 自 己 做 好 的 蓄 水 池 内 ; 有 的 直 接 排 在 分 层 道 内 ( 无 挡 水 墙 的 条 件 ) ; 有 的 用 充 填 塑 料 管 排 到 另 一 条 已 准 备 好 的 充 填 进 路 内 ; 有 的 用 塑 料 管 直 接 排 到 水 仓 。 前 两 项 特 别 是 第 二 项 采 场 污 染 严 重 ; 后 两 项 特 别 最 后 一 项 基 本 无 污 染 。 ( 11) 充 填 料 浆 在 进 路 中 的 运 动 和 离 析 问 题 。 观 察 充 填 管 头 附 近 充 填 料 浆 的 流 动 发 现 : 充 填 料 浆 在 进 路 中 不 是 一 个 均 匀 流 动 过 程 , 而 是 经 历 堆 积 、 塌 落 的 过 程 , 即 充 填 料 浆 在 充 填 管 头 附 近 开 始 堆 积 , 当 堆 积 的 高 度 达 到 一 定 程 度 便 向 四 周 塌 落 , 然 后 继 续 堆 积 , 堆 积 到 一 定 高 度 又 一 次 塌 落 , 如 此 反 复 , 形 成 充 填 体 的 最 终 形 状 。 从 相 邻 进 路 回 采 揭 露 出 的 充 填 体 来 看 , 充 填 体 在 堆 积 、 塌 落 过 程 中 形 成 的 坡 度 很 大 , 最 大 坡 度 可 达 到 7. 13°( 1∶ 8) , 与 设 计 的 2° ~ 3° 存 在 很 大 差 异 。 从 下 一 分 层 所 揭 露 出 的 充 填 体 来 3ꢀ 混 合 充 填 料 配 对 充 填 质 量 的 影 响 目 前 金 川 二 矿 区 高 浓 度 管 道 自 流 输 送 采 用 的 充 填 料 有 : 金 川 砂 石 厂 生 产 的 - 3 mm 棒 磨 砂 和 金 昌 地 区 花 石 沟 产 的 河 砂 。 经 过 对 两 种 充 填 料 的 取 样 、 筛 分 和 统 计 分 析 , 结 果 显 示 ( 见 图 1) 。 河 砂 含 泥 量 在 7% 以 内 , 棒 磨 砂 含 泥 量 波 动 较 大 。 两 种 充 填 料 2. 5 mm 以 上 粒 径 平 均 含 量 严 重 超 标 , 由 此 产 生 严 重 的 离 析 现 象 。 粒 径 较 大 的 颗 粒 集 中 沉 降 在 采 场 充 填 管 头 充 填 浆 液 溅 落 点 附 近 , 而 充 填 采 场 另 一 端 几 乎 全 3 0 ꢀ ꢀ 杨 志 强 ꢀ 王 永 前 等 : 金 川 矿 区 自 流 充 填 工 艺 存 在 的 问 题 及 改 进 措 施 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2015 年 3 月 第 3 期 部 是 灰 水 , 充 填 体 质 量 无 法 保 证 。 早 期 强 度 ( 3 d 和 7 d) 河 砂 的 最 佳 掺 量 为 20% ~ 3% , 而 后 期 强 度 ( 28 d 和 60 d) 基 本 上 随 河 砂 掺 量 2 的 增 加 而 呈 现 降 低 趋 势 。 即 当 河 砂 控 制 在 最 佳 掺 量 范 围 时 , 充 填 体 强 度 能 够 满 足 金 川 矿 山 安 全 采 矿 的 要 求 。 表 1ꢀ 棒 磨 砂 与 河 砂 混 合 料 不 同 配 比 的 充 填 体 强 度 试 验 抗 压 强 度 / MPa 料 浆 浓 度 河 砂 掺 量 编 号 / % / % 3 d 7 d 28 d 60 d 1 2 3 4 5 1 2 3 1 1 1 1 1 2 2 2 76 76 76 76 76 79 79 79 79 79 82 82 82 82 82 85 85 85 85 85 0 20 40 60 100 0 0. 91 2. 11 1. 78 0. 88 1. 21 1. 28 2. 41 2. 35 1. 51 1. 23 1. 33 3. 83 3. 53 1. 79 1. 88 3. 49 4. 51 5. 38 5. 46 1. 98 2. 63 3. 23 2. 82 2. 13 2. 34 2. 96 3. 59 4. 26 3. 45 2. 49 3. 32 5. 61 5. 44 4. 33 4. 99 8. 14 7. 72 9. 09 8. 31 5. 31 5. 43 4. 15 4. 57 4. 63 3. 85 6. 8 6. 08 5. 71 6. 13 5. 18 5. 61 8. 09 8. 81 8. 9 20 40 60 100 0 6. 15 6. 53 6. 74 5. 43 7. 2 图 1ꢀ 充 填 料 粒 级 分 布 曲 线 42 8. 68 7. 43 8. 69 11. 85 10. 99 9. 27 10. 82 5 1 2 2 3 3 ◆ ■ — 分 计 ; — 累 计 为 了 降 低 充 填 成 本 , 矿 山 采 用 部 分 河 砂 替 代 棒 磨 砂 , 棒 磨 砂 与 河 砂 混 合 进 行 充 填 。 由 于 两 种 充 填 料 的 配 比 影 响 充 填 料 的 粒 径 分 布 , 也 直 接 影 响 充 填 体 强 度 , 为 此 , 对 两 种 混 合 充 填 料 不 同 配 比 进 行 了 充 填 体 强 度 试 验 ( 见 表 1) 。 图 2 给 出 了 4 种 龄 期 的 充 填 体 强 度 与 河 砂 掺 量 的 关 系 曲 线 。 由 此 可 见 , 对 于 混 合 充 填 料 , 在 料 浆 浓 度 为 76% 时 , 对 应 于 充 填 体 20 40 60 100 0 7. 64 7. 09 7. 91 9. 48 33 4 5 3 3 14 13. 42 17. 02 12. 62 16. 56 11. 67 17. 04 12. 42 15. 98 11. 14 12. 77 2 3 4 4 20 40 60 100 44 5 4 图 2ꢀ 抗 压 强 度 与 河 砂 掺 量 的 关 系 ◆ — 76% ; ꢀ 仓 储 不 同 时 间 、 不 同 种 类 、 不 同 层 高 的 充 填 料 含 ■ — 78% ; ▲ — 82% ; — 85% 充 填 料 配 比 的 精 确 度 。 ● ꢀ 水 率 不 同 , 也 是 造 成 充 填 浓 度 波 动 , 影 响 充 填 质 量 的 重 要 因 素 之 一 。 在 对 充 填 搅 拌 站 的 调 查 发 现 , 品 种 单 一 的 充 填 砂 对 充 填 浓 度 的 影 响 比 较 容 易 控 制 , 混 合 料 造 成 的 浓 度 波 动 不 易 控 制 。 解 决 混 合 充 填 料 的 充 填 质 量 问 题 , 关 键 在 确 定 合 理 配 比 , 加 强 充 填 料 混 合 生 产 管 理 , 切 实 按 照 河 砂 配 比 进 行 操 作 , 确 保 混 合 4 ꢀ 结 ꢀ 论 充 填 质 量 是 确 保 充 填 采 矿 安 全 的 基 础 。 虽 然 影 响 充 填 质 量 的 因 素 复 杂 多 变 , 但 主 要 涉 及 两 个 方 面 : 充 填 料 浆 配 比 的 优 化 设 计 和 制 备 ; 充 填 工 艺 和 生 产 管 理 与 监 控 。 目 前 大 多 数 文 献 研 究 更 多 的 是 关 注 前 者 , 对 充 填 工 艺 和 充 填 生 产 管 理 的 影 ( 下 转 弟 34页 ) 3 1
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