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