大红山铜矿废石充填工艺的实践

ＩＳＳＮ　１６７１—２９００　采矿技术第６卷第３期　２００６年９月　ＣＮ　４３—１３４７／ＴＤ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏ１．６，Ｎｏ．３　Ｓｅｐ．２００６　大红山铜矿废石充填工艺的实践　吴东旭，刘　让，舒为民　（玉溪矿业有限公司技术中心，　云南玉溪市６５３１００）　摘要：大红山铜矿通过优化设计，充分利用废石进行采空区充填，成功地解决了尾砂充　填料不足与采充严重不平衡的问题，有效地保证了矿山持续生产。　关键词：废石；充填材料；采充平衡；充填工艺　０前言　石充填斜井，并在地表充填站增设两个　９　ｍ的立　式砂仓。　大红山铜矿属海底火山喷发沉积变质中厚缓倾　充填系统工艺流程为：选矿厂全尾砂浆由水隔　斜高温矿床，由７层矿体组成，Ｉ　、Ｉ：、Ｉ　３层铜矿体，　离泵直接输送到充填制备立式砂仓，经立式砂仓自　Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃ、１０　４层铁矿体。地质储量铜金属７９２３０１　ｔ，　然分级沉淀，沉砂经立式砂仓造桨自流输送到井下　品位０．８１％。矿体走向Ｅｗ—Ｎ６０。ｗ。走向长１８００　采空区进行充填；立式仓溢流水进入圆形卧式砂仓，　ｍ，倾向Ｓ３。ｗ，倾斜宽１２００　ｍ。倾角２５。～５。；埋深　溢流水浓度在１４％左右，圆形卧式砂仓上部分进入　１９１～７０５　ｍ。矿体平均厚度１１．６１　Ｉ１３，矿岩坚固系　污水处理系统进行二次登清，弥补充填生产上用水　数／＝１０～１４。　不足。卧式砂仓的泥沙直接排人圆形卧式砂仓或直　大红山铜矿建设总规模为日采选铜矿石４８００　接排往尾砂库。水处理系统的细粒泥尾砂由排污溢　ｔ，分两期建设；一期工程建设规模为日采选矿石　流系统直接排往尾砂库。　２４００　ｔ，于１９９７年７月１日建成投产。二期工程于　采场充填密闭墙采用Ｃ２５钢筋混凝土浇灌，密　２０００年元月开工建设，建设规模为日采选矿石２４００　闭墙周边施工锚杆相连。采场脱水主要靠滤水管溢　ｔ，于２００３年６月建成投产。　渗水，中深孔溢水、裂隙渗水等多种综合脱水。　为了提高投产初期开采的经济效益，一期先采　１．１充填材料与充填参数　５５０～６２０　ｍ富矿，采矿方法为底盘漏斗嗣后充填法　大红山矿充填料源为自然分级尾砂。来自选矿　占８５％，房柱法和全面留矿法占１５％。二期为　厂的全尾砂输送到充填制备站经自然分级沉淀后的　兼采，主要回采标高为４００～５５０　ｍ，采矿方法为小　分级尾砂作为井下充填料。分级尾砂充填系统技术　中段空场嗣后充填法和房柱法，采用瑞典进口的　参数为：　Ｂｏｏｍｅｒ２８１、Ｓｉｍｂａｒ　Ｈ１３５４台车凿岩、芬兰进口的　分级尾矿密度：尺　＝２．９５　ｔ／ｍ　；　ＴＯＹＯ一４００Ｅ、ＴＯＹＯ一００７铲运机出矿，设计充填材　充填浓度：Ｃ　＝５５％～７８．８％，Ｃ幽＝６８％；　料为分级尾砂。　砂浆输送工作流速：　＝１．９８～２．３６　ｍ／ｓ；　大红山铜矿井下充填料主要为分级尾砂，分级　充填料浆流量：Ｑ＝１２６～１６０　ｍ　／ｈ；　界限为＋０．０１８　ｍｍ，由于铜矿床中有铁金属伴生，　采场充填能力：６０～９０　ｍ　／ｈ。　铁作为附产品需进行回收，尾砂产率不高，井下充填　大红山铜矿自然分级尾砂粒级组成见表１。　料源不足，分级尾砂充填料的缺口为１３万ｍ　／ａ。　表１大红山铜矿自然分级尾砂粒级组成　１　充填系统　粒级　产率累计产率　粒级　产率　累计产率　９８ｕ　１０．３８　１Ｏ．３８　１８ｕ　ｌ９．３９　８６．９１　期充填系统包括：地表充填站、水力输送管　７４ｕ　８．８４　ｌ９．２２　ｌ０ｕ　４．８５　９１．７６　一３７ｕ　４８．３ｌ　６７．５２　—９ｕ　８．２４　ｌ００　路、水处理系统、排污系统。地表充填站设有两个矩　形砂仓，两个圆形卧式砂仓和两个　７　ｍ立式砂仓。　１．２历年采充情况及充填系统存在的主要问题　二期充填系统在一期充填系统基础上增加了废　大红山铜矿历年采充情况见表２。’　维普资讯 http://www.cqvip.com

吴东旭，等：　大红山铜矿废石充填＿Ｔ－艺的实践　表２大红山铜矿历年采充情况　１９３　下层矿体，下层矿体出矿结束后两层矿体同时充填　的开拓布置回采工艺。两层矿体原则上先采上层矿　体，上层矿体出矿结束后再回采下层矿体，下层矿体　出矿结束后两层矿体同时充填。上层矿体采空区充　满系数可以降低，一般上层矿体充满系数达到５０％　即可满足生产的需要。回采顺序为走向上由两翼向　中间连续推进回采，由东向西（中部）回采时，区段　大红山矿充填系统存在的主要问题为：　（１）一期废石系统建设滞后，在充填料不足的　盘区结束后，即可辙出该区段的巷道的运输设施；倾　向上由南向北上行式回采。　情况下，充填欠帐越来越严重，采充矛盾十分突出；　（２）自然分级尾砂分级效果不理想。大红山矿　目前充填尾砂一１８　Ｉｘｍ占１３．０９％，溢流砂中＋１８　ｍ尾砂达３０．７％，造成可充尾砂流失严重，可供充　填的合格分级尾砂产率大大下降，充填料源短缺；　（３）充填制备站充填工艺系统的一、二期工程　设计是按４８００　ｔ／ｄ生产能力所产出尾矿量配置，随　着矿山逐年产量的增长，制备站在原有设备的基础　上，虽通过增加了一根ＤＮ１５０管道的技改项目，基　本满足矿山日处理矿量在５０００　ｔ／ｄ所产出尾矿处　理分级尾砂量的需要，但不能满足矿山日处理矿量　在７０００　ｔ／ｄ所产出尾矿处理分级尾砂量的需要；　（４）中段废石充填运输系统能力不畅，６００　ｍ　水平废石充填斜井提升达不到设计生产能力。　２充填工艺综合研究　２．１　多层矿体开采地压控制　大红山矿为多层矿体开采，上层Ｉ　矿体已从　５３５　ｍ中段开采到６００　ｍ中段，下层Ｉ　矿体也开始　回采。Ｉ。矿体所形成的空区大多已充填结束，Ｉ　矿体　开采是否需要充填，进行了全面分析研究并通过三　维有限元模拟计算。　从模拟分析采区整体及夹层塑性区分布来看，　上、下两层矿体均充填方案明显优于只充上层矿体　方案，且对夹层的影响较小，若只充上层矿体方案夹　层上有较多塑性区连片的现象，容易造成夹层不稳　定，因此要求对下两层矿体采空区都进行充填。　Ｉ　矿体开采时，各中段矿柱受力情况计算结果　见表３。　２．２　回采顺序和充填工序的有效结合　结合矿山采矿工艺特点，一期在６００　ｍ以上中　段采用Ｉ　Ｉ：矿体共用中段运输巷走向上实行连续　回采工艺；竖向方向上Ｉ　、Ｉ　矿体同时考虑回采，两　层矿体先采上层矿体，上层矿体出矿结束后再回采　表３各中段间柱应力　５５０中段２６盘区东矿柱一１０．５６９—２８．５５９—１２．４７３　３４．１３７　５５０中段３６盘区东矿柱一１０．５６９—３４．１１３—１２．４７３　３４．１３７　５５０中段４８盘区东矿柱一１０．５６９—３９．６６６—１２，４７３　—．４０．５３０　５５０中段６２盘区东矿柱一１０．５６９—３９．６６６—１２．４７３　—４０．５３０　５７５中段３４盘区东矿柱一１４．５０１—３４．１１３—１９．１８７　５３．３１５　５７５中段５２盘区东矿柱一１２．５３５—４５．２１９—１２．４７３　５３．３１５　６００中段３６盘区东矿柱一１０，５６９—３９．６６６—１０．２３５　４０．５３０　６００中段４４盘区东矿柱一１６．４６８—３４．１１３—１４．７１１　３４．１３７　６００中段６０盘区东矿柱一１６．４６８—２８．５５９—１９．１８７　４０．５３０　根据生产实际情况，采取局部区段降低空区充　满系数，缓解采充矛盾。根据现有的生探资料，在确　切撑握矿体赋存条件，在６００　ＩＴＩ水平Ｂ６４线以西Ｉ　矿体已尖灭，矿体厚度在４～８　ＩＴＩ，属单层矿体开采　的条件下，对６００　ＩＴＩ水平Ｂ６４线以西Ｉ　矿体实施回　采后其采空区不进行充填作业，让其空区顶板自行　垮落充填密闭采空区。为保证顶板垮落期间不造成　安全危害，其采空区采取如下措施。　（１）空区充满系数Ｉ＞３０％。充填井布置在盘区　Ｎ端部，用废石充填满充填井，以保护中段或分段矿　柱的稳定性。采用这一措施解决了一期受充填制约　而造成中段与中段之间先回采下一中段和上一中段　的Ｉ　矿体，两个中段的Ｉ　矿体采充结束后再回采下　一中段的Ｉ，矿体。同中段上实行两步骤回采即跳　采，先采充Ｉ　矿体再回采Ｉ　矿体。在回采过程中出　现Ｉ　、Ｉ　矿体开拓系统的运输和充填回风工程互相　交织、多中段难以同时作业、Ｉ　矿体回采损失增加等　问题。　（２）为解决废石充填在采空区只能形成半个圆　锥体，空区废石量受到很大的，盘区废石充填量　一般在８％～１２％这一大难题，通过对地压变化规　律的研究和充填机理的研究分析，根据充填回风平　巷和空区顶板位置关系（一般高差不低于８　ＩＴＩ），采　维普资讯 http://www.cqvip.com

１９４　采矿技术　切盘区在设计时中部优先布置一条充填井回风井，　在盘区Ｎ端尾部布置两条充填回风井，形成三角形　方式进行盘区废石充填。在充填回风平巷和空区顶　板位置为１２　ｍ以上时，３条井可同时进行废石充填　作业；在充填回风平巷和空区顶板位置为８～１２　ｍ　盘区采取充填井布置呈三角形布置，同分段上分层　布置充填废石措施道，上分段充填废石铲运措施道　同时布置的技术方案，该技术方案实施时，第一步先　在同分段上分层措施道进行废石充填，废石充填量　可占空区充填量的１０％～１５％；第二步在上分段充　填废石铲运措施道进行大量废石充填，废石充填量　以上时，先对布置在盘区Ｎ端尾部的两条充填回风　井进行废石充填，然后再开始进行中间充填进路的　废石充填作业工作，实行波浪式的充填推进作业方　式。为确保中间废石充填进路的安全，在空区顶板　可占空区充填量的６０％以上，完成上两步工艺废石　充填量可占空区充填量的７０％以上；第三步从充填　回风顶沿进行大量废石充填，废石充填量可占空区　充填段进路采取了铁道整体固定悬掉的技术措施方　案进行确保。以提高盘区废石充填和达到保护中段　或分段矿柱的目的，采用以上工艺盘区设计废石充　填率可达３５％以上，如５７５中段６２盘区废石充填　量为１０９９６　１ＴＩ　，占充填量的５５．２９％。　２．３　提高废石充填率　根据充填回风井的布置情况，充填环节上采用　充填尾砂和充填废石形成泥石流的方法进行空区充　填。盘区充填过程中废石、尾砂交替充填的措施，增　加盘区废石充填量。一、二期工程可充填的盘区，各　条充填井首先充填废石，当废石充到离空区顶板２　ｍ时，用尾砂把废石带入空区再进行废石充填，通过　多次的循环交替充填以增加盘区废石充填量。　由于采用无轨设施备具有比较灵活，二期工程　生产的废石直接充入采空区。　在现有的开采工艺上，从一分段的二分层施工　一条充填措施道联通采空区，作为盘区废石充填的　通道，位置为盘区中间矿柱或二分层的铲矿进路的　延伸，通过该技术方案的实施，同分层的周边废石可　充入充填空区，可使盘区废石充填率达１５％～　２０％。　根据上下段矿体的回采时间关系，利用时间差，　在下段矿体出矿的期间，优先在上段矿体施工一条　措施道进入下段矿体的采空区，措施道按今后盘区　设计中的铲矿进路进行设计，以达到共用的目的。　设计工程位置一般在下段矿体空区的采矿顶板标高　及盘区的东中西部。通过该技术方案的实施，可使　盘区废石充填率达６０％以上。　结合两种工艺的实施情况和一期充填的生产经　验，根据二期生产盘区的条件，针对一些有条件充填　充填量的２０％～２５％以上；完成以上三步废石充填　工艺，其废石充填量可占空区充填量的９０％以上。　上述废石充填工艺技术在二期工程的３４～３８　盘区、５８～６２盘区成功应用。　３　废石充填技术应用效果　（１）经过对运输系统的改造，使一期废石充填　率由现在的６％～１３％提高至３３％，二期废石充填　率为７６％，矿山废石总充填率５１．４％。２００４年１２　月开始一期废石已完全充入采空区，２００５年１～５　月，已充填废石８９２６０　ｍ　。　（２）实现利用现有充填料满足矿山充填持续生　产的需要，采充不平衡的矛盾得到有效控制，充填欠　帐量开始下降。　（３）采空区充填及时，相邻盘区顶板矿柱稳固　性提高，生产作业的安全条件大幅改善；同时也为降　低贫化损失率创造了良好条件。　（４）采充顺序良性循环，跳采盘区大量减少，生　产衔接持续工程投入大幅减少，降低生产组织管理　的难度。　（５）废石尽量不出坑，矿山系统提升矿石时间　增多，提升能力得到充分，为大红山矿完成生产　任务奠定了坚实基础。　（６）废石大量排入井下采空区，工业固体废弃　物减少，矿山的环境生态得到根本性的好转和保护。　（收稿日期：２００６—０５—３０）　作者简介：吴东旭（１９６２一），男，广东连县人，采矿高级工程　师，副总工程师，主要从事以矿山资源开采为主的设计，生产　管理及安全生产工作。