琅琊山铜矿充填系统改造实践

琅琊山铜矿矿体规模小、分布分散、价值高，上向分层尾砂充填采矿法为矿山__。随着矿山开采向深部延伸和生产系统的结构调整，对现有充填系统的再认识和研究都非常迫切。通过对充填系统的调研，对地表充填站和井下充填路径进行研究、完善和改造，满足深部开采的充填需求，以保证矿山生产的有效延续。
        1充填系统现状调查
        1．1充填系统概述
        滁州铜鑫矿业有限公司地理位置独特，充填采矿法为矿山__。根据初步设计要求采矿方法为上向分层尾砂充填采矿法，顶柱和部分围岩复杂矿体采用胶结体充填。矿山开采深度目前约4 00m，但琅琊山铜矿矿体形态复杂、矿体规模较小及矿体沿接触带呈线状分布，为适应矿体变化而设置两套充填系统，一个为明天井充填系统(副井口)，另一个为北带(木材库)充填系统。每一充填系统分别设置尾砂和混凝土充填系统，另外在明天井设置胶结体充填系统。分级尾砂和胶结体均为自流管道输送，充填工艺较为成熟。
明天井充填系统主要负责－365m中段以上817线至东带各采场的充填工作，该系统主要由3根管路(砼管路、充砂管路、胶结充填管路)组成，3管路通过明天井下至地下各中段。
        北带(木材库)充填系统主要负责－365m中段以上817线至北带各采场的充填工作，该系统主要由4根管路(砼管路、充砂管路及备用管路通过Φ159mm钻孔至井下)组成;其中3根管路通过钻孔下至－65m中段，另一根管路通过钻孔直接到－125m中段，然后通过各中段的联络天井通至北带各中段采场，尾砂充填能力约300m3/d，充填系统见图1。

        1．2尾砂充填系统
        1．2．1地表尾砂储存与制备
        选厂尾砂用砂泵扬送至814线+95m标高的山头储砂池(池底约+90m)，用2组旋流分级器分级脱泥，+37μs尾砂进入容积约4000m3的3个储砂池。井下充砂时，用高压水在砂池内人工造浆，造浆浓度砂水比为2∶3到1∶1，即砂占40%～50%。
        由池底一侧的闸门放入Φ150mm的钢管中，借助重力一条管道输送到811线(副井口)明天井下到各中段东带和北带17线以南采场;另一条管道是北带充填系统利用带套管的专用充填孔，下到各中段北带817线以北采场。尾砂充填能力为40～50m3/h，尾砂充填倍线最高达10，尾砂充填工艺见图2。矿山年产尾砂量约7．5万m3。矿山尾矿库容量有限，因此每年充砂量约7．5万m3。

        1．2．2明天井尾砂充填系统
        814线+95m标高的山头储砂池来砂，通过管道翻越地表山头至明天井下到－65m中段，然后分别下到－125m中段和－185m中段，到－185m中段后，经过约270m长距离到－812线和813线之间的倒段天井，即东带充填系统位置，再下到－245，－285，－325m三个中段。该系统各天井下口除－65m中段没有向东带输送尾砂管道外，其他各中段都有三通管路分别通往东带和向北输送至817线附近采场。该系统尾砂充填倍线最大达到10。
        1．2．3北带尾砂充填系统
        814线+95m标高的山头储砂池来砂，通过管道约730m长Φ150mm钢管经过地表二道坝附近往北输送到－819线与820线之间的原木材库附近马路西侧充填站，通过地表施工到－65m中段的钻孔内的套管先输送到－65m中段，然后通过－65～－125m之间的天井内的管道到达－125m中段，并在该中段向北通过约250m长的管道输送到－822线与823线之间的北带充填系统，并通过此处的中段错位天井与－245，－285，－325m各中段相连。

北带尾砂充填系统主要为817线以北的各中段的采场进行尾砂充填服务。该系统尾砂充填倍线最大为8。
        充砂管道有2种形式:6寸(159mm)钢管和垂直方向充砂孔，水平充砂管道只安装到－245m中段，下部是通过2种方式进入采场:一是充填井安装充填管到达采场;二是充填孔到达中段后再接水平管道进入采场。采场充砂管为塑料管，采场内设置滤水塔。
        1．3混凝土充填系统
        混凝土充填系统有2条，一条为明天井混凝土充填系统，地面设混凝土搅拌站，混凝土通过明天井内一条单独的管道(Φ159mm钢管)输送到－185m以上各中段。－185m以下各中段之间通过中段充填井倒段运输传送，平巷由矿车运输，明天井混凝土充填系统主要供应矿床西带和东带的采场。另一条为北带(木材库)混凝土充填系统设在主井山边－819线与820线之间，此处设一搅拌站，混凝土如尾砂一样也是由专用钻孔放到－125m中段，然后通过中段间的充填井管道倒段输送到各中段。
        矿山井下混凝土强度一般要求不低于C15，C15混凝土配比为32．5MPa水泥(t)∶中砂(m3)∶碎石粒径(＜31．5mm)∶水(m3)=0．271∶0．499∶0．884∶0．190;C20混凝土配比为32．5MPa水泥(t)∶中砂(m3)∶碎石粒径(＜31．5mm)∶水(m3)=0．352∶0．402∶0．930∶0．190。
        1．3．1明天井混凝土充填系统
        明天井混凝土充填系统，地面设混凝土搅拌站，混凝土通过明天井内一条单独的管道(Φ159mm钢管)输送到－125m中段、然后通过错位天井输送到－185m中段，再使用0．7m3矿车经过约270m长距离，运至－812线和813线之间的东带充填系统处，再下到－245，－285，－325m三个中段。
        除－185m中段需要使用矿车倒运较长的距离外，其他各中段间的运输，主要通过重力自溜输送来实现。各井筒的具体位置同尾砂充填系统。明天井混凝土充填系统主要为817线以南和东带的各中段的采场进行混凝土充填服务。各采场所需的混凝土主要是在该采场上部中段混凝土接料口处，通过使用0．7m3矿车运至各中段作业点或采场充填井上部卸载。
        1．3．2北带混凝土充填系统
        北带(木材库)混凝土充填系统设在主井山边－819线与820线之间，此处设一搅拌站，具体位置同北带尾砂充填系统位置，混凝土也是由专用钻孔下到－125m中段，再通过错位天井自溜输送至－125m中段以下中段，错位天井与－185，－245，－285，－325m各中段相连，此处4个中段天井各错位约5m。
        北带混凝土充填系统主要为817线以北的各中段的采场进行混凝土充填服务。中段之间混凝土基本上是通过自溜或倒段进入下部中段，在各中段专用充填井下口接料，用0．7m3矿车运至各中段作业点或采场充填井上部卸载。
        1．4胶结充填系统
        胶结充填系统主要设置在明天井，34#老窿上方为临时胶结充填站。胶结系统主要由制浆系统和输送系统组成。
        1．4．1制浆系统
        制浆系统设施设在明天井充填站处，该充填站主要由300m3砂仓和100t水泥灰仓、搅拌桶和加水设备及控制造浆浓度的仪表组成尾砂胶结站。
        1．4．2输送系统
        首先通过设在明天井内的专用管路(Φ108mm钢管)输送到－65，－125，－185m中段，各中段间的使用通过管路交叉点的管接头处堵头来调节，胶结体输送到各中段后，再通过Φ108mm钢管或橡胶管道系统输送到充填地点，－185m中段通过钻孔与－245m中段连接胶结体充填一般是用来回采顶柱的，目前最深的矿柱回采在－285中段324#采场。
        1．4．3胶结体组成
        目前胶结体的凝固剂采用425#散装水泥，固结物为尾砂。可在饱和浓度范围内，根据需要任意调节尾砂浓度。加入尾砂固结材料后输送浓度不大于饱和浓度，灰砂比可以根据井下要求的充填体强度进行调整，一般为1∶4～1∶10。输送浓度不大于75%浓度，灰砂比不高于1∶4。通过自流输送到采场的充填料浆，适当脱水后开始固化，48h后可开始作业。胶结充填倍线为2～10。胶结体强度最高为5MPa。
        2充填系统改造方案
        2．1现有充填系统存在的问题
        原充填工艺成熟，适应矿山生产。但是随着矿山开采力度加大和向深部延伸，也存在诸多不足，主要表现在以下几个方面:
        (1)2套充填系统，操作非标准化，操作随意，管理难度较大，运营和管道维护成本较高。
        (2)充填管网纵向多次倒段，横向延伸较长(井下和井上充砂、混凝土和胶结体管道)，每班充填前对充填管道检查工作量较大，胶结体充填结束后管道冲洗对井下巷道污染较严重，管道磨损严重，维修量大。
        (3)井下充填管道主要有:充填钻孔、钢管和软管组成。软管主要在采场使用，中段之间部分使用充填钻孔，巷道基本使用刚性管道，管道虽然年年更换，但是磨损严重，加上法兰盘(接头)的焊接质量差，跑冒滴漏比较严重，井下巷道污染，水沟淤塞，水仓清淤频繁。
        (4)地表充填管道主要为刚性充砂管道，矿山地处琅琊山风景区，地表充砂管道布置受城市环境制约(明天井充砂管道)，管道布置不合理，管道缓冲段短，过桥和充砂管道轴心线相垂直，充砂磨损较大，跑冒滴漏严重，影响企业外在形象和长远发展。
        (5)东、北带充填系统相距较远(800～1000m)，两充填系统中的－65m中段～－125m中段间竖井井筒内，由于长期管路磨损造成的跑冒滴漏造成井筒内混凝土聚集较多，井筒内维修空间较小，一旦充填管路出现问题，维修时间较长。明天井充填系统(东带充填系统)，与北带充填系统不能起到相互弥补与均衡作用，对矿山整体生产均衡有着制约性(今年9月份因北带充填系统堵塞造成北带采场无法充填)。
        (6)明天井胶结充填系统的位置对－285中段以上东、北带端部采场的充填距离相对较远，充填倍线较大，胶结体远端输送困难。矿山充填主要形式为一充一采，采场充填脱水较慢，影响生产环节和增加二次贫化。
        (7)随着城市建设的推进和矿山主题公园的规划，地表充填站地块有可能被征用，而且地表充填站和周边风景区环境不协调，噪音和运输扬尘污染影响周边居民休息和生活。
        2．2充填改造方案和实施
        (1)方案一。保留北带(木材库)充填系统，明天井充填系统移位至－814线与815线之间(老井北侧)(称为深部充填系统)，先自地表施工5～6个钻孔并使用钢管下至－185m中段，尾砂、胶结体、混凝土3种物料下至－185m中段后，混凝土用矿车倒运至原－185m中段东、北带充填系统位置，利用中段措施井至深部各中段，然后在需用中段的上部用矿车倒运至使用采场的充填井溜灰槽;尾砂、胶结体用管道接入原充填管路，通过中段措施井或带套管的工程孔下到深部各中段充填管网，再由充填井中的管道进入待充采场。
        (2)方案二。保留现有的充填系统，对充填管网(地表和井下)进行全面改造和整合。采用耐磨材料的充填管(先在地表安装，地表管道基本固定分岔)，井下通过增加充填平巷和充填孔，对井下充填管网进行整合和对下部中段延伸接力。局部改变管道轴心走向，提高管道耐磨能力，在井下对管道和法兰盘部分更换和调整。主要是通过加强管理提高充填的生产能力和减少井下污染。在关键岗位点(山头砂池、旋流器、尾矿库)加强监管，提高标准化操作水平。
        (3)方案三。分步实施，保留现有的地表充填站，在－814线与815线之间(老井北侧)先自地表施工5～6个钻孔并使用钢管下至－185m中段，作为充砂管，和井下充砂管网并网。混凝土、胶结体仍然用原充填管道。另外竖井内充砂管可改为混凝土管道，作为混凝土备用管道。
通过方案比选和论证，并结合矿山目前的经济实力，最终选择方案三。经过一年多的改造，矿山充填系统初步改造基本结束。
        3结论
        提高充填生产能力主要有2个方面:一是加强管理，提高现有系统的能力和充填质量，在关键岗位(山头尾砂池、旋流器、尾矿库)加强管理，严格按照标准化进行操作。二是在生产过程中对充填管网改造或对充填系统进行全面改造，提高系统运行能力。
通过对充填系统研究和改造，极大的提高充填系统的充填能力，减少尾砂的排放，为矿山的可持续发展取到了战略性的支撑作用。
        参考文献:
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        ［3］周爱民．难采矿床地下开采理论与技术［M］．北京:冶金工业出版社，2015．
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