刘声雷

(山东金岭铁矿，山东 淄博 255080)

1 矿山充填条件概况

山东金岭铁矿拥有召口、侯庄、铁山三个采场。铁山矿包括辛庄矿体及铁山矿五矿体、六矿体、七矿体等四个主要矿段。除辛庄矿体外，其余3个矿体都已回采完毕并都已充填。辛庄矿床开采采取的是与铁山矿床联合开拓，主要利用阶段矿房法和全面法进行回采。铁山矿现存的采空区主要集中在-160～-314 m水平之间，空区容积15.3万m3，包括三部分：一部分是未充填中深孔矿房空区；一部分是利用废石充填未接顶的空区；第三部分是未充填的-233 m浅孔矿房采空区。由于回采的时间过长，部分采区的顶底柱及间柱被破坏，人员无法进入现有的矿房间柱内，空区密闭难度较大。303区与现在无法充填的302区之间的-259～-246 m水平的间柱被回采，形成13 m×12 m断面的空区，-246～-233 m之间间柱由于受采矿影响有裂隙相通，-233～-230 m，浅采空区把302区、303区连成一个整体。空区处理采用两种方法：一种是嗣后先用废石充填，后用全尾砂胶结充填；另一种是嗣后用全尾砂胶结充填。选矿厂每年产出浓度为37%的尾矿50万m3。尾矿比重为597.2 kg/m3，其它基本情况见表1。

表1 尾矿基本情况

2 充填技术[1]

由于在空区充填时会产生大量流动性强的浆液、尾砂和水，对各个水平的大巷、溜井、采区等生产系统产生极大的危害，因此对空区与各中段通道进行密闭尤为重要。根据现有空区与生产采区分布情况及密闭系统施工难易程度，决定利用302区与303区之间的矿柱把空区与现有的生产采区分离出来。通过施工密闭墙将充填空区与生产采区相连通的地方进行密闭，将充填区域形成一个封闭的系统。

2.1 密闭墙设计与施工[2]

根据空区调研资料显示： 从-301 m水平至-184 m水平共有40道密闭墙。按照施工工艺及强度要求将密闭墙分为两类，一是巷道型、二是空区型。

2.1.1 巷道型密闭墙设计与施工

密闭墙位于巷道内，其断面面积不大，强度高。人员可以直接在巷道内施工。

墙体厚度计算，根据矩形隔水墙理论，按粘结强度进行厚度计算。

d=λhab/2mnτ(a+b)

d—密闭墙厚度，m；a—巷道宽度，m；b—巷道高度，m；λ—超载系数1.2～1.3；m—工作条件系数0.5～0.7；n—粘结强度与抗剪强度比0.5～0.7；h—作用在密闭墙上的单位压力，MPa；τ—密闭材料的容许剪切强度，MPa。

容许剪切强度计算时按铁山矿喷射砼试验最小剪切强度τ=1.29 MPa计算。密闭墙的断面按最大巷道断面(3.5×3)m2。充填料比重取1.4 g/cm3。计算墙体厚度0.18 m。为防止充填空区内联通空隙水对密闭墙的破坏作用，增加其强度，喷浆密闭墙墙体厚500～700 mm施工。在墙体中按0.5 m×0.5 m网度编入钢筋，固定在锚杆上,施工时先在密闭墙的四周开挖深度为1.0 m的槽，宽度为密闭墙墙体厚度，并沿密闭墙的中间敷设1排锚杆，锚杆采用Φ36 mm圆钢，间距为0.8 m、长度2.0 m，锚杆之间用Φ14 mm钢筋编网并焊接好，然后用混凝土进行喷浆，如图1。如果按密闭墙厚度500 mm进行反算，充填高度为16 m。根据实际情况，考虑各方面的因素，确定分层高度为6 m。

图1 纵剖面图和横剖面图 /mm

2.1.2 空区型密闭墙设计与施工

1)中深孔采矿空区内密闭墙的施工

密闭墙位于中深孔采空区内，断面面积较大，最大可达到13 m×12 m，人员无法进入到空区内进行施工作业。

利用固体无流动性、对墙体几乎没有压力的特性，对中深孔空区内的密闭墙实施筑坝方式的分阶段施工，实施小分层充填。密闭墙的强度要求较低，只要能满足单分层充填浆液高度即可。根据实验情况，确定分层充填高为2.5 m，密闭墙分阶段高高度为3 m，厚度0.5 m。空区型密闭墙施工示意图如图2所示。

图2 空区密闭墙剖面图

2)浅孔空区内密闭墙的施工

密闭墙位于浅孔采矿空区内，密闭墙高度虽然不高，但宽度较长，最长可达到20 m。人员可在空区内短时间作业，应尽量缩短人员在空区内作业的时间。根据试验，在浅采空区内先用木板设木档墙，然后在外侧施工喷射砼。密闭墙高度一次施工全高，分层充填高为2.5 m，喷射砼的厚度为0.5 m。

2.2 充填工艺

由选矿厂排出的浓度为37%左右的全尾砂浆经专用管道输送至胶充搅拌站成浆池，成浆池底部由钢管输送0.6 MPa的高压气体不间断搅拌防止砂浆沉淀。砂浆再通过电动阀门控制流量排入料浆搅拌池。按照进入料浆搅拌池中砂浆量，以1：8的灰砂比由电脑控制变频给料机向料浆搅拌池内添加胶固粉，在料浆搅拌池中充分搅拌均匀，由80ZGB型渣浆泵加压，经胶充复合管路输送至采空区。胶结充填管路采用DN100塑钢编复合管，直径Φ100 mm，全长约4 600 m，由于管路较长，采用渣浆泵加压的形式防止料浆在运输过程中沉淀。充填时自下而上进行空区充填，多个空区轮流充填，每个空区充填间隔时间至少两天，实现充填料浆固结和滤水[3]。料浆的基本情况见表2。

表2 料浆的基本情况

充填系统工艺流程见图3。

图3 充填系统工艺流程

2.3 胶结充填的滤排水

胶结充填空区的排水主要通过两种方式：一种是过滤；一种是溢流[4]。尾砂沉积表面以下的水主要靠滤水排出，尾砂沉积表面以上的水靠溢流排出。由于底部出矿结构比较复杂，空区充填点较少，在空区底部一定存在未充填的空间。充填体与围岩接触不是十分严密，在空区内也一定存在上下联通的导水通道。在充填空区底部排水主要靠过滤排水，充填后从空区下部中段水平向充填空区内可能存在的未充填空间施工钻孔，在孔内安装滤水管。每根滤水管安装一只矿浆阀和一只压力表。根据不同的充填高度设置不同的压力位，当水压超过某一数值时，打开阀门进行放水；当水压达到某一压力值时，关闭阀门。在充填空区中段水平的排水管主要靠溢流排水。在不同阶段水平密闭墙内设置三排排水管，分别位于密闭墙的底部、中部、顶部。各水平距充填口较远的地点向空区内施工扇形中深孔，孔底距高度控制在1.5 m左右，在孔内安装排水管。每根排水管安装一只矿浆阀。排水管为常开状态，当滤水管出现浆液时，将阀门关闭。隔一段时间再把阀门打开。在空区充填到顶部区域时，在存水较的地点吊装潜水泵，直接用水泵将水排出。

3 结论

铁山矿自胶结充填以来，在充填过程中所采取的一些措施是可行的，采取的滤排水措施是非常有效的，空区内的水都能及时的排出；各种密闭墙的设计与相应的分层充填高度是符合要求的，在充填过程中没有一道密闭墙出现问题。充填后对空区内的充填体进行抗压试验，试块抗压强度为0.9～2.3 MPa，抗压强度符合设计要求。充填共历时126天。完成胶结充填量13万m3(充填料浆体积19万m3)。

[1] 山东正元地质资源勘查有限责任公司. 铁山矿采空区胶结充填设计[R].

[2] 采矿手册编辑委员会. 采矿手册[M]. 北京：冶金工业出版社，1991.

[3] 彭志华. 胶结充填体力学作用机理及稳定性分析[J]. 有色金属：矿山部分, 2009,61(1)：39-41.

[4] 崔茂金. 上向分层胶结充填采场顶板稳定性分析[J]. 有色金属：矿山部分, 2009,61(6)：51-55.