棒磨砂充填料漿管道自流輸送充填工藝與關(guān)鍵技術(shù)?

楊志強(qiáng)，姚維信，高謙，郭慧高

(1.北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京100083；2.金川集團(tuán)股份有限公司鎳鈷資源綜合利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅金昌737100)

0 前言

充填法采礦涉及現(xiàn)代工業(yè)多項(xiàng)高新技術(shù)，如細(xì)顆粒材料濃縮脫水技術(shù)以及濃密設(shè)備、充填料漿活化攪拌、優(yōu)化配比理論與技術(shù)和計(jì)算機(jī)在線自動(dòng)控制技術(shù)等．由于充填采礦法不僅能夠限制圍巖變形、控制地表沉陷和防治地質(zhì)災(zāi)害，而且還可以將尾砂、廢石等廢棄物填充地下，實(shí)現(xiàn)礦山無廢或少廢開采，有利于環(huán)境保護(hù)和礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展[1?7]．

金川鎳礦是我國最大的大型硫化銅鎳礦床．由于礦體埋藏深、地應(yīng)力高和礦巖破碎，采用下向分層進(jìn)路膠結(jié)充填采礦方法．隨著開采深度增加，開采難度增大，礦床開采誘發(fā)地表沉陷和采場(chǎng)地壓活動(dòng)劇烈，不僅潛在采場(chǎng)整體災(zāi)變失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，而且還給巷道穩(wěn)定性控制造成巨大困難[8,9]．因此，金川礦山開展了充填采礦設(shè)計(jì)優(yōu)化、充填體變形監(jiān)測(cè)以及穩(wěn)定性控制技術(shù)研究[10?12]．同時(shí)采用1:4高灰砂比和78%高濃度棒磨砂充填料漿充填技術(shù)，但增大了采礦成本，同時(shí)給粗骨料高濃度料漿自流輸送帶來難題，增大堵管爆管風(fēng)險(xiǎn)．為了提高采礦效益，金川礦山利用廢棄物開發(fā)新型膠凝材料[13?18]，并開展了全尾砂、廢石、河砂等粗骨料高濃度料漿管道自流充填技術(shù)研究[19?24]，研究解決了混合粗骨料充填料漿的充填工藝與關(guān)鍵技術(shù)，包括充填啟動(dòng)程序、充填管路檢查與清洗技術(shù)、料漿脫水與排水技術(shù)以及堵管處理與防治措施等，從而提高充填體質(zhì)量，降低采礦成本，實(shí)現(xiàn)金川難采礦床的安全、高效和經(jīng)濟(jì)開采以及產(chǎn)能提升．

1 自流充填啟動(dòng)程序與充填順序

1.1 自流充填作業(yè)啟動(dòng)程序

充填系統(tǒng)在充填前實(shí)施充填作業(yè)程序如下：

（1）充填采場(chǎng)檢查驗(yàn)收．在待充采場(chǎng)清底、采場(chǎng)鋼筋敷設(shè)、充填管架設(shè)、充填擋墻砌筑等準(zhǔn)備情況得到檢查驗(yàn)收合格后，簽發(fā)充填通知單，送交生產(chǎn)調(diào)度安排充填．充填通知單包括充填地點(diǎn)、進(jìn)路規(guī)格、充填量、料漿配比以及濃度要求等．

（2）設(shè)備檢查與檢修．充填前對(duì)各充填設(shè)備及儀表進(jìn)行檢查維護(hù)，對(duì)充填管路進(jìn)行檢查和更換．

（3）充填料漿制備與充填作業(yè)．①料漿制備前先用高壓風(fēng)對(duì)充填管路進(jìn)行清洗檢查，以確保管路暢通及管路聯(lián)絡(luò)是否正確．采場(chǎng)見風(fēng)后電話通知充填控制室，然后控制室打鈴?fù)ㄖ鲘徫蝗藛T開始充填．②開啟攪拌槽先向攪拌槽加水并供給水泥，制備濃度為40%～50%水泥灰漿，進(jìn)行充填管道潤滑及引流，并時(shí)刻保持?jǐn)嚢柰霸O(shè)定的液位．下灰漿3 min后即可加棒磨砂等集料；同時(shí)按要求調(diào)節(jié)灰砂比，待系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定后，在工控機(jī)上設(shè)定各控制參數(shù)，隨后將集料、水泥、水給料量、攪拌槽液位、充填料漿濃度及流量投入自動(dòng)控制狀態(tài)．15 min內(nèi)料漿質(zhì)量濃度快速提升至76%～78%．充填過程各給定量的波動(dòng)狀況由儀表控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)．③采場(chǎng)充到預(yù)定充填量后，由采場(chǎng)充填作業(yè)人員電話通知充填控制室操作人員停止充填．操作員按先停砂再停水泥的順序操作；然后根據(jù)充填地點(diǎn)的遠(yuǎn)近再下5～6 m3的水沖洗管路．?dāng)嚢柰胺趴蘸笤訇P(guān)閉底閥，開啟高壓風(fēng)對(duì)充填管路進(jìn)行再清洗直至干凈為止．

1.2 充填采場(chǎng)準(zhǔn)備與充填順序

在下向分層進(jìn)路膠結(jié)充填采礦中，采場(chǎng)進(jìn)路準(zhǔn)備和充填順序是整個(gè)充填工藝的重要組成部分，對(duì)提高充填體質(zhì)量起到重要作用．金川二礦區(qū)充填進(jìn)路和充填順序如下：

（1）采場(chǎng)進(jìn)路清底．待充分層底板即為下一回采分層的頂板，為下一分層采礦時(shí)提供一個(gè)安全平整的人工充填體頂板．因此對(duì)待充填采場(chǎng)進(jìn)路進(jìn)行清底，包括將進(jìn)路內(nèi)各種雜物、礦石核積水的清理；將進(jìn)路兩幫底角及底板耙平，與同層底板標(biāo)高不超過±200 mm．

（2）采場(chǎng)進(jìn)路鋼筋敷設(shè)．為防止因充填離析、分層等原因，導(dǎo)致充填體脫層冒落，金川礦山在充填采場(chǎng)內(nèi)敷設(shè)鋼筋，以增加充填體的整體穩(wěn)定性．圖1為充填進(jìn)路鋼筋敷設(shè)示意圖．

圖1 金川二礦區(qū)充填進(jìn)路鋼筋敷設(shè)結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1可見，進(jìn)路內(nèi)鋼筋敷設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為底板鋼筋采用φ6 mm鋼筋，按照40 mm×400 mm網(wǎng)度編織．網(wǎng)點(diǎn)采用多股24#鐵絲幫扎牢固（大多采用φ6 mm鋼筋點(diǎn)焊好的成片底網(wǎng)），吊掛鋼筋采用φ8～10 mm，以網(wǎng)度1 200×1 200 mm和底網(wǎng)的縱橫筋交叉布設(shè)，采用彎鉤管將鋼筋端點(diǎn)彎曲成鎖口鉤，并鎖緊上部和頂板錨桿或予埋件聯(lián)結(jié)牢固，從而達(dá)到使底筋通過吊筋和上部充填體連成一體，增加該進(jìn)路充填體的穩(wěn)定性．

（3）充填管道架設(shè)．主充填管路采用φ133 mm耐磨鋼管．充填道和充填小井至出礦分層道一般選用φ108 mm的普通無縫錳鋼管．一次性使用的充填管采用價(jià)格低廉的φ108 mm聚乙烯增強(qiáng)塑料管．充填進(jìn)路中的管路架設(shè)要求管路沿待充進(jìn)路頂板平直鋪設(shè)，并與錨桿或上層底筋牢固幫扎結(jié)實(shí)，管頭位置處在距掌子面1/3～1/2處．當(dāng)長度超過40 m的充填進(jìn)路，要求架設(shè)兩條充填管，以利于充填作業(yè)的安全及充填接頂．

（4）砌筑充填擋墻．充填擋墻安全可靠對(duì)采場(chǎng)作業(yè)人員及設(shè)備安全極其重要．初期采用木材封口，內(nèi)襯編織袋的封口方式作充填擋墻．采場(chǎng)封口用200 mm×200 mm方木作橫撐，間距400 mm；100 mm×100 mm方木作豎撐，間距400 mm，厚度為5 cm木板堵漏，250 mm×250 mm方木作斜撐．該擋墻結(jié)構(gòu)存在4個(gè)問題：①成本高和效率低．每個(gè)20 m2截面充填進(jìn)路需2.5 m3木材．②安全性差．由于兩幫接觸面小，在砂漿壓力下木板變形開裂，造成跑漿漏漿甚至發(fā)生倒墻．③采礦效率低．由于斜撐占據(jù)出礦分層道，無軌設(shè)備不能順利通過，妨礙進(jìn)路回采，大大降低回采速度，影響出礦效率．④采場(chǎng)污染嚴(yán)重．砂漿滲漏及木板拆除堆放影響采場(chǎng)作業(yè)環(huán)境．為了解決上述問題，金川礦區(qū)開展?fàn)t渣空心磚替代木材作擋墻的封口試驗(yàn)獲得成功．采用磚砌墻工藝簡(jiǎn)單、易操作，不僅解決木材封口存在的問題，而且為工業(yè)廢料利用開辟了途徑．圖2所示爐渣磚規(guī)格為390 mm×190 mm×190 mm，容重780 kg/m3，抗壓強(qiáng)度為2.5 MPa，吸水率為12%．實(shí)踐證明，爐渣空心磚墻體堅(jiān)固可靠，不需要斜撐及拆除，不易跑漏料漿，且成本比木板擋墻低80%以上（包括其替代充填料漿費(fèi)用），封口工效提高1/3．爐渣空心擋墻的利用，為合理布置采礦順序均衡采礦，提高機(jī)械化采礦效率提供有力保證．

（5）外弧形充填擋墻．由于金川鎳礦礦巖破碎，在爆破作用下，采礦進(jìn)路與出礦分層道交叉口呈現(xiàn)喇叭口狀，導(dǎo)致該處充填體頂板暴露面積大．在地應(yīng)力較大和充填頂板服務(wù)期限較長時(shí)，為了提高充填體頂板的穩(wěn)定性，在交叉口處采用如圖3所示的爐渣空心磚切筑外弧形充填擋墻，可有效限制出礦分層道充填頂板的暴露面積，減輕充填體片落的危險(xiǎn)．采礦工程實(shí)踐結(jié)果證明，一次充填高度不超過2 m的高濃度料漿條件下，可以保證擋墻的堅(jiān)固牢靠．

圖2 爐渣空心磚充填擋墻

圖3 爐渣空心磚外弧充填擋墻

（6）采場(chǎng)充填順序．為了保證充填采場(chǎng)接頂，進(jìn)路充填采用3次充完．第1次打底充填，灰砂比1:4充2 m高；第2次補(bǔ)口充填，充1.5～2 m高；第3次接頂充填．補(bǔ)口及接頂充填的灰砂配比均為1:4．每次充填結(jié)束后，待充填料漿有一定的固結(jié)收縮后，再將沉淀出清水及時(shí)排出，為下一次充填作好準(zhǔn)備．接頂充填時(shí)加強(qiáng)對(duì)充填情況觀察．當(dāng)充填料漿從擋墻頂部觀察口溢出，說明采場(chǎng)充填料漿已充滿，立即通知充填站停止充填．為了保證充分接頂，清洗水到采場(chǎng)口時(shí)將采場(chǎng)口三通打開或?qū)⒊涮钏芰瞎軘嚅_，避免管道沖洗水進(jìn)入采場(chǎng)．

2 自流充填料漿脫水與排水技術(shù)

高濃度自流輸送充填料漿濃度為76%～79%，在充入采場(chǎng)仍需脫水．通過對(duì)二期自流系統(tǒng)在充填過程中取樣，獲得充填料漿制備參數(shù)及瓶裝料漿沉降參數(shù)見表1和表2．瓶裝料漿沉降后自由水的比例如圖4所示．由此可見，自流充填料漿濃度變化范圍較大，濃度計(jì)顯示為71.8%～78.3%，平均76.3%．瓶裝料漿沉降后自由水所占比例（脫水率）為4.7%～20.4%，平均10.9%．從系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)及開關(guān)機(jī)程序可知，充填料漿充入采場(chǎng)后，脫水率大于10%，加上引管水及洗管水影響，充填料漿在采場(chǎng)進(jìn)路中離析嚴(yán)重，使分次充填的充填體之間產(chǎn)生明顯分界線．特別當(dāng)充填料漿脫水不能及時(shí)排出在進(jìn)路中富集時(shí)，造成進(jìn)路底部充填體與第二次充填體之間，形成厚300 mm～800 mm、強(qiáng)度極低的泥漿層，嚴(yán)重影響充填體整體穩(wěn)定性，給采場(chǎng)安全回采帶來嚴(yán)重威脅．充填料漿在進(jìn)路中離析的另一個(gè)問題是充填體坡積角大，導(dǎo)致充填接頂困難．通過二礦區(qū)1 150 m中段和1 000 m中段多個(gè)采礦盤區(qū)的進(jìn)路調(diào)查發(fā)現(xiàn)，無論是否添加尾砂，充填料漿在進(jìn)路中均存在離析．沒有添加尾砂的充填料漿在進(jìn)路中的坡積角達(dá)到7?～11?，添加尾砂的充填料漿在進(jìn)路中坡積角為2?～3?．充填料漿的坡積角大，即使采用多次接頂充填，但對(duì)于充填進(jìn)路長度大于40 m時(shí)充填接頂困難，致使在大體積充填體中存在未充滿空洞，從而降低充填體對(duì)礦體頂?shù)装宓闹ёo(hù)作用，給礦山地壓管理帶來不利影響，因此需開展采場(chǎng)脫水方案和脫水排放措施研究．

表1 金川二礦區(qū)自流充填系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)結(jié)果

表2 金川二礦區(qū)自流充填料漿取樣測(cè)試結(jié)果

圖4 料漿沉降后自由水比例

2.1 采場(chǎng)進(jìn)路充填料漿脫水技術(shù)

針對(duì)采場(chǎng)進(jìn)路充填料漿脫水工業(yè)試驗(yàn)，開展了進(jìn)路充填濾水方案：在待充填進(jìn)路擋墻內(nèi)側(cè)，布置1～2根直徑φ100 mm、長5 000 mm的軟式透水管．透水管上均勻鉆鑿φ20 mm透水孔，外包土工布，一端懸掛于進(jìn)路頂板，另一端穿過充填擋墻伸出擋墻外．充填作業(yè)時(shí)，將充填管道接至進(jìn)路最里端8 m左右，使充填料漿自里向外流動(dòng)，以防充填料漿堵塞透水管．實(shí)施該脫水方案后，進(jìn)路脫水效果良好．例如二礦區(qū)三工區(qū)Ⅳ盤區(qū)25#進(jìn)路長度46 m，進(jìn)路中間沒設(shè)擋墻，自里向外充填，透水管濾水量為2～4 m3/h，充填結(jié)束30 min后水全部濾干，實(shí)測(cè)充填體坡積角僅為0.62?．

2.2 采場(chǎng)進(jìn)路料漿脫水排放技術(shù)

進(jìn)路充填料漿脫水不能直接向分層道排放，否則將影響分層道正常使用．為了解決脫水排放問題，將擋墻外透水管接上φ63 mm塑料管．當(dāng)回采分層底板標(biāo)高不低于采準(zhǔn)分段巷道底板標(biāo)高時(shí)，透水管排出的水通過變徑接頭及φ63 mm塑料管直接排放至水倉．當(dāng)回采分層底板標(biāo)高低于采準(zhǔn)分段巷道底板標(biāo)高時(shí)，透水管排出的水通過變徑接頭及φ63 mm塑料管排放至緩沖水倉，再用泵排放至水倉．采場(chǎng)充填過程中料漿脫水情況如圖5所示．

圖5 進(jìn)路充填擋墻外側(cè)脫水管排水圖

3 充填料漿堵管處理及防控措施

金川礦區(qū)井下有4條主充填管線，其中3條為自流充填．主充填管道經(jīng)過1 600 m、1 350 m、1 250 m、1 200 m、1 150 m和1 000 m共6個(gè)中段，各盤區(qū)的充填管線又經(jīng)多層充填通風(fēng)道及充填小井進(jìn)入充填采場(chǎng)．管線總長度超過10 000 m，單套系統(tǒng)管線最長2 500 m，最大落差672 m，具有充填管線長，倒口多，人員巡檢困難、時(shí)間長等特點(diǎn)．一旦發(fā)生堵管事故，不但需花費(fèi)大量人力進(jìn)行處理，同時(shí)嚴(yán)重影響充填生產(chǎn)．如果堵管處理不及時(shí)，致使充填料漿在管道中凝固，導(dǎo)致充填管道報(bào)廢，由此帶來更大的經(jīng)濟(jì)損失．

3.1 充填料漿堵管原因分析

充填管道堵塞的根本原因是料漿在管道中流速低于臨界流速，導(dǎo)致料漿離析造成粗顆粒在管道底部或局部富集，進(jìn)一步降低料漿流速，加劇料漿離析，最終導(dǎo)致料漿停止流動(dòng)發(fā)生堵管．

金川礦山主要充填方式為高濃度棒磨砂自流輸送膠結(jié)充填，與國內(nèi)外其它礦山采用全尾砂或其它細(xì)集料相比，棒磨砂顆粒粗．雖然制備的料漿達(dá)到76%～79%高濃度，但仍未達(dá)到料漿本身抵抗沉淀離析的濃度，料漿脫水率為3%～8%．所以一旦出現(xiàn)管道料漿流速過低堵管不可避免．綜上所述，影響金川礦山充填料漿堵管的主要因素總結(jié)如下：

（1）充填物料組成及濃度．充填物料組成與配比是基礎(chǔ)，料漿濃度是關(guān)鍵．充填物料的選擇是根據(jù)礦山內(nèi)外部條件及所采用的采礦方法對(duì)充填體強(qiáng)度要求通過試驗(yàn)確定．在確定充填物料組成及配比后，決定充填料漿能否順利自流輸送的主要因素是物料粒級(jí)組成、充填料漿濃度以及充填管網(wǎng)布置等．當(dāng)充填物料（包括膠凝材料）中的-20μm細(xì)顆粒重量達(dá)到15%～20%以上、料漿坍落度小于25～27 cm、料漿脫水率小于3%時(shí)，充填料漿具有一定抵抗沉淀離析的能力，在管道及采場(chǎng)中呈結(jié)構(gòu)流態(tài)．在管輸過程中，即使在低流速甚至停止流動(dòng)時(shí)，短時(shí)間內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)粗顆粒沉淀離析．也就是說，在充填物料組成滿足結(jié)構(gòu)流或膏體充填配比條件下，充填料漿濃度愈高，堵管的可能性愈?。涮盍蠞{濃度越高，其初始剪切應(yīng)力τ0和粘性系數(shù)η越大，管道輸送阻力越大．在充填管網(wǎng)布置參數(shù)一定時(shí)（如管徑、材質(zhì)、充填倍線等），料漿流速及流量降低．所以在充填物料組成及充填管網(wǎng)參數(shù)一定的條件下，充填料漿濃度與流量存在一定的平衡關(guān)系．對(duì)于金川高濃度棒磨砂自流充填系統(tǒng)，質(zhì)量濃度為76%～79%的充填料漿，仍不具備抗沉淀離析的能力，特別是濃度不大于77%．一旦出現(xiàn)管道內(nèi)流速低于臨界流速，料漿中的棒磨砂等粗顆粒發(fā)生沉淀離析，導(dǎo)致堵管事故．

（2）充填料漿穩(wěn)定性控制．充填物料各組份的穩(wěn)定均勻給料、料漿充分?jǐn)嚢?、進(jìn)入管道的料漿濃度及流量的連續(xù)穩(wěn)定，是確保充填料漿順利自流輸送的另一關(guān)鍵因素．在充填系統(tǒng)運(yùn)行過程中，充填物料中任何組份給料量的波動(dòng)，都將使充填料漿輸送性能發(fā)生變化．特別當(dāng)發(fā)生停電、停水、設(shè)備故障、儀表誤差過大甚至失效、井下管道爆裂等非正常停車的極端情況下，進(jìn)入充填管網(wǎng)中的料漿濃度及流量將發(fā)生劇烈變化，從而致使料漿濃度過低、流量變小，充填料漿在管內(nèi)離析，堵管風(fēng)險(xiǎn)增大．

（3）充填管網(wǎng)布置及質(zhì)量．優(yōu)化充填管網(wǎng)布置參數(shù)，選擇耐磨和連接更換便利的充填管材，是充填料漿流量及管內(nèi)輸送速度合理運(yùn)行的基礎(chǔ)，是確保充填作業(yè)正常實(shí)施的另一重要因素．特別是金川礦山采用棒磨砂粗骨料，料漿對(duì)管道磨損更加嚴(yán)重．充填鉆孔塌孔、充填管道磨穿、爆裂、接頭漏漿、連接方式不當(dāng)、變徑過急、彎頭曲率半徑過小、耐壓等級(jí)過低、出現(xiàn)反坡、過多折返、管內(nèi)存留或混入雜物以及充填結(jié)束后管道清洗不干凈等情況，均會(huì)導(dǎo)致料漿輸送不順利甚至造成堵管．

3.2 料漿管道堵管處理方法

充填料漿堵管后一般應(yīng)在6～8 h內(nèi)處理完畢，否則含有膠凝材料的充填料漿在管道內(nèi)膠結(jié)導(dǎo)致管道報(bào)廢，嚴(yán)重危及充填系統(tǒng)．由于充填料漿的自重作用，管道中壓力較大，特別是鉆孔底部壓力大，需要自上而下逐段將充填鉆孔頂?shù)撞拷宇^卸開疏通充填鉆孔．如果充填鉆孔報(bào)廢將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失．當(dāng)卸開充填鉆孔頂?shù)撞拷宇^，在采用水、壓氣沖洗仍無法疏通充填鉆孔時(shí)，可在鉆孔底部架設(shè)地質(zhì)鉆機(jī)對(duì)鉆孔進(jìn)行掃孔．當(dāng)鉆孔底部架設(shè)鉆機(jī)困難時(shí)，則在鉆孔上部架設(shè)鉆機(jī)自上而下鉆進(jìn)，使鉆孔得到恢復(fù)．當(dāng)水平管道堵塞不嚴(yán)重時(shí)，可采用高壓水或壓風(fēng)分段（30～50 m或更長）清洗；當(dāng)堵塞嚴(yán)重或充填料漿已在管內(nèi)凝結(jié)時(shí)，將管道逐節(jié)拆開逐節(jié)清理．當(dāng)料漿膠結(jié)強(qiáng)度較高時(shí)采用鉆機(jī)清掃．

傳統(tǒng)的堵管處理方法是通過管路上的三通進(jìn)行逐段處理．由于金川礦區(qū)單套系統(tǒng)管線平均長度達(dá)到2 500 m涉及7個(gè)中段，因此在6～8 h之內(nèi)完成堵管處理存在極大困難．為此探索出新的處理方法：利用經(jīng)過充填管道鋪設(shè)沿線的井下生產(chǎn)和返修水管，采用Φ108 mm塑料管一端與井下供水管路連接，一端加工成帶Φ133 mm卡盤的短接，直接與充填管路實(shí)現(xiàn)對(duì)接，再將水閥門設(shè)置在作業(yè)人員方便開啟的地方，形成井下處理堵管的自備水系統(tǒng)．現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員可根據(jù)需要隨意控制水量，不受通訊系統(tǒng)限制．井下各中段均已安裝堵管處理裝置．該堵管處理新方法與傳統(tǒng)方法區(qū)別與優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）提高堵管處理效率，為處理堵管贏得時(shí)間，減少因堵管不及時(shí)導(dǎo)致管路報(bào)廢所造成的損失．傳統(tǒng)方法是從1 600 m中段開始逐段處理，上一個(gè)中段沒有處理完，后一個(gè)中段的作業(yè)人員只能等待；本研究提出的新方法能夠?qū)崿F(xiàn)井下每個(gè)中段作業(yè)人員同步作業(yè)，從而提高工作效率，為處理堵管贏得時(shí)間．

（2）實(shí)現(xiàn)堵管處理用水量隨意控制，不受通訊系統(tǒng)影響．傳統(tǒng)方法每打開一個(gè)三通都需要通過控制室聯(lián)系下水．由于管路長，沿程壓力損失大，耗水量非常大，浪費(fèi)水嚴(yán)重，而且因通訊設(shè)備受潮無法正常聯(lián)絡(luò)影響管路處理．處理新方法是每個(gè)中段作業(yè)人員根據(jù)堵管情況，自己控制用水量．由于供水管路短，壓力損失小，不僅提高了效率，而且還節(jié)約用水量．

（3）降低井下作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度．傳統(tǒng)處理堵管方法因供水管路長，沿程壓力損失大，每隔10 m要打開一個(gè)三通，既浪費(fèi)水，效率也低．新處理方法供水管路較短，壓力損失小，每次可處理30～50 m管線，從而降低了作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度．

3.3 充填料漿堵管防控措施

（1）優(yōu)化充填物料級(jí)配，減少充填料漿離析．為了滿足下向進(jìn)路充填法采礦對(duì)充填體強(qiáng)度要求，棒磨砂、戈壁砂、破碎廢石等充填集料是必然的選擇．相對(duì)尾砂細(xì)集料，粗集料料漿在達(dá)到結(jié)構(gòu)流或膏體濃度的過程中容易發(fā)生沉淀離析．

料漿離析和堵管與充填料漿的制備、濃度及流量密切相關(guān)，因此優(yōu)化充填物料級(jí)配，提高充填料漿保水性能，是避免充填料漿離析，確保充填系統(tǒng)正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)料漿濃度在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)輸送十分重要．優(yōu)化充填料級(jí)配主要是使充填料粒徑級(jí)配合理，-20μm細(xì)顆粒含量滿足結(jié)構(gòu)流或膏體充填料配比要求，充填料易于攪拌均勻，充填料漿保水性能好，具備抗沉淀離析，實(shí)現(xiàn)自流輸送，且充填體強(qiáng)度滿足采礦作業(yè)要求．

（2）添加減水劑．減水劑對(duì)充填料漿中膠凝材料及其它細(xì)物料產(chǎn)生強(qiáng)烈的分散作用，在同等濃度條件下能夠大幅度提高充填料漿的流動(dòng)性和坍落度，或在同等流動(dòng)性和坍落度條件下，提高充填料漿濃度，相應(yīng)地減少充填料漿脫水，提高充填體強(qiáng)度．試驗(yàn)結(jié)果表明，添加0.5%～1.5%高效減水劑，能減水15%～25%，提高強(qiáng)度20%～50%．在保持水灰比不變的條件下，使充填料漿坍落度增加50～100 mm．

（3）添加發(fā)泡劑．添加發(fā)泡劑的充填料漿，通過攪拌在充填料漿中形成直徑為20～1 000μm的封閉狀氣泡，從而降低充填料漿中水的表面張力．氣泡直徑愈小，水的表面張力愈低．因此添加發(fā)泡劑可改善充填料漿的和易性，減少充填料漿離析脫水．試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)減水劑添加量為6.9 kg/m3和發(fā)泡劑添加量為0.13 L/m3時(shí)，充填料漿濃度達(dá)到85%，充填體氣泡含有率達(dá)到25%，灰砂比為1:4時(shí)，充填試塊28d強(qiáng)度達(dá)到5.12MPa．

（4）采用活性微粉．在水泥中摻加火山灰質(zhì)材料能夠改善充填料漿特性．目前火山灰性質(zhì)材料包括高爐水淬渣、鋼渣、粉煤灰、赤泥等．將這些物料粉磨至水泥細(xì)度或更細(xì)添加至充填料漿中，一方面可增加-20μm極細(xì)顆粒含量，提高充填料漿的保水性能，減少充填料漿脫水；另一方面還與水泥一起發(fā)生水化反應(yīng)，從而提高充填體強(qiáng)度，降低充填采礦成本．金川礦山利用火山灰質(zhì)材料開發(fā)的新型充填膠凝材料已經(jīng)獲得成功，在金川礦山替代水泥應(yīng)用于礦山充填法采礦，為粗骨料的工業(yè)化應(yīng)用提供了保障．

（5）保持充填系統(tǒng)正常運(yùn)行，減少非正常停車．嚴(yán)格按充填操作程序及規(guī)程操作，使充填系統(tǒng)在設(shè)定的工況下穩(wěn)定運(yùn)行，避免在充填作業(yè)過程中非正常停車，是減少堵管和實(shí)現(xiàn)充填料漿順利自流輸送的另一主要措施．維護(hù)充填系統(tǒng)中的各個(gè)工藝設(shè)備、檢測(cè)與調(diào)節(jié)儀器儀表以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、井下充填鉆孔和充填管網(wǎng)始終處于正常狀態(tài)，使得各種物料的給料量實(shí)現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定和準(zhǔn)確計(jì)量也是不可忽視的影響因素．同時(shí)在生產(chǎn)組織管理上做到人員配備齊全、責(zé)任明確和協(xié)調(diào)有力，提高充填系統(tǒng)和充填工藝的管理水平是充填料漿離析和堵管防控措施的重要環(huán)節(jié)．

4 結(jié)論

高濃度管道自流輸送是充填采礦技術(shù)發(fā)展方向．對(duì)于棒磨砂、廢石和河砂等粗骨料的充填法采礦，充填料漿分層離析和堵管爆管風(fēng)險(xiǎn)提高，處理難度增大．針對(duì)金川棒磨砂粗骨料高濃度自流輸送存在的問題，開展了高濃度充填料漿充填工藝和關(guān)鍵技術(shù)研究，由此獲得以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）實(shí)現(xiàn)粗骨料充填料漿的安全可靠管道自流輸送和確保充填體質(zhì)量，充填作業(yè)程序與充填順序以及采場(chǎng)充分準(zhǔn)備，是提高充填體整體穩(wěn)定性和能否實(shí)現(xiàn)充填連續(xù)作業(yè)的重要因素之一．

（2）粗骨料充填料漿的分層離析是造成管道堵管的根本因素，但管路中的雜物、結(jié)垢等也是導(dǎo)致堵管事故重要因素．因此對(duì)充填管路的檢查與清洗不僅十分必要，而且還是避免高濃度充填料漿堵管事故的重要生產(chǎn)工藝．

（3）金川礦山盡管采用77%～79%的高濃度料漿充填，但由于采用-5 mm棒磨砂粗骨料而不是傳統(tǒng)的全尾砂細(xì)骨料，因此仍存在充填料漿脫水與排水技術(shù)問題．針對(duì)金川礦山進(jìn)路式采場(chǎng)充填采礦方法，提出并實(shí)施進(jìn)路料漿脫水方案與排水新技術(shù)，從而解決了長期困擾采場(chǎng)脫水與排水的技術(shù)難題．

（4）粗骨料充填料漿堵管事故不可能完全避免．為了減少堵管事故，金川礦山在全面分析影響粗骨料充填料漿堵管主要影響因素的基礎(chǔ)上，提出并實(shí)施金川礦山深井長距離堵管處理新方法，并提出粗骨料充填料漿堵管防控技術(shù)方案，為金川礦山粗骨料高濃度料漿自流輸送奠定基礎(chǔ)．

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