固体钾盐矿高效充回填技术

固体钾盐矿高效充回填技术

曹创国

中煤第七十一工程处有限责任公司234000

1．前言

针对钾盐矿矿层赋存特点，采用进路充回填采矿法，利用回填溜井下料，配合胶带输送机运料，优化设备配套，充分发挥设备性能，形成一套先进、高效、绿色的充回填施工工法，实现了固体钾盐矿单个矿井年采矿量350万吨，年充回填量245万吨的目标，取得了良好的经济和社会效益。

2.技术原理

根据具体的地质条件和对顶板控制效果不同，将采空区充回填工艺分为开放式充填和先回填后充填混合式充回填两大类。

2.1采空区开放式充填

充填以盘区为单位，盘区内的矿房回采完毕后，通过布置在顶板标高在各个矿房以上的充填联巷安设充填管路，自上而下利用充填浆料的自流将各个矿房逐层充满，并利用位于各个矿房低处联络口设置的泌水挡墙将充填浆料泌出的水集于临时水仓，再通过潜水泵将水排入采区水仓。这种充填方式效率高、充填效果好，安拆管路、砌泌水挡墙工作量小，能充分发挥全尾砂似膏体充填效率高、成本低的优势，通常适应于有一定倾角的单斜构造矿层。

2.2先回填后充填混合式充回填

混合式充回填法，即先对盘区内回采后的矿房进行回填，盘区内回填全部结束后再对矿房上部空间进行充填的一种方法，在条件允许时，能降低采充相互影响，降低充填泌水量，提高充回填材料适应性。

3.施工工艺流程及操作要点

3.1固体钾盐矿安全高效充回填施工工艺流程

3.1.1采空区开放式充填

1、充填前准备

（1）利用Φ25mm钢管加工两根4.5米长钎杆，对冒落区域顶板离层部位进行处理。

（2）工作面配备ZL30型装载机一台，用于打堰设置密闭和充填管路吊运。

（3）将充填联巷末端Φ168mm的PE塑胶管连接安设在顶板最高处固定，并将最低处的泌水挡墙预留洞口封堵严实。

（4）在充填联巷内安设的充填钢管和PE塑胶管，根据施工进度进行拆除回收。

（5）充填收尾时，在充填联巷内与主胶带巷连接处打堰砌挡墙封堵。

2、充填方案

采空区开放式充填通常为矿层倾角3°以上的单倾矿层，便于利用充填浆料的自流作用将采空区充满充实。充填作业顺序一般为：在充填联巷内从低处到高处依次对连通的矿房进行充填，低处的采空区充满后，将充填管出浆口依次改接至高处的采空区，最后在充填联巷内与主胶带巷连接处打堰砌挡墙封堵，管路接在最高处，将采空区剩余空间充满充实。

主要线路布管均采用Φ219mm的钢管，矿房及联巷内均采用PE塑胶管布置。充填施工分块分段进行施工，作业时根据现场实际情况垒盐袋作挡浆墙，充填时根据充填进度进行管路拆除，尽量做到少丢管路。

3、充填施工方法

⑴充填前准备工作，检查各部位敷设充填管路卡扣和法兰盘连接处是否连接牢靠，PE塑胶管与钢管连接变头连接和PE塑胶管之间焊接是否牢靠。工作面充填PE塑胶管一次性布置到需要充填工作面上方。

⑵分块分段充填，要预先在矿房上部构筑充填挡浆墙，挡浆墙采用编织袋装尾盐制作，铺设挡浆墙宽度不低于2000mm。

⑶充填操作顺序：管路试水→充填→清管，工艺流程见图3-1所示。

图3-1充填工艺流程

⑷充填施工

在充填工作面和地面充填站安排专人负责电话联系，一人在充填工作面出浆口上方10～15m处进行观察，每隔15分钟到充填管出浆口处观察一次。巡查注意观察充填进度情况，观察浆体流速及挡浆墙的牢固性、渗水情况等，巡查人员必须在充填段上方及顶板支护完好的安全地点进行观察。发现问题及时与相关人员联系并进行处理。若发现充填区域内顶板开裂、片帮有淋水必须做好临时支护，临时支护可以采用打木垛或打点柱进行支护，确保充填施工安全。

经检查挡浆墙符合要求后，开始启动充填系统进行充填。首先将充填管路一次性接到充填位置，一般进入到充填矿房口以内3～5m处，采用把管路架设在充填区上口一次性充填，充填管出浆口固定牢固，向充填巷内按照由下而上的顺序进行充填，充填过程中施工人员随时观察充填情况，发现跑浆、挡墙变形、管路出浆不稳定、管路有堵塞等异常情况时，立即打电话通知地面充填站人员，停止充填并进行处理，确认管路正常，确保安全后方可继续施工。充填到各矿房上口1米时，开始构筑挡浆墙，继续充填快要结束时，将挡浆墙全部封堵进行充填。

3.1.2先回填后充填混合式充回填

混合式充回填法，即先对盘区内回采后的矿房进行回填，盘区内回填全部结束后再对矿房上部空间进行充填的一种方法，在条件允许时，能降低采充相互影响，降低充填泌水量，提高充回填材料适应性。工艺流程如下：

安装胶带输送机→安装局部通风机→排水→下料回填→接充填管路→下料充填→清管

1、先期回填工作

⑴回填前准备工作

将运送回填料的胶带输送机安设到回填作业点附近，每个回填盘区配备不少于3辆装载机（ZL50型与ZL30型相结合），在施工区域积水处安装潜水泵，通过消防水带将积水排到主无轨运输巷排水PE管内。

⑵回填施工方案

①回填作业时按照由外向里回填作业顺序，依次对盘区内的采空区进行回填。主要车辆运输路线和充填管路安设路线进行局部回填，留出车辆运行通道。

②回填高度：所有回填区域矿房、探矿巷道、胶带巷道、无轨巷道及联巷回填均分层分段进行回填施工，每层高度不超过4m，拉底过的高度根据现场实际施工需要控制，各区域回填到最后与顶板接顶高度不得高于2m。

③矿房内积水排放措施：将回填区域排水管路接入附近主无轨运输巷道排水管路中，经主无轨运输巷道排水管将积水排到采区水仓内，再经主要排水管路，将积水排到地面。

2、回填结束后的充填工作

回填结束后按照前文充填方法对矿房内剩余空间进行充填。

3.2操作要点

3.2.1回填作业操作要点

①在盐山回填料供给不足的情况下，从运新尾盐胶带输送机或尾盐堆棚内补料，保证正常回填生产需要。

②各盘区回填区域应形成完善的通风、照明、通讯、排水、供电、供水等系统，确保回填作业安全。

③矿房内集中积水量超过50m3时，必须安装排水泵及管道，排至集中积水量低于10m3后方可进行回填作业。

④当回填溜井堵塞时，应通过压风、振动器处理，确需采用淡水冲刷进行处理时，必须制定安全技术措施。

⑤现场部分矿房存在离层、开裂、片帮、冒顶等现象时，必须采取找掉、打点柱、架设木垛、架设支架等措施后方能继续作业。

3.2.2充填作业操作要点

1、井下采空区矿房的处理必须遵守“禁淡水、少卤水”的原则。

2、在充填作业前，以盘区为单项工程编制作业施工安全技术措施，经会审并组织员工培训合格后，方可进行充填作业。

3、充填结束后，必须对各个通风口进行密闭，确保不漏风。

4、充填作业中应严格控制不饱和卤水的使用，防止出现溶蚀现象。必须使用合格浓度指标的卤水（MgCl2≥25％），每班必须对卤水成份进行化验，并建立台帐。杜绝不饱和卤水进入井下充填。

6．应用实例

根据目前老挝开元钾盐矿的应用情况，高效充回填技术的充回填成本为26.79元/t。随着该技术的不断推广和充回填工艺的改进，预计可将成本控制在20元/t以内。该成果已在老挝开元、老挝中农两对钾盐矿井成功应用，已安全采出钾盐矿石2000多万吨，已实现直接经济效益61563.74万元，间接经济效益184725.83万元。

参考文献

[1]张兴民.关于低品位固体钾盐矿的溶解转化实验探讨[J].山东工业技术,2019(5):53.

[2]高红波,李涛.老挝固体钾盐矿床开采尾矿低成本充填技术研究[J].中国矿业,2020,29(3):140-143,148.

[3]郭雷,翟建波,施士虎,等.固体钾盐矿地下开采充填工艺研究[J].中国矿山工程,2017,46(3):46-48,51.

[4]翟建波,郭雷,逄铭璋.固体钾盐矿地下开采通风方式探讨[J].中国矿山工程,2017,46(4):43-47,68.