充填井

充填井是採礦充填系統中，用來輸送充填料的井。按充填料的運輸方式充填井分為管道水力輸送充填井和重力自溜輸送充填井。

基本介紹

• 中文名：充填井
• 外文名：filling shaft
• 定義：輸送充填材料到井下的專用井筒
• 分類：管道水力和重力自溜輸送充填井
• 井內配置：井內應設提運管子和人員的設備
• 直徑或邊長：一般大於最大合格廢石塊度4～8倍

簡介

充填井是輸送充填材料到井下的專用井筒。

管道水力輸送充填井用來鋪設輸送充填材料的管道，它可以是豎井，也可以是任何傾角的斜井，但不能有逆坡；井筒的斷面尺寸應考慮便於搬運、安裝和拆卸管道。井內應設提運管子和人員的設備。如果有措施井或副井可以利用，則不必開鑿專用的充填井。

重力自溜輸送充填井主要用於廢石充填的礦山，位置應選擇在堅固且不含水的岩層中：一般用豎井，若用斜井，則傾角應不小於65°。井筒上口鋪格篩，以防不合格的大塊廢石或雜物混入井中而堵塞；下口設溜口和閘門或振動出礦機。井筒的斷面尺寸應考慮便於掘進施工和至少能貯存1.5個充填班所需的廢石量，圓井的直徑或方井的邊長，一般應大於最大合格廢石塊度的4～8倍。

充填井場地總平面布置

充填井場地總平面布置要求合理確定地下礦充填井口地面建築物、構築物、運輸線路和各種工程管線等的平面和豎向位置。根據不同的充填料，場地內設有充填料破碎篩洗車間、料倉（砂倉）、水泥倉庫、堆場、泥漿泵站、沉澱池以及相應的水電供應設施、運輸線路、行政管理和必要的生活設施。如果井口附近的充填料的強度、化學成分、粒徑和粒級組成以及密度、滲透性等物理性質不能滿足要求時，還要另選採石場開採充填料。充填井場地總平布置除遵循礦山工業場地總平面布置原則外，應充分利用地形坡度，採用台階式布置，縮短運距，減少能量消耗和工程投資。

地下礦充填系統設計

地下礦充填系統設計：將製備的充填料輸送到地下採礦場和採空區進行充填的地下未礦工程設計。在地下採礦時，隨著採礦作業的推進而出現的採空區，必須加以充填，以防止礦體頂板塌陷。充填系統的種類繁多。因充填材料不同，可分尾砂充填、山砂（河砂或海砂）充填、廢石充填、碎石充填、戈壁集料充填、混合料充填和添加膠結劑的膠結充填等；依運搬方式，又可分為人力運搬充填、電耙充填、機械化（鏟運機或卡車）充填、拋擲充填、風力充填、水力充填和各種形式的聯合充填。主要設計內容包括:充填系統選擇、充填材料選擇、充填材料量及充填能力確定、充填料製備和輸送等。充填系統選擇中國金屬礦山主要採用尾砂水力充填系統及其膠結充填系統。如凡口鉛鋅礦、金川有色金屬公司各礦山、錫礦山銻礦、水口山礦務局柏坊銅礦、吉林鎳業公司付家塢礦、紅透山銅礦以及三山島、焦家、新城等絕大多數金礦。其次是山砂水力充填和人力運搬的廢石充填。風力充填、機械化充填和拋擲充填很少套用。主要原因是尾砂充填料來源充足，管道輸送能力大，具有維護和管理簡便和充填成本較低等優點。山砂水力充填適用於非膠結，沒有尾砂或河沙可用的礦山，其缺點是水耗量大、管壁及管件磨損較嚴重，該系統在波蘭的礦山套用較廣泛，在中國會澤鉛鋅礦、錫礦山銻礦、湘潭錳礦使用較成功。廢石充填在某些礦業發達、機械化水平較高的國家，同時有露天與地下開採的礦山，使用比較廣泛，少量的廢石充填礦山仍靠人力運搬。與水力充填相比，主要是粉塵濃度高、作業環境惡劣。往充填材料中摻加水泥等膠凝材料即形成相應的膠結充填系統，適用於開採有色金屬的富礦體。充填材料選擇可供選擇的充填材料有:廢石或專門開採的塊石，選礦尾砂或自然堆積的細砂（風砂、河砂），戈壁積料和破碎加工的山砂，冶煉爐渣和各仲工業廢料以及用水泥或其他活性材料製備的各種膠結充填料。設計中除考慮資源充足、具有一定強度、不泥化、價格低、不含有害和有毒物質外，還要結合回採工藝、材料製備、運輸方式和經技術經濟比較後確定，要優先考慮利用本礦的尾砂和掘進、剝離廢石作充填料。尾砂用作回採采場或採空區充填料時，一般要求小於0.03mm的粒級不大於5%，滲透速度不小於scm/h；用尾砂作膠結充填骨料時，分級界限可適當降低；充填孤立或嚴密隔離的採空區時，可採用全粒級尾砂作充填料。用水泥作膠結材料時，一般採用低標號的散裝水泥，有條件的礦山可考慮摻入部分粉煤灰和生石灰等作代用品，以降低水泥用量。

相關名詞

地下礦開拓

為開採地下礦床，從地面向地下開掘一系列的井筒、巷道以通達礦體的地下工程總稱。其目的在於形成運輸、提升、通風、排水、供電、供水、輸送壓氣以及采場充填等系統，以滿足採礦工藝過程的需要。形成開拓系統的井巷主要有平硐、豎井、斜井、斜坡道、各類盲井、石門、馬頭門、主要運輸平巷、主溜井、主充填井、主迴風巷、風井、井底車場及各種主要硐室等。

地下礦開拓是地下開採礦山基本建設的主體工程。開拓系統一經建成，很難更改，即使進行局部改建，也需花費大量投資和時間，而且在改建時間內還可能影響生產。因此，在設計前，首先應確定礦床開採順序、開採範圍、採空區周圍岩層可能移動的範圍及其對地表的影響，然後根據地形條件、礦床賦存條件、工程地質條件、選礦廠廠址、擬採用的採礦方法、採礦設備、裝載運輸設備、提升設備等，確定井巷類型、數量和規格，並按照井巷布置原則布置井巷。

井巷布置原則：主要是：（1）保證礦井生產安全，在保證各工藝系統暢通的條件下，儘可能減少井巷工程量，使投資省、工期短、投產快。（2）井巷布置要匹配合理，使生產方便、管理集中、生產經營費低。（3）當井下發生水災、火災、大規模地壓活動、地震以及其他災害時，為保證井下人員安全，每個礦井至少要有兩個獨立通往地面的安全出口，兩個安全出口之間的距離不得小於100m；大型礦井、採礦技術條件複雜或走向長度大於1000m的礦床，必須在端部增設安全出口；位於地震區的礦山應考慮防震措施。

井巷位置選擇：位置應儘可能選擇在穩固的岩層中和採空區周圍岩層移動範圍以外，避開含水層、大斷層、大破碎帶、岩溶發育地層和流砂層；通地面的出口應不受地面塌陷、滑坡、土石流、山洪、山坡滾石、雪崩、森林火災等自然災害的影響，出口位置應高於歷年最高洪水位3m以上。用於提升或運輸礦石的豎井、斜井、斜坡道、平硐、主盲井、主溜井，最好布置在礦體下盤岩層移動範圍以外最小運輸功的位置上或附近，且應考慮礦石向選廠或對外運輸的方便。平硐、斜井、豎井、斜坡道的出口處，應有足夠的工業場地，以便布置調車場，井口建築物、構築物、材料堆場、廢石場等，且應不占或少占農田。若井巷或建築物、構築物必須位於採空區岩層移動範圍以內或可能受岩層移動的影響時，必須留保全礦柱予以保護。

井巷斷面：影響確定井巷斷面的因素有：礦井的生產能力、通過井巷的設備的外形尺寸、井巷內的設施、管纜裝設所需要的斷面，通過井巷的風量和允許的風速、必需的安全間隙等。此外，還應預留一定的提升運輸能力和增設管纜所需的斷面，為以後擴大礦井生產能力創造條件。

地下採礦工程設計

從地下采出有用礦物（礦石）的採礦工程設計。通常自地表開鑿通向礦體的井巷，形成礦石、廢石、人員、材料、設備的通道，建立提升、運輸、通風、壓縮空氣、供電、供水、排水、充填和通訊等系統。選用安全、高效、經濟的採礦方法和設備，經鑿岩、爆破、裝運將礦石采出並處理採空區。地下採礦工程設計的範圍包括：地下礦設計規模確定、地下礦開採移動範圍設計、地下礦開拓設計、礦山井巷工程設計、地下採礦方法設計、地下礦充填系統設計、地下礦爆破設計、地下礦通風防塵設計、地下礦提升設計、地下礦運輸設計、地下礦排水設計和地下礦內因火災防治設計等。地下礦與露天礦相比，其開採特點是：技術複雜，資源和開採技術條件變化大，生產環節多，管理要求高；井巷斷面和采場空間限制了大型高效採礦設備的套用；勞動條件差和生產規模較露天開採低等。20世紀50年代以來，隨著冶金工業的發展，國內外開採技術發展很快，金屬礦山地下礦生產規模不斷擴大，世界最大的智利特尼恩特（ElTeniente）銅礦年產礦石3800萬t左右；瑞典基律納鐵礦年產礦石近3000萬t；澳大利亞芒特艾薩銅鉛鋅礦年產礦石約1000萬t。60年代，中國相繼建設了程潮鐵礦、梅山鐵礦、鳳凰山銅礦和金川鎳礦等地下礦，設計規模從幾十萬噸到數百萬噸。如梅山鐵礦500萬t；金川有色金屬公司第二礦區256萬t；銅礦峪銅礦400萬t。

（1）地下礦設計規模確定。地下礦設計規模合理與否，直接影響礦山基建工程量、設備選型和數量、基建投資、採礦成本、勞動生產率、礦山服務年限和企業經濟效益等主要技術經濟指標。設計規模要根據資源條件、技術可能、經濟合理和市場需求確定。

（2）地下礦充填系統設計。包括充填料製備、輸送和充填工藝等設計。常用的充填料有惰性材料（廢石、砂等）、膠結材料（水泥、爐渣等）和添加材料（絮凝劑、速凝劑等）。根據採礦工藝對充填體強度的要求，進行充填材料及配比的選擇、製備站工藝流程與設備配置、充填管路和采場充填設施設計。

（3）地下礦爆破設計。分淺孔、中深孔、深孔和硐室爆破。設計一般多採用排孔微差爆破、擠壓爆破、光面爆破和大孔徑爆破等新技術，以提高爆破效果和降低成本。

（4）地下礦開拓設計。包括開拓系統選擇和井巷工程設計。在由地表至礦體開掘的井巷中，須配備安裝相應的運輸、提升、通風、供排水、壓氣管路等設備和設施，形成完整的生產體系。地下礦開拓有：平硐、斜井、豎井、斜坡道和聯合（兩種以上開拓方式組合）等開拓方式。設計根據礦床的埋藏條件、地形地貌、生產規模、採礦工藝和選廠廠址等因素，提出多方案進行比較。以基建工程量少、投資省、建設快、技術先進、生產安全、少占農田、經濟效益好，經綜合比較選取最優方案。

（5）礦山井巷工程設計。其主要內容包括：平巷、斜井、豎井、斜坡道、礦石溜井、硐室及其斷面形狀選擇和支護結構等設計。

（6）通風、防排水及防火。為保障地下礦人員健康和生產作業安全，設計中須對地下礦通風、疏乾和排水、防治內因火災等採取相應措施。在井下生產過程中，常產生有害氣體和粉塵，採用機械通風和噴霧灑水除塵等措施，使井下空氣達到國家規定的標準。開採地下水湧水量大的礦床，常藉助巷道、疏水孔、明溝等各種疏水構築物，預先降低開採地區的地下水位，以保證採掘工作正常和安全進行。地下水排水設計，確定排水系統、設定排水泵房、選擇排水設備、布置水倉，並選定沉澱細泥的清理方式。開採高硫礦床或含炭質圍岩和有發火可能時，設計中要採取相應措施。

（7）地下礦提升設計。地下礦採掘的礦岩，通常要經過提升、運輸才能運至地表。提升按井筒傾角可分豎井、斜井兩種方式。按提升容器分，豎井有罐籠和箕斗；斜井有箕斗、台車和礦車。中小型地下礦多用罐籠提升；深井廣泛採用多繩提升機提升，其主要設計內容包括：確定提升方式及系統、計算提升能力、選擇設備、採取安全及輔助設施和粉礦回收設施等。

（8）地下礦運輸設計。地下礦運輸方式分有軌（機車、無極繩）、無軌（地下汽車、鏟運機）和膠帶輸送機三種。運輸設備根據礦山開拓方案、運量、礦物品種、礦石性質和採礦方法等綜合分析、計算選定。有軌運輸用機車，需進行機車及礦車的選擇，進行列車組成和運行計算及驗證運輸薄弱環節的通過能力。無軌運輸常用汽車，需進行汽車選型和運輸計算；進行運輸巷道的規格、坡度、彎道半徑、道路路面結構等設計。

設備選型：為滿足設計生產能力的要求，須進行各種設備比較，選用投資少、生產成本低、能耗少、經濟效益好的設備。

發展趨勢：以提高礦山生產效率和資源利用為中心，發展高效率、低成本、大孔採礦法、礦塊崩落法、機械化充填採礦方法；推廣無軌設備，擴大產量，提高經濟效益，減少礦石貧化與損失。