金川二矿区深部开采充填管路设计优化(1).pdf

ＳｅｒｉａｌＮｏ．５９８Ｆｅｂｒｕａｒｙ．２０１９现代矿业ＭＯＤＥＲＮＭＩＮＩＮＧ总第５９８期２０１９年２月第２期张丰田（１９７１），男，工程师，７３７１００甘肃省金昌市金川路。金川二矿区深部开采充填管路设计优化张丰田１，２郭慧高３赵崇武４陈仲杰４李凤１王登玉１（１．金川集团镍钴研究设计院；２．镍钴资源综合利用国家重点实验室；３．金川集团股份有限公司；４．金川集团公司二矿区）摘要金川二矿区深部开采工程纵深达１０００ｍ左右，充填料浆需从地表搅拌站经管道自流输送至７００ｍ中段各生产水平，充填系统管路设计是深部开采的重要保障。针对深部开采各个充填管路方案预设计工程量、钻孔和管线的长度、高差，分析对比了充填倍线，运用Ｓｕｒｐａｃ软件进行方案模拟，确定出１３５０，１１５０，１０００ｍ３个转段水平和四级钻孔设计方案，在避开了Ｆ１、Ｆ１６断层带，减少工程量的同时，确保了充填料浆自流输送合理倍线值为２～５．５，满足５６万ｍ３／ａ的充填能力，充填管道采用金属耐磨管，延缓了管道和钻孔磨损，为类似深部开采矿山充填系统管路优化提供了借鉴。关键词深部开采充填管路自流输送充填倍线ＤＯＩ１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４  ６０８２．２０１９．０２．０１９ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＦｉｌｌｉｎｇＰｉｐｅｌｉｎｅＤｅｓｉｇｎｏｆＤｅｅｐＭｉｎｉｎｇｏｆｔｈｅＮｏ．２ＪｉｎｃｈｕａｎＭｉｎｉｎｇＡｒｅａＺｈａｎｇＦｅｎｇｔｉａｎ１，２ＧｕｏＨｕｉｇａｏ３ＺｈａｏＣｈｏｎｇｗｕ４ＣｈｅｎＺｈｏｎｇｊｉｅ４ＬｉＦｅｎｇ１ＷａｎｇＤｅｎｇｙｕ１（１．ＪｉｎｃｈｕａｎＮｉｃｋｅｌＣｏｂａｌｔＲｅｓｅａｒｃｈ＆ＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．，Ｌｔｄ．；２．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＮｉｃｋｅｌａｎｄＣｏｂａｌｔＲｅｓｏｕｒｃｅｓＣｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｅｖｅＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ；３．ＪｉｎｃｈｕａｎＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．；４．Ｎｏ．２ＭｉｎｉｎｇＡｒｅａｏｆＪｉｎｃｈｕａｎＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｄｅｐｔｈｏｆｔｈｅｄｅｅｐｍｉｎｉｎｇｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆＪｉｎｃｈｕａｎＮｏ．２ｍｉｎｉｎｇａｒｅａｉｓａｂｏｕｔ１０００ｍ，ｔｈｅｆｉｌｌｉｎｇｓｌｕｒｒｙｎｅｅｄｔｏｂｅｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｄｆｒｏｍｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｍｉｘｉｎｇｓｔａｔｉｏｎｔｏｔｈｅｍｉｄｄｌｅｓｅｃｔｉｏｎｏｆ７００ｍｌｅｖｅｌｂｙｐｉｐｅｌｉｎｅｇｒａｖｉｔｙｆｌｏｗ，ｆｉｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｐｉｐｅｌｉｎｅｄｅｓｉｇｎｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｇｕａｒａｎｔｅｅｆｏｒｄｅｅｐｍｉｎｉｎｇ．Ｄｕｅｔｏｔｈｅｆｉｌｌｉｎｇｐｉｐｅｌｉｎｅｓｃｈｅｍｅ，ｔｈｅｆｉｌｌｉｎｇｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｑｕａｎｔｉｔｙ，ｌｅｎｇｔｈｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇａｎｄｐｉｐｅ  ｌｉｎｅｓａｎｄｈｅｉｇｈｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅａｒｅｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｓｔｏｗｉｎｇｇｒａｄｉｅｎｔｏｆｔｈｅｓｃｈｅｍｅｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｅａｃｈｏｔｈｅｒ，ａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｓｃｈｅｍｅｓａｒｅｄｏｎｅｂａｓｅｄｏｎＳｕｒｐａｃｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｓｃｈｅｍｅｏｆｆｉｌｌｉｎｇｐｉｐｅｌｉｎｅｏｆｔｈｒｅｅｌｅｖｅｌｓｏｆ１３５０，１１５０，１０００ｍａｎｄｆｏｕｒ  ｓｔａｇｅｄｒｉｌｌｉｎｇａｒｅｏｂ  ｔａｉｎｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔＦ１、Ｆ１６ｆａｕｌｔｚｏｎｅａｒｅａｖｏｉｄｅｄ，ａｎｄｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｑｕａｎｔｉｔｙｉｓｒｅｄｕｃｅｄ，ｔｈｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅｓｔｏｗｉｎｇｇｒａｄｉｅｎｔｏｆｔｈｅｆｉｌｌｉｎｇｓｌｕｒｒｙｂｙｓｅｌｆ  ｆｌｏｗｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｉｓ２～５．５，ｗｈｉｃｈｈａｓｒｅａｃｈｅｄｔｈｅｆｉｌｌｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆ５６００００ｍ３／ａ，ｂｅｓｉｄｅｓｔｈａｔ，ｔｈｅｆｉｌｌｉｎｇｐｉｐｅｌｉｎｅｉｓｍａｄｅｏｆｍｅｔａｌａｂｒａ  ｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｔｐｉｐｅ，ｗｈｉｃｈｄｅｌａｙｓｔｈｅａｂｒａｓｉｏｎｏｆｐｉｐｅａｎｄｄｒｉｌｌｈｏｌｅ．Ｔｈｅａｂｏｖｅｓｔｕｄｙｒｅｓｕｌｔｓｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｒｅｌｉａｂｌｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｐｉｐｅｌｉｎｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｆｉｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆｍｅｔａｌｍｉｎｅｓ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＤｅｅｐｍｉｎｉｎｇ，Ｆｉｌｌｉｎｇｐｉｐｅｌｉｎｅ，Ｓｅｌｆ  ｆｌｏｗｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，Ｓｔｏｗｉｎｇｇｒａｄｉｅｎｔ金川镍矿是世界上少见的多金属共生大型硫化铜镍矿床，目前有３座大型矿山。其中二矿区开采 Ⅱ矿区１＃矿体６～３０行矿体，走向长１６００余ｍ，倾角为６０～７５，平均厚９８ｍ，采用机械化盘区下向分层水平进路胶结充填法开采，矿石产量为４５０万ｔ／ａ，担负金川镍矿７５％生产任务。在新的国际政治经济形势下，随着镍铁供应量增大，镍等有色金属价格形成了易跌难涨的局面。为保持企业可持续发展，开发二矿区深部富矿资源显得愈来愈重要。二矿区主要生产中段为１０００和８５０ｍ中段，目前４８１０００ｍ中段已回采至１０１８ｍ分段，将陆续进入矿柱回采阶段，生产能力逐年下降。为实现二矿区１０００ｍ中段的产能接替，深部开采工程的建设迫在眉睫。深部开采工程回采范围为Ⅱ矿区１＃矿体底部８５０～５００ｍ矿体，总资源量为４０５２万ｔ，总充填采空区体积约１３５０万ｍ３，采矿量为１５０万ｔ／ａ，平均充填采空区体积约４９．５万ｍ３／ａ，即１５００ｍ３／ｄ，平均充填量约１７０１ｍ３／ｄ。充填料浆从地表１６８２ｍ搅拌站自流输送到井下７００ｍ，纵深达１０００ｍ，管线总长度接近２０００ｍ，如此深度在金川尚属首次，管道输送充填料浆难度进一步加大，如何合理设计充填系统管路，保证充填料浆正常输送至矿体深部非常关键。刘可任、刘同友、姚维信等［１  ３］都对料浆输送进行了研究，并阐述了充填倍线公式，推导了阻力损失计算的金川公式；姚维信等［３］还对金川矿区料浆的流动阻力进行了输送试验和测定计算。这些基础研究都可以作为充填系统管路设计的理论依据。１二矿区充填系统概况金川二矿区充填搅拌站采用高浓度细砂管道自流输送胶结充填工艺。其主要工艺特点自流输送胶结充填料浆以－３ｍｍ棒磨砂为主要骨料，普通硅酸盐水泥为胶凝材料，加水经搅拌后，依靠重力经管道自流输送至井下采场；砂浆质量浓度为７７％～７９％，灰砂比为１ ∶ ４，流量为８０～１５０ｍ３／ｈ；充填系统包括第二搅拌站和新建第三搅拌站，新建第三搅拌站设有３套１５０ｍ３／ｈ自流充填系统，与第二搅拌站２套１００ｍ３／ｈ自流充填系统可以满足充填的要求；井下充填料浆由地表经过１３５０，１１５０，１０００ｍ充填钻孔输送，经水平巷道减压后，再从充填回风道、充填回风井进入采场。深部开采工程充填系统示意见图１。图１二矿区深部开采充填系统示意２工程水文地质概况 Ⅱ １矿体的顶板围岩主要由大理岩、条带状混合岩以及少量二辉橄榄岩组成，稳固性相对较好，在二辉橄榄岩与大理岩或条带状混合岩接触处，局部有１～３ｍ蛇纹石透闪石绿泥石片岩，但分布不连续。底板围岩种类相对复杂，从内向外依次为二辉橄榄岩、辉石岩、蛇纹石透闪石绿泥石片岩、中薄层大理岩夹斜长角闪岩，岩石破碎，蚀变强烈，稳固性差。１３～１８行矿体下盘围岩主要为大理岩、花岗岩、混合岩。水文地质条件简单，有少量裂隙水，地表无补给。矿区构造以断裂为主，具长期性、继承活动的特点。矿区内主要断裂有Ｆ１断层，走向３００，倾向南西，倾度为６０，深部可能变陡。Ｆ１６断层为北西西向压性逆冲断层，走向３００，倾向南西，倾度为５０～７０，是Ｆ１深大断裂带的次级断裂，在矿区范围内断续出露长约５ｋｍ，宽２０～３０ｍ，最宽达６０～８０ｍ，其影响带还要宽。两盘围岩主要为黑云斜长片麻岩、大理岩、超基性岩和少量的绿泥石片岩、石墨片岩，是前两者的主要分界线。断层两侧岩层产状相交，上盘大理岩常形成褶曲，下盘断层面见仰冲阶梯，呈挤压性特征，对岩体下盘围岩有破坏作用。在含矿超基性岩体和围岩中，小规模的断裂和节理发育，ＮＷ向最为发育，其次为ＮＥ向。节理在矿岩体中普遍存在，碎裂构造在一些地段十分发育。从分布位置上看，主要出现在断层、断层破碎带、岩脉穿插部位、贫富矿接触带和岩矿体接触带。深部开采工程钻孔选择布置在矿体下盘１３～１８行稳固性好的大理岩、花岗岩、混合岩区域；此外下盘与矿体走向一致的Ｆ１、Ｆ１６断层对钻孔布置影响较大，设计时避开。３高浓度料浆管道输送参数计算自流输送是在一定高差产生的自然压头作用下，充填料浆依靠自重经充填管道自流输送至井下采场，生产中常用充填倍线来简化表示充填系统的特点，充填倍线为充填管道总长度与充填管入口与出口间的垂直高度之比值，充填倍线值反映了充填系统所能达到的输送能力，也表示了充填系统料浆输送的综合阻力。充填倍线计算公式如下［１  ３］Ｎ＝Ｈ＋ＬＨ＝ γ １．１５ｉ，（１）式中，Ｎ为充填倍线；Ｈ为充填管入口与出口间的垂直高差，ｍ；Ｌ为充填系统管道水平长度，ｍ； γ为料浆密度，ｔ／ｍ３；ｉ为料浆输送流动阻力，ｋＰａ／ｍ。５８张丰田郭慧高等金川二矿区深部开采充填管路设计优化２０１９年２月第２期金川矿区阻力损失计算公式如下［１  ３］ｉｊ＝ｉ０１＋１０８Ｃ３．９６ｖｇＤγ ｇ－１ υ ２Ｃ１／２ [] ｘ１． {} １２，（２）式中，ｉｊ为水平直管料浆水力坡度；ｉ０为水平直管清水水力坡度；Ｃｖ为料浆的体积浓度，％；ｇ为重力加速度，９．８１ｍ／ｓ２；Ｄ为管道直径，ｍ； υ 为料浆平均流速，ｍ／ｓ； γ ｇ为固体颗粒的密度，ｔ／ｍ３；Ｃｘ为固体颗粒沉降阻力系数。自流输送时，料浆在管道中的流动需克服管壁阻力和湍流的层间阻力，输送倍线值可理解为自然压头（即水力坡度）应负担多长管道的阻力，不同浓度的料浆水力坡度与流速之间的关系曲线见图２。水力坡度越小，料浆在水平管道中流动的速度就越低。当料浆流动速度小于临界流速时，管道中紊流就不足以维持固体颗粒悬浮，在重力作用下，大粒径物料开始离析、沉降，随着充填时间的增加，沉降越来越厚，最终造成管道堵塞。在充填系统高差一定的情况下，充填倍线过大则水力坡度越小，料浆达不到临界流速，容易离析沉降堵管。反之，充填倍线值太小则管路压力过大，管道震动剧烈，管路冲刷、磨损加重，甚至磨漏、爆管，漏浆后易堵管，大大增加了充填管的报废率，降低了充填管的使用寿命，同时也增加了生产过程中的故障停车次数，影响了充填体质量。图２料浆水力坡度与流速关系曲线［３］金川矿区高浓度细砂胶结充填料浆浓度为７８％，黏性大，固体颗粒不易沉降，能产生类似于结构流的流体，料浆流态呈似宾汉流体特性，流速为２．８～３．２ｍ／ｓ，当料浆浓度在７９％，配比为１ ∶ ４（水泥∶ 集料），６０ ∶ ４０（棒磨砂∶ 戈壁料）时，料浆在不同流量以及不同管道直径下，料浆流动阻力计算结果见表１［３］。可实现自流输送的充填倍线计算结果见表２。表１不同流量和管径下料浆流动阻力计算结果浓度／％管径／ｍｍ不同料浆流量的流动阻力／（ｋＰａ／ｍ）６０ｍ３／ｈ７０ｍ３／ｈ８０ｍ３／ｈ９０ｍ３／ｈ１００ｍ３／ｈ１１０ｍ３／ｈ１２０ｍ３／ｈ７９９０３．９６０４．５７０５．１８１５．７９２６．４０３７．０１３７．６２４１００２．６７０３．０７１３．４７１３．８７２４．２７３４．６７３５．０７４１１０１．８８４２．１５７２．４３１２．７０５２．９７８３．２５２３．５２６１２５１．１９７１．３６１１．５２６１．６９０１．２３３２．０１８２．１８２１４００．８１６０．９２０１．０２４１．１２９１．２３３１．３３７１．４４１１５００．６５２０．７３１０．８１００．８９００．９６９１．０４８１．１２７表２不同流量和管径下自流输送的充填倍线计算结果浓度／％管径／ｍｍ不同料浆流量的充填倍线８０ｍ３／ｈ９０ｍ３／ｈ１００ｍ３／ｈ１１０ｍ３／ｈ１２０ｍ３／ｈ１３０ｍ３／ｈ１４０ｍ３／ｈ１５０ｍ３／ｈ７９９０３．３３６２．９８４２．６９９２．４６４２．２６７２．０９９１．９５４１．８２８１００４．９７９４．４６３４．０４５３．６９８３．４０６３．１５７２．９４１２．７５４１１０７．１０９６．３９０５．８０２５．３１４４．９０２４．５４９４．２４３３．９７６１２５１１．３２８１０．２２８９．３２２８．５６４７．９２０７．３６６６．８８４６．４６２１４０１６．８７４１５．３１４１４．０１８１２．９２５１１．９９０１１．１８０１０．４７３９．８５１根据金川矿区浆体管道重力输送的经验，砂浆输送倍线值为１．５～５比较理想，超过７时完全不能输送。４充填管路布置优化鉴于二矿区地表充填站周围地形可以布置钻孔的位置不断减少，考虑到充填钻孔的后续接替工程，结合现有充填站、钻孔位置、１６００ｍ充填斜井、１３５０ｍ水平工程布置情况及Ｆ１、Ｆ１６断层情况，选择在地表第二、第三充填搅拌站与第一搅拌站之间合适的位置布置１组深部开采充填钻孔，按１０条考虑，钻孔参数借鉴已有孔径，净直径为２９９ｍｍ或２１９ｍｍ，掘直径为４００ｍｍ或３２０ｍｍ，套管壁厚４０ｍｍ或１６ｍｍ，采用耐磨材料，固管用８００＃水泥。相应在１６２７，１３５０，１０００，１１５０，８２６ｍ各水平设计钻孔联络道（净断面４ｍ４ｍ）及硐室工程（净断面４．５ｍ４．５ｍ），断面为半圆拱形，采用双层喷锚网６８总第５９８期现代矿业２０１９年２月第２期或钢筋混凝土支护。根据钻孔施工工艺，孔深在３００ｍ以内偏斜率控制较好。所以初步考虑分段、分级布置钻孔，按三级或四级设计，第一级为地表～１３５０ｍ（３３０ｍ），第二级为１３５０～１１５０ｍ（２００ｍ），第三级为１１５０～８２６ｍ，或第四级为１１５０～１０００～８２６ｍ，这样１３５０，１１５０ｍ水平各有２００ｍ左右水平充填联络道可供钻孔料浆释放压力，将充填倍线控制在２～５。１０００ｍ中段１４行回风井联络道水平段长度较短，不利于充填管道释放压力，充填倍线较小；但在该水平倒段钻孔不穿过Ｆ１６断层，有利于钻孔在施工和生产期间处于稳定围岩中，可在１０００ｍ直接施工钻孔至７００，６００ｍ中段。钻孔布置纵投影见图３。图３二矿区深部开采１５行钻孔剖面４．１一级钻孔布置４．１．１方案Ⅰ 在Ｆ１６断层下盘，沿Ａ２组钻孔向北，第三搅拌楼对面Ｆ１断层上盘（水沟路边，标高１６８０ｍ），钻探队办公室后平台，布置一组１０条  ２９９ｍｍ３３０ｍ钻孔（净  ２９９ｍｍ，掘  ４００ｍｍ，  ４０ｍｍ耐磨套管，８００＃水泥固管），相应在１６００和１３５０ｍ水平施工钻孔联络道和钻孔硐室。１６００ｍ联络道长７０ｍ，硐室长６０ｍ，此段倍线为５．３；１３５０ｍ联络道长约８５ｍ，硐室长６０ｍ，１３５０ｍ水平管线总长为５７３ｍ，此段倍线为２．１。总工程量约２７５ｍ，地表开挖量较小，约１０００ｍ３。亦可考虑三期小井和一期小井贯通，作为安全出口。管线至终端８２６ｍ副中段总长为１７８３ｍ（１３０＋５７３＋３８０＋７００），垂高为８５４ｍ（１６８０－８２６），充填倍线为３．０９。４．１．２方案Ⅱ 在Ｆ１６断层上盘，沿Ａ４组钻孔向南，顺河沟路边，边坡较为平缓（标高１６８５ｍ），布置一组１０条  ２９９ｍｍ３３５ｍ钻孔，在１６００和１３５０ｍ水平施工钻孔联络道和钻孔硐室，１６００ｍ联络道长４０ｍ，硐室长６０ｍ，管线总长为２８６ｍ，此段充填倍线为５．５～６．３；１３５０ｍ联络道长约２０ｍ，硐室长６０ｍ，管线总长为３５０ｍ，此段水平管线长６３６ｍ，充填倍线为２．９。总工程量约１８０ｍ，地表开挖量较大，约３０００ｍ３。至８２６ｍ管线总长为２００２ｍ（２８６＋６３６＋３８０＋７００），垂高为８５９ｍ（１６８５－８２６），充填倍线为３．３３。此方案也可以施工一条直接通至１１５０ｍ试验钻孔，１１５０ｍ联络道长１００ｍ，硐室长６０ｍ，联至粉矿道尾部，工程总量为２６０ｍ，１１５０ｍ水平管线长１０００ｍ，此段倍线为３．４。至８２６ｍ总管线长７８张丰田郭慧高等金川二矿区深部开采充填管路设计优化２０１９年２月第２期度为１９８６ｍ（２８６＋１０００＋７００），垂高为８５９ｍ，充填倍线为３．３１。４．１．３方案Ⅲ 在Ｆ１６断层下盘，第三搅拌站以西，毛堆下，后院平台（标高１６８９ｍ），原为民居小院，布置一组１０条  ２９９ｍｍ３３９ｍ钻孔，在１６００和１３５０ｍ水平施工钻孔联络道和钻孔硐室，１６００ｍ联络道长２５ｍ，硐室长６０ｍ，管线总长为１１５ｍ，此段充填倍线为４．８；１３５０ｍ联络道长约１００ｍ，硐室长６０ｍ，管线长４２５ｍ，此段充填倍线为２．６；总工程量约２４５ｍ，地表开挖量较小，平整一条上坡路，约１０００ｍ３。至８２６ｍ总管线长度为１６２０ｍ（１１５＋４２５＋３８０＋７００），垂高为８６３ｍ（１６８９－８２６），充填倍线为２．８８。经综合比较，方案Ⅰ在Ｆ１６下盘与Ｆ１上盘之间，不穿过断层；围岩为花岗岩、大理岩区和混合岩区，稳定性好；工程量小；充填倍线为３．０９，故该段选方案Ⅰ。４．２二级钻孔布置４．２．１方案Ⅰ 在１３５０ｍ水平Ａ１组钻孔硐室位置延伸６０ｍ作为钻孔硐室，布置一组１０条  ２１９ｍｍ２００ｍ钻孔（净  ２１９ｍｍ，掘  ３２０ｍｍ，  １６ｍｍ耐磨套管，８００＃水泥固管），钻孔硐室６０ｍ，无需施工联络道；１１５０ｍ施工钻孔硐室６０ｍ，钻孔联络道３０ｍ，与Ｂ３  ３贯通，１１５０ｍ水平管线长３８０ｍ；此段工程量为１５０ｍ，充填倍线为２．８。４．２．２方案Ⅱ 在１３５０ｍ水平Ｅ组钻孔硐室位置延伸６０ｍ，作为钻孔硐室，布置一组１０条  ２１９ｍｍ２００ｍ钻孔；１１５０ｍ施工钻孔硐室６０ｍ；此段工程量为１２０ｍ，充填倍线为１．３。４．２．３方案Ⅲ 在１３５０ｍ水平Ｂ３  ３组钻孔硐室开口位置施工一条６０ｍ钻孔硐室，布置一组１０条  ２１９ｍｍ２００ｍ钻孔；１１５０ｍ施工钻孔硐室６０ｍ，钻孔联络道２５ｍ，与Ｂ３  ３贯通，水平管线长２１０ｍ；此段充填倍线为２．１。经综合比较，方案Ⅰ在Ｆ１６上盘，不穿过断层；工程量小；矿岩稳定性好；充填倍线为２．８，故该段选方案Ⅰ。二级钻孔布置见图４。图４二矿区深部开采１３５０ｍ钻孔及钻孔联络道布置８８总第５９８期现代矿业２０１９年２月第２期４．３三级／四级钻孔布置４．３．１方案Ⅰ 在１１５０ｍ水平１５～２０行中１４行风井下盘道位置打穿脉道６０ｍ作为钻孔硐室，布置一组１０条  ２１９ｍｍ３２４ｍ钻孔，１１５０ｍ管线长３８０ｍ，８２６ｍ水平管线长７００ｍ，此段要穿过Ｆ１６断层。４．３．２方案Ⅱ 为避开Ｆ１６断层，特在１０００ｍ倒段增设四级钻孔布置，钻孔从１１５０ｍ经１０００ｍ至８２６ｍ，１０００ｍ倒段风井联络道短，水平段管线短，此段充填倍线为２．１５，压头较大，料浆流速大，管道磨损快，易磨漏。因此，需布置休息硐室和安装通讯设施，充填工需及时更换管路。经综合对比，采用方案Ⅱ，避开Ｆ１６断层，以避免钻孔施工中偏斜，以及在料浆输送过程中钻孔位于不稳定断层破碎带中易磨漏、易塌孔损毁、使用寿命短等问题。采用四级布置钻孔的方式设计整个系统，第三级钻孔布置见图５。第四级钻孔布置见图６。将来随着钻孔施工工艺的改进和生产管理水平的提高，可探索和试验５００ｍ左右的深、大直径钻孔，以减少钻孔布置级数，简化充填系统，提高充填效率，有利于充填管理。图５二矿区深部开采１１５０ｍ钻孔及钻孔联络道布置５预期效果项目基建为７ａ，预计回采矿石量４０５２万ｔ，镍品位为１．５２％，铜品位为０．９％；回采镍金属量６１  ４３万ｔ，铜金属量３６．２５万ｔ；总投资额为６３１２万元，其中，巷道及硐室为１３５０万元，钻孔及安装费用为４９６２万元；预计总充填量为１３５０万ｍ３，充填钻孔平均寿命为１３５万ｍ３／条；综合收益率达２３．６２％；充填系统服务年限达３０ａ。６结语（１）金川二矿区深部开采充填系统纵深达千９８张丰田郭慧高等金川二矿区深部开采充填管路设计优化２０１９年２月第２期图６二矿区深部开采１０００ｍ钻孔及钻孔联络道布置米，地压大，地质条件复杂，钻孔布置时宜避开断层，选择稳固性好的围岩区域，可防止塌孔，有利于施工，延长钻孔使用寿命。（２）高浓度细砂管道自流输送工艺充填管路复杂，设计时将试验测算与实际经验相结合，合理选取充填倍线，宜在２～５．５，以保证料浆稳定输送至各个生产中段，减少管路的堵塞和磨损，延长系统服务年限。（３）由于钻孔施工工艺和生产管理水平所限，千米纵深的充填系统钻孔分为四级柔性布置，每一级控制在３００ｍ以内，确定１３５０，１１５０，１０００ｍ３个倒段中段，料浆经每一个中段的水平巷道泄压后平稳输送至各采场。（４）为减少料浆阻力，防止管路磨漏，钻孔套管及水平管线宜采用金属耐磨材料，以保证充填系统的平稳性、耐久性和稳定性。此设计对类似工程条件的深部开采矿山充填系统管路设计具有一定的参考和借鉴意义。参考文献［１］刘可任．充填理论基础［Ｍ］．北京冶金工业出版社出版，１９８５．［２］刘同友．充填采矿技术与应用［Ｍ］．北京冶金工业出版社出版，２００１．［３］姚维信，姚中亮，刘洲基，等．高浓度大流量管输充填技术与工艺［Ｍ］．北京科学出版社，２０１４．（收稿日期２０１８  １２  ０７责任编辑何伟）０９总第５９８期现代矿业２０１９年２月第２期

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