全尾砂胶结充填工艺在金属矿山中的应用.pdf

。 ， 尾 砂 麟 充 虹 艺 在 金 底 舢 中 长沙矿山研究院 【 摘要 】垒尾 砂胶结充填技 术近十几年来在 我国 不断得到发 展． 完善．已 在不少矿山 推广应 用。车文重点介绍了全尾砂高维度 ， 全尾砂膏体泵送，全尾砂高水逮凝固化胶结充填工艺在凡口 铅锌矿，金川镍矿， 招远金矿的试验殛应用情况。 殛采用低康材料替代水泥水胶凝剂，降低充 填成车的情况。并对全尾砂膛结充填工艺的选择与应用提出建议。 关 键 词 全 星 堕 直 垒 壅 塞 丝 查 墨 盟 一 THE A吼I CAT1 0N 0lF W H0LE TA Ⅱ． G CEMI TE D F I L L G TE CHNoL0GY DJ METAL I J I C MDJ E S Ch a n g s h a Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Mi n e Ya n J u n y u e 【A I T R A C T 1 T h e w h o l e t a U lt c o n e n t e d f U l h t e c b a q u e h a s a c q u i r e d d e Mp men t u n c e a s i n g l y t o p e r f e c t i o n i n o ur c o u n t r y f o r t he l a s t mo l e t h a n t erl y e a r s ， a n d t h e r e a r e q u i t e a f e w m i n e s h a s ma de e x t e n d a p p l i c a t i o n ． Th i s p a p e r i n t r o du c es wi t h e m p ha s i s t h e c o n d i t i o m o f ex p e r i me n t a n d a p p l i c a t i o n t h e t e c h n o l o g y o f c e m e n t e d fr il l i n g O i l wh o l e t a n i n g h i g h c o n c e n t r a t i o n , wh o l e t a d i T 1 g p a s t e ma s s p u mp u p ， wh o l e t a il i n g h ig h w a t e r quic k s o l i d i f y in F a n k o u L eadz i n c Mi n e , J i n c h u a n Ni c k e l M i n e a n d Z h a o y u a n Go l d Mi m a s t h e c o n di t i o n s o f l o we r c o s t wi th t h e u s e o f c h ea p ma r i a is i n s t ead o f c em en t wa t e r g u m q ui c k s o l i di f y a g en t ． An d p ut f o r wa r d a p r op o s a l on th e s e l e c t i on a n d a p p l i c a t i o n to t h e t e c h n o l o gy o f wh o l e mil ing c e x n e nt e d f il l i n g ． KEY W ORDS W h o l e t a a i n g c ne n t e d V a l i ng M e t a l l i c mines r ml n g s y s t e m F Wmg ma t e r i a l s 1 全尾砂高浓度胶结 充填工艺 全尾砂高浓度胶结充填料是由胶凝剂 水泥 、 钱粒级尾砂和水混合剂制成的高质 量胶结充填料浆。高浓度全 尾 砂 粒 度 细 一 5 0 u rn 粘度大， 自然安息角大 达 9 0 。 ， 在贮料仓内流动性差，易结拱。因此，放料 在贮料仓内流动性差，易结拱。因此，放料 设备应选用振动出矿机带破拱装置的放料机。 这种充填工艺技术关键是将料浆活化搅拌成 具有触变性的滨汉流体 ， 含水量少，料质均 匀，流动性好。凡口 铅锌矿全尾砂中细粒级 尾砂高， 一 3 7 u rn 占4 2 ． 3 3 ％～6 4 ． 9 2 为了 缓解充填料的严重不足， 1 9 9 i 年成功地试验 了全尾砂高浓度胶结充填工艺 ，并在生产中 l 6 有色矿山1 9 9 8 4 维普资讯 广泛应用，使之成为国内首家无尾砂矿山。 其充填工艺流程来自选厂的尾砂浆 重量 浓度过期 1 5 ％--2 0 ％ 经 d 9 o o o m m的高效浓 密机一段胶水沉砂 重量浓度达 5 0 ％ ，再进 入 6 8 m 圆盘真空过滤机二段脱水，获取含水 率 2 0 ％～2 2 ％。的湿尾砂滤饼，由 6 5 0 m m宽 的皮带输送机送至卧式砂仓 。充填时，用电 耙耙运到中暗贮料仓，经C WZ 一Ⅱ型带破拱 架的振动放料机均匀供给计量皮带运输机送 至双轴叶片式搅拌机与水泥浆初步搅拌，再 经高速强力搅拌机二次强力活化搅拌，从而 强化了水泥的水化作用，改善了充填科的强 度特性和流动性。 制备好的均匀高浓度全尾 砂料浆通过 击 1 2 5 ra m管道自流进入钻孔和井 下充填管路，以滨汉流体形式充填采场。 充 填料浆进入采场后不离折，不需脱水，水泥 不流失，不造成井下污染，采场不需平场， 表面光滑平整，形成高质量的充填体 该充 填工艺尾砂利用率高达 9 5 ％以上，系统生产 能力达 4 8 --5 4 m ／ h 。当灰砂比为 1 4 ～1 5 ， 料浆浓度为 7 5 ％～8 0 ％时，充填体强度 2 8 天 达 2 ． 4～3 ， 8 MP a ；当砂比为 l 7 ～l 8 ，料浆 浓度为 7 0 ％--7 5 ％时，充填体强度 2 8 天达 0 ． 8 5 ～I _ 3 0 M P a 。由于料浆输送过程中管道 压力损失大，充填过程中要保待高浓度的输 送，最大充填倍线受到限制 。因此，对充填 倍线小的，可采用自流输送；对充填倍线在 的靠泵压输送，从而确保全尾砂高浓度胶结 充填的质量。济南钢铁总厂铁矿也已采用全 尾砂高浓度胶结充填工艺，将选厂尾砂全部 用于井下充填，成为我国无尾砂库的矿山。 该矿还试将活化搅拌技术与泵送技术结合使 用，以克H 充填倍线大的问题，其技术经济 性尚待观察 。 全尾砂高浓度胶结充填工艺为尾砂产率 低，充填料来源困难、 地表不能建造尾矿库 的矿山开采走出了一条新路，具有广阔的应 用前盘 ’ 。 2 全尾砂膏体泵送胶结 充填工艺 全尾砂膏体泵送胶结充填工艺的特点 ①充填料浓度很高，具有较大屈服应力和塑 性粘度需要泵压输送；②充填料在管内呈 “ 栓塞” 状流动，低速输送不沉淀，不离析， 对管壁磨损小；③充填料在采场不需脱水， 水泥不流失； ④充填料中的细粒级料浆可作 为粗颗粒载体，能适应充填料来源的多样化 ； ⑤水泥耗量可降低 2 0 ％ --3 0 ％ ； ⑥减少尾砂占 地，解决对地表及井下的污染。金川公司二 矿区 1 9 9 3 年成功试验了全尾砂膏体泵送胶结 充填工艺，为充填法矿山又找到一条充分利 用尾砂的新途径。 该充填工艺采用两段搅拌， 一 段为双轴叶片搅拌机搅拌，二段为双螺旋 输送机搅拌。其工艺流程选厂尾砂浆用高 效深度机胶水除泥，使全尾砂浓度达到 5 0 ％ ， 通过管道到达充填搅拌站立式砂仓贮存 。 充 填时，将砂仓中尾砂浆放出6 0 ％ --6 5 ％ , 用大 型水平带式真空过滤机制成含水率 2 2 ％ --2 4 ％ 的湿尾砂滤饼，经皮带输送机送至双轴叶片 搅拌机搅拌；细石及棒磨砂由振动给料机给 料；水泥及粉煤灰预先已在制浆桶内制成灰 浆放入双轴叶片搅拌机一起搅拌；充填骨料 及水泥浆经双轴交叉叶片交替推滚抛掷前进， 搅拌时间不到半分钟，已初步形成膏体排料， 排料进入双螺旋输送机进一步搅拌，制备成 良好均匀的膏体胶结充填料再经泵压输送至 采场充填 。 3 全尾砂 高水速凝固化 胶结充填工艺 莪国 1 9 8 6 年开始试验研究高水充填材料 和高水充填工艺， 并首先在煤炭矿山推广应用。 高水速凝固化充填技术是利用高水基材料迅 速水化、 凝结、硬化形成高水型的水化硫铝 酸钙的原理， 研制出甲、乙两种高水基材料。 甲料由高铝水泥或硫铝酸盐水泥 缓凝剂 十 全尾砂脾结克填工艺在金属矿山中的叵 用一言军跃 邮编 4 t m l j l 7 维普资讯 调整剂组成 ；乙料 由石灰 石膏 膨润土 速凝剂组成；甲 、乙料分剐加水制成脏结 料浆，水灰比为 2 ． 5 l ，甲 乙料比为 l 1 ． 灰浆 、甲、乙料经双活塞往复式充填泵分别 输送，在管道出口处 由多孔板混合器混合进 行充填 。混合料浆 5 --2 0 分钟初凝， 4 0 --5 0 分钟终凝，2 4小时后充填体强度达到3 ． 3 M 7 天达到 4 ． 5 MP a以上 。山东招远金矿 1 9 9 2 年 率先应用高水充填技术。其工艺流程从选 厂马尔斯泵至尾砂库输砂管上引出一根内径 3 0 ra m的尾砂分流管 ，将浓度为 3 0 ％的尾砂 输送至采场充填站贮砂池中。 充填时， 由 2 P N L 渣浆泵将贮砂池中浆供给 1 4 9 0 m m1 4 0 0 m m 单层叶轮式制浆桶，分别加入甲、乙两种高 水速凝固化材料进行搅拌制浆，制备好的浆 由双活塞泵等量分别输送，在管 口上处经混 合器混合进入采场充填。 该充填工艺 系 统生 产能力为2 2 ． 2 m ／ h ； 尾砂浆浓度为 2 5 ％时， 固化剂耗量为 2 1 2 ． 8 2 3 9 ． 4 k g ／ m3 ，充填体 抗压强度 1 天达 1 ． 1 M P a ， 3 天达 1 ． 3 MP a ； 尾 砂浆 浓 度 为 3 5 ％时 ，固化 剂耗 量 为 1 9 8 ． 8～2 2 7 ． 2 k g ／ m3 ，充填体强 度 1 天达 1 ． 3 5 MP a ， 3天达 I ． 6 MP a 。 全尾砂高水速凝固化胶结充填工艺具有 料浆浓度低 、固化迅速，充填体早期强度高 充填体表面坡度小于 1 ／ 2 5 0 ，易于充填接项等 特点，解决了尾砂胶结充填的料浆凝固时问 长 、早期强度低的问题，有利于分层充填法 的强化开采 。该工艺引起了金属矿山的极大 关注，如山东焦家金矿 ，湖北大冶铜录山铜 矿已推广应用 ；金川公司、大厂矿务局、凡 口铅锌矿 、 鸡冠嘴金矿等正在开展有关试验 及试验准备工作。 4 充填材料 在充填成本中，水泥费用占有很大比重， 许多矿山在试验水泥代用品方面做了大量的 研究工作。如金J r [ --矿区 1 9 9 4年利用热电站 排放的粉煤灰直接制浆掺入充填料中，节省 水泥 1 6 4 2 5 t, 节约水泥费用 3 9 4 万元。山东 铝厂湖田矿 1 9 9 2 年开始采用以赤泥为主要成 分 、配以粉煤灰和石灰 的充填料浆进入采场 不需脱水，凝固快，它是我国充填矿山无水 泥胶结充填的成功先例 这种充填料浆的配 比是赤 泥浆 粉煤灰 减水 剂 石灰 浆 4 l 0 ． 0 0 5 l ， 充填料浆浓度为 5 0 ％--5 9 ％ 充填强度 { 2 8 天龄期达 3 ． 2 3 --4 ． 0 2 MP a 充填成本为 ． 8 2元 ／ b它 的原料成本为水 泥酸结充填的 1 ／ 5 1 ／ 1 0 ．充填成本为同强度 的水泥酸结充填的 1 ／ 2 ～I ／ 3 ；与高水 固化充 填相比，其原料成本为 1 ／ 8 ～1 ／ 1 6 ， 充填成本 为 1 ／ 3 1 ／ 4 。前河金矿在分层进路接项部分 的充填料浆中采用黄泥替代部分水泥，使水 泥耗量由 1 5 0 k g ／ m 降低到 6 3 k g l m ，而且充 填料浆流动性强，接顶效果好 ，既保证 了充 填体强度，又节约了充填成本 济南钢铁公 司张马屯铁矿 1 9 9 6 年进行了以高炉炉渣替代 部分水泥制备充填料浆的试验 ，获得成功并 推广应用。试验表明配比为尾砂 水泥 炉渣 7 1 ，炉渣替代 7 0 ％的水泥量时， 充填体抗压强度反而提高 ．而且后期强度更 好 。山东招远金矿 、湖北鸡冠嘴金矿因地制 宜，就地采用海砂、 江砂配合尾砂作充填骨 料，以补充填料的不足 广西大厂矿务局铜 坑锡矿利用掘进废石与水泥尾砂浆混合进行 块石胶结充填 ，块石 砂浆 3 1 ，砂浆 灰 砂 l 8时，充填体 9 o 天龄期的单轴抗压强 度达 2 ． 3 4 M P a 。鱼儿山金矿、 秦岭金矿、金 山金矿 、东坪金矿等都应用了块石胶结充填 工艺 。该工艺具有充填能力大 、充填强度高 、 充填成本低、 矿井污染小的优点，较适合嗣 后一次胶结充填采矿法。 降低充填成本的主要方法是节约水泥耗 量，采用粉煤灰 、高炉炉渣 、石膏 、赤泥及 黄泥等低廉材料替代水泥作胶凝剂，就地取 材以{ 可 砂 、海砂 、废石为充填骨料是降低充 填成本的途径之一 。 一 l 8一 有色矿山一 l g 9 日4 维普资讯 ● 5 充填工艺的选择与应用 矿山应根据其具体条件选择合理的充填 工艺技术，既要满足采矿方法和地压控制条 件，有其可行性，又要有经济上的合理性。 尾矿充足的中小矿山应优先选择分级尾砂胶 结充填工艺，充分利用廉价的分级尾砂作充 填骨料，减少充填系统建设与充填费用 。 有 条件的矿山、 尾砂矿产率高的矿山，应大力 发展高浓度分级尾砂胶结充填。如黄金矿山 的矿石尾砂产率一般达 9 0 ‰ 其分级尾砂足 以满足矿山充填要求，且具有更好的充填特 性 。 对尾砂产率低 、 充填料来源不足的高品 位矿山，应推广应用全尾砂高浓度胶结充填 工艺或全尾砂膏体泵送胶结充填工艺。如凡 口 铅锌矿的矿石尾砂产率低 约 3 7 ％ 。尾砂 经分级脱泥后，可用于充填的分级尾砂仅占 总砂量的 5 0 ％ ， 充填料严重不足，需外购河 砂或人工磨砂，使充填成本大大增加。因此， 该矿7 0 年代末率先应用了全尾砂高浓度结充 填工艺，获得了显著的经济效益。 从经济角度分析，全尾砂高浓度胶结充 填工艺与全尾砂膏体泵送胶结充填工艺和全 尾砂速凝固化胶结充填工艺相比具有明显的 优势，按 6 0 ／ h 的充填能力计算，建设全 上接第 8 页 深井矿山诸如地压、 岩爆、高温等各种技术 难题时，仍需要进一步探索，深入研究，寻 找更为合理更加有效的方法和手段，以使深 井采矿技术在不断进步、变革、发展中进入 新 的阶段 。 我国部分矿山开采深度已达到了 1 千米 左右，如较早的石碓子铜矿、红透山铜矿， 尾砂高浓度充填系统的投资费用仅为高水固 化充填系统投资的 l ／ 2 、膏体充填系统投资 的 1 1 3。 对全尾砂充填工艺的选择应用分析如下 1 全尾砂高浓度胶结充填工艺具有料 浆制备简单，输送简单可靠，系统投资少， 充填成本低，易管理等优点，适合于中、 小 有色矿山、 黄金矿山及深井矿山应用。就目 前来看，努力提高充填料浆的制备能力、 提 高H B 型砼泵和 L S G B 型砂浆泵质量性能、加 强新型外加剂的研究等是该充填工艺推广应 用的关键 。 2 全尾砂高水速凝固比胶结充填工艺 对那些铝土矿丰富、便于生产硫铝酸盐水泥 和充填采矿要求早强的矿山，选择该充填工 艺作为发展方向是适宜的，而其他矿山则要 慎重选择，不可盲目求好求新。 3 全尾砂膏体泵送胶结充填工艺是目 前充填工艺发展的主要方向之一。目前，该 充填系统的主要设备靠进口，设备投资费用 高。因此，这种充填工艺只能用于一些经济、 技术力量雄厚的大矿山。该充填工艺还存在 着配料系统复杂、充填能力受限制、输送堵 水 、 井下加灰困难等问题，设备配套及国产 化是普及推广应用的关键。 目前正在设计建设的的铜陵冬瓜山铜矿，开 采深度达到了8 0 0 ～1 0 0 0 m ， 深井采矿已成我 国矿山建设的一个重要课题，需要进行大量 的试验研究工作，集中力量，重点攻关，并 根据我国深井矿山的实际情况，探索适合我 国深井采的采矿方法和生产管理技术，而借 鉴和掌握国外深井矿山的开采经验和先进技 术，对我国深井矿山建设有积极的参考价值 。 全尾砂胶结充填工艺在金属矿山中的应用言军跃 c 邮编 4 1 0 0 1 2’ 维普资讯