铜绿山矿胶结充填工艺的研究与探讨.pdf

， 孝 炙 够 1 如 。 ＼ 一 似铜绿山矿胶结充填工艺的研究与探讨 大 冶 有 色 金 属 公司 三 墼 【 摘要1 锅绿山 矿使甩分缎昆 砂水泥应结 充舆工艺已 有2 o 多 年的历史．但由 于水诧单 耗较高， 充甚体的沉降．脱采．接顶等仍满足不 了对保护铜绿山 古矿遗址” 的要求，因此 提出了坑内充填工 艺采用匡葡上最先进的 全尾砂水浮渣 膏津泵进充填技术，引进国外泵选设备 ，设确 保采场接顶 最大限 度地减少地 表沉降 ．选到保护古铜矿遗址帮提高 采矿强度简化工艺的目的． 关键调 铜绿山矿胶结充填尾砂水泥 1 日 U 吾 为满足充填采矿法的要求，在生产 中总 是力图使充填体具有较高的强度，有 良好的 稳定性和抗爆能力，并保持应有 的 自 立 高 度，且能最大限度地减少地表沉降。铜绿 山 矿在使用充填法的生产实践中，虽有2 0 多年 的经验，但仍在充填工艺上不 断完善，追踪 着国内外新的充填工艺。 2 充填工艺流程和控制参数 2 ． 1 充填工艺流程 铜绿 山矿使用充填法开采，其充填工艺 先后使用过炉渣水泥充填，分级尾砂胶 结充 填全尾砂胶鳍充填J在V C R法开采中，采 用过事后 三合一 尾砂炉渣水泥 胶结 填及固化材料胶结充填接顶。其充填 占比例 最大的仍是尾砂水泥胶 结充填，工艺流程虹 尾砂水泥胶结充填工艺简图 A一水泥重置 ，t B 一尾砂重量，t C -- o 重量浓 度的水汜尾砂浆，k 一灰 此，Q 一充填流量 用高进路充填法回采底柱充分利用 了矿山原 有的运输、通风和充填系统，以及矿山原有 的掘进和运输设备， 投资少且见效快。 底柱回 采 试验已采 出矿量 3万余吨，获得了 良好的 经济效益， 其主要技术经济指标如下 综合生 产能力 o t ／ d ， 进路综合生产能力3 0 3 t ／ d ， 矿石贫化率8 ． 7 9 ，矿石损失率9 ． 6 3 。 21 5 0 号强度的0 ． 8 m厚的钢筋混凝 土假底设计合理，在此条件 下， 采 用5 m 5 ． 2 m高进路和掘进切割巷道、 扩 帮 、压顶 和出矿的 4步回采，其进路结构要素和回采 工艺是合理的。 3少数采场的假底施工质量不符合 设计要求，仅铺 设了单层钢筋，浇灌混凝 土 厚度只有0 ． 4 ～0 ． 5 m，假底暴露后局部发生 垮塌现象，假底之上的炉渣垮落到进 路里， 增加 了矿石的损失率和贫化率。这表明在采 场采用水砂充填的条件下，必须保证假底 的 厚度及强度，否则会给圆采底柱留下隐患。 4采用高水速凝固化充填材料进行 充填接顶，解决了充填 接顶这一技术难题， 为双号进路的顺利回采提供了条件，并为深 部 中段盘区机械化开采的充填接顶提供了一 重要 手 段。 有色矿山一1 蛐T ． 2 维普资讯 上图所示，含水饱和尾砂 从砂仓 中以一定流 量、浓度卸入搅拌机，在此与来自水泥仓中 的水泥按一定比例加入， 混合成尾砂水泥浆， 然后按一定流量通过充填管道输送至井下采 场，在采 场经脱水凝结硬化成具有一定强度 的充填体。 2 ． 2 充填参数及充填工艺效果 水砂充填控制参数，尾砂水泥浆胶结充 填控制参数，V c R 法事后 “ 三合一”胶结充 填控制参数J全尾砂速凝固化胶结充填控制 参数}充填工艺效果对比分 见表l ～表5 。 衰l 水砂充填控制参数 裹2 尾砂水泥浆胶结充填控制参数 充填 区域 固化材辑占充 填料浆比倒 嘞 尾砂浆 流量 浓度 密度 n l 3 ， h 舶t ／ m0 高水固化材料尾砂浆 丽聂～磊 t ／ m a t ／ Ⅲ0 I ， m 3 k s ／ m， 采 矿 方 法 充 填 工 艺 充 填 材 料 充 i 靠 腋 f } 上 向水平 分层 配置试验尾 砂击、水 泥仓、 充 填法 充其站 ．单管尾砂水泥腔绪 充填 上 向水平分屠 配置充填站、炉渣仓、混台 充填 法 淘 ．单管炉渣水砂充填，肢 结铺面 V C R法 配置充填站．事后 三台 一 ”胶 结充填 VCB法 配 置充填 坫 ．甲、乙料与全 尾砂在 采场前 混台后肢 结充 填 水泥，尾砂 3 左右 和采 炉渣、水和 3 一 水泥 尾 砂、炉筐 水记和水 固化材料 ． 甲．乙辑 ． 全尾砂和水 ．9 ．0 87 2 0 O 可 全胶结充填 也可 部 舟腔 结充填 没穗术井 脱水．用脉外斜坡遭 水砂充填 ．腔结铺面 ， 设滤 东井 ，人行顺路无 井 ．铺石厚度0 ． 4 i“1 1 渗流与泵抽暇相结台l脱 水 肢结剂为 固化材料 ．苗 岩 碉室接 ] 贰 不脱水 铜绿 山矿皮结充 填工艺的研究与探讨王桢全 邮编4 3 0 5 一 3 g 一 饥 ， ． 嬲 蚺 。 盯 ∞格冶 ～ ～ 的 蛐 冶 厂 为 元 大 怩 价 为 水 单 渣 司 料 为 公 材 ． 酚 “ 注 维普资讯 3 充填工艺实践中的体会 无论采用什么充填工艺，都必须首先解 决充填物料来源问题，大冶公司有丰富的可 供利用的充填材 料 自建了年产8 万t 的水泥 厂 以来，以形成商品亿生产 ，产品有3 2 5 和 4 2 5 水泥}下属 5个矿山目前的尾砂堆存量 在3 0 0 0 万t 以上，每年约有2 0 0 万t 尾砂； 下属 冶炼厂水淬炉渣的堆存量约 1 0 0 万m 。 ，每年 约有 1 O 万m 的炉渣 下属 3 个露天矿的剥离 发 石也能利用。有了这些廉价的充填料就使 得利用这种材料的采矿方法具有竞争能力。 此外，从胶结充填实践中体会到须对有关 危 填材料性能应充分了解。 3 ． I 炉渣 3 ． 1 ． 1 充填倍线 铜绿 山矿虽然对炉渣傲过室 内材料性能 及环管试验， 其中炉渣密度在3 ． 1 5 ～3 ． 2 t ／ m。 左右，现在由于冶炼厂反射炉水 淬 炉 渣 的 化学成份发生变化，C a O下降至 7 左右， S i O 低到3 5 ，F e 接近3 O ％，所 以炉渣比重 也上升到3 ． 5 ～3 ． 8 t ／ m 。 。由于物 料 比重 增 加 ，水砂充填倍线只能在 4左右，否则仍然 按原来倍线≤ 5充填，这样流速下降，充填 能力也下降，达不到4 0 m 。 ／ h 的要求。 3． 1 ． 2 炉渣搅拌 充填系统中的搅拌是比较关键的一个环 节， 由于炉渣比重大于尾砂、水泥，因此在 “ 三合一”充填时，必须先将水、永混、尾 砂搅拌一段时间后再加炉渣，经再搅拌混台 后才能均匀，否则炉渣在搅拌桶内会发生尉 边死角，不仅会发生沉淀和离析，而且也不 利于浓度和强度的提高。 3 ． 1 ． 3 炉渣的掺入量 炉渣本身的物理性质 限制了它大量掺入 “ 三合一 胶 结充填料中，因为炉渣的粗颗 粒多呈突脊的玻璃球状，表 面 光 滑，脆 性 大，胶结能力差J而细颗粒炉渣多呈屑状和 针尖状，过多掺入到 “ 三 台一”胶结充填料 中，加剧了管道磨损。至于水砂 炉渣充填， 管道虽经多次翻边使州，磨 损仍 然 相 当 严 重。 3 ． 1 ． 4 水泥对炉渣 “ 包裹”现象羞 从理论上讲，相邻颗粒问的空隙小，接 触 面积大，水泥砂浆的自由流动能形成对炉 渣的 良好 “ 包裹”。但从实际的 “ 三 台一 观察，遗憾的是 “ 包裹”现象并不理想，表 现在充填休的强度没有提高。 3 ． 2 尾砂 3 ． 2 ． 1 分级尾砂 铜绿 山分级 尾 砂 主 要 粒 级 组 成 在 0 ． 0 3 7 mmd o ． 3 1 5 mm，多 次 试 样 皆 在 9 0 ． 9 I ～9 3 ． 1 1 之间，相应的平均 粒 径d 为0 ． 1 5 1 ～O ． 】 6 2 ram，且小 于0 ． 0 3 7 mm的 含 混量分别为1 ． 7 2 ％～4 ． 5 7 ％之间，都能满足 腔结充填生产的要求。 3 ． 2 ． 2 尾砂的物理性能 尾砂的物理性能经多次试验测定，密度 由2 ． 9 变化到3 ． 7 t ／ m ，空穴 率 由4 2 ． 1 1 ％变 化到4 9 ． 2 8 ，差别较大，这是由予磁 选 和 旋流器脱泥的效果不同而造成的。磁选效果 差，脱泥效果好的尾砂，密度和空穴率都较 大I磁选效果好，脱混效果差的尾砂，密度 和空穴率都较小，多个试样的饱和重量浓度 变化范围在7 5 ． 9 6 ～8 0 ． 6 4 ，这是 造成各 次充填砂仓卸料浓度变化的主要原因之一。 由此可见 ，尾砂的性质对实现高浓度充填， 保证充填质量有着直接的影响。因此，提高 克填质量不仅要重视充填站的工作，对充填 尾砂的质量也要进行严格的控制。 3 ． 2 ． 3 以全尾砂作充填骨料 原考虑锕绿山的尾矿中含有多种贵金属 可供再回收，因此用新冶铜矿尾矿库 的全尾 砂作骨料进行胶结充填。但是新冶铜矿全尾 砂中粒级为 一2 0 0 目的达到4 5 ． 1 ，且 含 泥 量高，充填时流动性差，易堵管，储存于立 式尾砂仓，在充填卸料时，放砂 浓 度 不 稳 定，影响充填体的质量 }由于含泥量高，脱 一 4 0 一 有色矿山 】 9 9 7 ． 维普资讯 水速度慢 ，延长了采场循环时间。 3 ． 3 固化材料 就大 冶公司用 固化材料作为充填料中的 胶结剂而言，必须外购或就地设厂。然而 目 前市场上固化材料的单价是大冶公司水泥单 价的 2倍 以上，这意味着势必要提 高充填成 本 。 通过V C R 法采 场凿岩硐室接 顶 充 填 实 践，使用固化材料作胶结剂，全尾砂作骨料 进行的胶结充填，其强度只有1 ． 9 MP a ， 且配 料和质量并不稳定。 使用 固化材料作胶结剂， 以全尾砂作骨 料的充填工艺与其它采矿方法的充填工艺并 存，取长补短，用于充填采 场的接顶，达到 快速凝 固的 目的，也是有效 充填工艺之一。 4 充填工艺的探讨 4 ． 1 充填料浆的浓度 充填料浆的合理浓度问题，是一个需要 探讨的问题，根据铜绿山矿l 0 多年的生产实 践，笔者认为，应根据充填工艺和充填对象 的具体要求综合考虑。例如铜绿 山矽胶结充 填的对象是进行采场铺面，构筑人工地板， 铺面厚度不大予4 0 0 ram，且采场面积较大， 一 般大于1 0 0 0 m ，这就要求水泥尾砂浆在采 场中具有较好的流动性 ，以减少采场作业工 人移动充填 管路的频繁程度。过高的充填浓 度虽然可以大大提高充填体 强度，但铺面的 平整性较差，甚至会造成充填料堆积淹埋充 填管 口现象，进而还会 出现返浆，这就要及 时加水稀释冲洗管路，而加水本身就降低了 采场实际充填浓度和质量 ，造成生产过程不 稳 定。对锕绿山矿采场胶 结铺面作人工地板 来说，充填浓度控翩在6 5 左右，其2 8 天强 度可达2 ． 5 3 MP a 即可，就能满足凿岩、放 炮、出矿设备行走的要求。若在2 5 m的一个 矿块，一步骤1 2 ． 5 m宽的矿房用上向水平分 层充填法回采 ，二步骤 1 2 ． 5 m宽 的 矿 柱 用 V C R法回采。在回采矿房时，每分层采完后 用尾砂水泥全胶结充填，则充填浓度拄制在 7 0 ％左右，充填体强度可控制 在3 MP a 2 右 是较适宜的。若V C R法 回 采，事 后 “ 三台 一 ”充填，其充填 浓度控制在7 0 ％左右，强 度在 2 MP a 左右，相邻矿柱回采4 0 m 高，充 填体 自立性 ，抗爆性也能满足要求，这已在 铜绿山矿 一1 8 5 m中段4 ‘ 矿柱的回采 中 得 到 验 证。 - 4 ． 2 充填料浆中的胶结剂 无论使用何种充填工艺，首先是要解决 充填料的来源，胶结充填方案的舍取，又往 往归结到胶结剂的加入量，因此必须适当控 制以满足充填体性能和生产成本两方面的各 项要求，而在对比各种不同胶结充填料时， 胶结充填料的成本是一个重要的因素，而胶 结剂的加入量在充填成本中起到性 能和成本 两方面的主导作用。例如铜绿山矿目前使用 的尾砂水泥胶结充填，其充填的直接成本为 8 6 ． 3 4 元／ m ， 其中胶结剂水泥为3 2 ． 4 4 元／ ， 占 直接成本的3 8 }若 用 固化 材 料 作 胶 结剂，则直接成本上升为1 0 3 ． 4 元／ m 。 ，其中 胶结剂固化材料为6 0 ． 6 元／ m ，占直接 成 本 的4 8 ． 8 ，通过上述分析可看出，用于胶结 剂的费用是很可观的，因此，在涉及使用不 同胶结剂的充填法的方案设计时，它常常受 到在经济方面的一些因素杓制约。． 4 ． 3 胶结充填体的作用 提供工作地板是充填体在上向水平分层 充填作业中的重要功能}提供台适的假顶是 充填体在下向水平分层充填作业中的重要作 用。但在井下采矿方法中，胶结充填体更重 要 的作用是支护岩层， 以防止 空区发生大规 模岩层移动，片帮冒落，尽量减 少 地 表 沉 降。这种作用导致原来由矿拄支承的载荷， 重新转移分配给相邻的充填体。因而无论何 种充填工艺均应为采矿方法服务，允许最大 限度地回收矿石。将包围在充填体中的矿柱 和残矿 回采出来，就显得 日益重要，所 以充 填体的强度、暴露面积的大小尤为关键，否 铜绿 山矿胶结充填工 艺的研究与探讨王桢仝 邮犏{ 3 5 n 0 5 一 4l 一 维普资讯 则，充填体 冒落和垮塌将导致矿石贫化加大 和回采困难，因而在充填体暴露后，从侧面 进行观察，用仪器取样分析，沿走 向和高度 方 向多处取样测定实有必要。 4 ． 4 国内近几年在充填工艺技术上出 现 的 两种趋势 一 种趋势是高浓度全尾砂水淬渣膏体泵 送充填新工艺，另一种趋 势是中低浓度垒尾 砂 速凝 固化胶结充填新工艺。就两者的主要 优点而言，均可以解决采场充填接顶}在井 下不用脱水，减少排水费用，减轻井下环 境 污染}都可用全尾砂，减少了堆存尾矿的费 用。两者的重要区别在于t前者需进 口膏体 泵送设备，一次性投资大，充填体强度可达 3 MP a ，充填质量稳定}后者需外购 固化材 料或就地建 固化材料厂，且使用固化材 料充 填时，成本高，生产时期经营费也高，其充 填体强度有赣于加大固化剂添加量和尾砂浆 浓度的提高才能达到约 3 MP a 。但仅根据金 川公司膏体泵送充填工业试验、招远金矿使 用固化材料作胶结剂充填工业试验，铜绿山 矿V C R法接顶用固化材料作胶结剂的充填工 业试验，予以绝对肯定或否定还为时尚早。 5 结束语 笔者从保护铜绿山矿 5线至2 5 线的 古 矿冶遗址”和就地使用大冶公司的水泥 尾 砂 、炉渣材料而言，赞成泵压输送充填新工 艺。 泵压输送充填新工艺是国外7 O 年代末期 开始研究的一种新型充填技术，它是 由全尾 砂或分级尾砂、 重介质的细石尾砂 、 掘进 或 剥离废石及粉煤灰等不 同成分和按一定级 配组成的一种膏体状材料，用泵送到井下充 填．这种技术于8 0 年代已在德国、奥地利、 南非和美国的一些矿 山推广应用。这种充填 工艺的优 点是充填浓度高，重量浓度达8 4 ％ 以上}充填质量均匀， 充填体强度可达3 MP a 以上，利于保护 古矿冶遗址I采场无需脱 水和减小对巷道的污染}可不 用另加充填接 顶设备；在相同充填体强度条件下比其它充 填工艺稳定，且胶结剂耗量 小，充 填 成 本 低，可就地取材，充分利用太冶公司各矿山 废弃尾砂和冶炼厂的炉渣，减轻尾矿坝的维 坝工作量和炉渣堆场 占地用量等，是一种能 满足铜绿 山矿分层机械化盘区开采和V C R法 开采充填要求的充填新工艺。这项技术的应 用成功，将把铜绿山矿充填工艺推向一个新 的台阶。 库巴卡金矿进行选矿试验 Om o l o n 黄金公司是Ama x 黄金公司和俄罗斯黄金协会组成的联台公司，计 划在俄罗斯 东北部的马加丹 Ma g a d a n 地区的库巴卡 K u b a k a 黄金矿山进行选矿试验。据说，该 工程预计投资1 ． 8 亿美元，于1 9 9 7 年初进行投产。 预计在该矿山的开采期限前 7 年 内， 其生产能力为3 1 0 0 0 0 o z ／ a 金和2 3 5 0 0 0 o Ua 1 o z 3 I ． 1 0 3 g 银。 冀南摘译 自Mi n ．J o u r ． ，1 9 9 6 。3 2 7 8 1 0 8 4 7 7 ． 一 | 2 一 有 e 一[ 9 9 7 ．2 维普资讯