锡矿山粗颗粒水砂充填技术.pdf

锡矿 山粗颗粒水砂 充填技术 试验研 究 锡矿 山矿 务局 刘嘉璇 提要l本文介绍了锡矿山坦颗粒水砂充填采矿方法试验研究．主要是与 充填技术有关的 试验应 用情 ，取得 的成 果和 经验 ． 一 、前言 充填采矿 法在 锡矿 山应 用 已有数十年 的 历史。早在5 O 年代初期，就用干式充填法开 采建筑物下面 的西 部矿体 ，6 0 年代 中期改 用 尾 砂 充填 法，7 O 年代 以后 ，试 验和推广 了胶 结 充填 采矿法， 一直应 用至今 。是 国内最 早 应用尾 砂充填和胶结充填 技术 的金 属矿山 之 一 。 根据锝 矿山近2 O 年来大量 应用胶 结充填 采矿法开采倾斜、缓倾斜矿体的实践表明， 胶结 充填 法存在着充填成本 高、充填 能力低 和矿块生产能力小等缺点， 限制 了它的使用 范 围。为大幅度降低 充填成 本， 提高充填能 力和矿块 生产 能力 ，探 求用斜壁粗颗粒 水砂 充 填采矿法开采 倾斜 、缓 倾斜 中厚矿体 ，取 代目苛普遍采用的胶结充填法。为新采矿方 法试验提供足够 的和 台乎技术 要求的粗粒级 充填料 ，是 本试验 研究 的主要任务。 二、 粗颗粒水砂充填材料 1 ． 充填材 料来 源 主要来源 于选矿厂。利用选 矿厂手 选尾 矿 废石 作充填料 。尾 矿岩 性 为 硅 化 灰 岩，致密 而坚 硬， E l 产 量为1 5 O ～2 0 0 m。 ，经 破 碎筛分后用自卸汽车运送至贮砂仓。为弥 补充填料 不足， 利用了部分炉渣 和 分 级 尾 砂 6 2 ． 充填 材料加工 用 两段 闭路破碎流程 。 一段采 用 2 5 0 4 0 0 型 老 虎 口，二段采用P D一 1 2 0 0 型 圆 锥 破 碎机。 3 充 填材料物理 力学性能试验数据 粗颗 粒水 砂充填料 大约由8 0 经破碎筛 分后 的手选尾矿和 2 0 的矿渣组成 。其 物理 力学性能 的试 验数据为 最 大粒径 d ⋯4 5 mm 平均粒 径 d 。 1 4． 94 m i l l o 密 度r2 ． 5 2 t ／ m。 } 1 ． 4 i t ／ m 。 孔 隙率n4 4 } 渗 透系数K9 6 0 c m／ h 。 压缩系数S 。 1 5 0 2 E 2 1 } 堆积 角a 42 。 三、 充填料贮存及充填 砂浆制备 充填料贮 存和充填 砂浆制备是粗颗粒水 砂充填 的重要环 节 ，为 了制备出合格 的充 填 砂浆，兴建 了一座 砂浆制 备站，制备 站由贮 砂 仓 、振动 给料 机 、皮 带转载计量机和混料 仓等设施组成 。 1 ． 贮磅 仓 贮砂仓位置选择应综合考虑砂浆制备方 式和整 个充 填系统 的合理布置 。采用 自流 输 送 ，应使各 中段采场输送 充填料 时的充填倍 线在允许范 围内，考 虑到上述诸 因素和地 表 地形条件 ，决定 将贮 砂仓 选择在 平 面 座 标 有 色矿 山一 1 9 91 ． 5 维普资讯 x7 0 4 0 8 ，Y 4 鹋5 2 位置处，该处为一高差 约 4 0 m的陡崖 ，为 利 用地形，设计确定 从该 陡崖开凿断面为3 ． 0 3 ． O m，长3 2 m的平 碉 作为皮 带道 ，并在 其尽头 向上开 凿一 圆形立 式 贮砂仓 。贮 砂仓 净直 径 1 O m，高 2 5 ． 5 m， 几 何容积2 0 0 0 m。 ，混 凝土支护。贮 砂 仓 有 效 容积 约 1 4 0 0 m。 ，可贮 存一周 的产 出量 。 2 ． 振动给 料机 为充分_利 用砂仓 的有效容 积，在 砂仓底 部 并排 设置 两个 放砂 口。 每个 日安 装1 台Z G一 9 o o ／ 1 1 0 0 - 2 ． 2 型振 动给料 机 。每 台额 定 放 砂 能力为 2 5 0 4 6 0 t ／ h 。为 了实 现随 意 调 节 给料量 的大小，为每台振动给料机 配置 了 1 台S V F - 1 1 3 型 调频器 。应 用调变 电源 频率 的 方 法改变给料机 电机转速和给料 机 的振动 频 率，达弼随意调节 给料量 大小的 目的 。 3 ． 皮带 转囊计量 机 从贮砂仓放出的粗颗粒充填料，通过皮 带 机转运至混料仓 。设计 选用 的皮 带机型 号 为TD 5 型 ，带宽8 0 0 ram，带速 1 ． 2 m／ s ，小 时 额定输送能力为2 0 0 3 0 0 m。 。为 了计量 ， 在皮带机端部 安装 有1 台DB C 一 2 C 型 电子皮带 秤 。用以检测给料 量的大小。 4 ． 自定中心振 动符 振 动筛 型号为S Z Z1 5 0 0 4 0 0 0型 ，筛 网 瘦4 54 0 ram，用于剔除大块物料进入 混 料 仓内， 防止 堵管 事故 的 发生 。 5． 混 辩 仓 混料仓是清砂系统的重要设施，混料仓 上接贮 砂仓 ，下联 充填管道 ，起调 节砂水量 和使砂水 均匀混合 的作 用。 目前国 内充 填清 砂系统一般 采用混 合沟式 。这种 方l式结构较 简单 ，但 大多采 用手工操 作，充填参数难 于 控 制。本系统采 用 了新型 的给料 机混料 仓清 砂方式 。其特点是机 械均 匀给料 ，电阔供水 造浆，充填参数可调 ，实现 自动控制。 6 ． 充曩钻 孔和输砂 管道 充 填砂浆是通 过充 填钻 孔和输砂 管输 送 到充填采场的。充填钻孔孔径3 7 7 mm，孔深 百 色矿 山～ l 9 9L5 2 2 5 m，钻孔 与井 下三个 中段 相 通 。在 钻 孔 内设有 1 5 96 ． 5 mm的输 砂管。孔 口地 表设 有 吊装设施 ，用以更 换磨 损后 的输 砂管 。 四、充 填工艺和主要充填参数的 检测、调节与控制 1 ． 充壤 工艺 经破 碎 站加工后 的合格水砂充填料 ，用 自卸汽车 运至贮 砂仓中贮 存 。充填时 ，充填 料 经振 动给料 机放至皮带 机上 ，通过计量和 筛分 后卸入混料仓 中。充 填料在 混 料仓 中加 水 混 合成砂浆 ，经检测 与调节 ，达到设 计所 要 求的流量和浓度后 ，经 喇叭 口、输 砂钻 孔 和输 砂管道输 送至井下 采场进行 充填 。充填 系统工艺流程见 图 1 。 机 高 料奄 I 下料钻n～l 叭 5 9 l 95 m ， ． 1 5 9 X 3 2 9 ‘ ， 。 。 图 1 充填系统示 意圈 2 ． 充真 主要 参数 的检 蔫 、调节 和控柳 根据上述充填工艺流程图，充填作业需 要检测控制的主要参数为，充填料给定量， 加水 量 、砂浆 流量 、砂浆浓度以 及为保 证充 填作业正常进行的混料 仓液位高度等几个 参 数 。 一 维普资讯 a ． 充其 参敛 自动植 窝和 调节 系统 本系统 的主要调 节对 象是贮 砂 仓 放 砂 量 、加水 量和混料仓 内液位高度三 个参数。 只要 将上述三 个参数调节好 ，就能 达到设计 所 要求 的砂 浆流量和砂浆浓度。 由于凋节水 砂 比的方法较简单，本系统采用了 参数定 值 谰节方案 。其原理 见图 2。 圈2单参数定值调 节系统原理方框 图 为节约 资金 和今 后维修方便 ，全部选 用 国产检测 与控 制仪表。型号为DD Z 一1 型 电 动单元组 台仪 表。 加水量 的检测与控制是 通 过 L D - 2 0 0 型 电磁流量计 ，配台 以调节器 ，电动阉组成给 水量 闳环 系统 ，按水砂 比要求 ，控制 加入混 料 仓内的水量。为使混料仓 内砂 浆 液 面 能 经 常保持一定高度 一般为4 5 m ， 防 止过高而 溢出或过低 而堵管 。采 用在 混料 仓 入孔 门的外倒安 装差 压变送 器 和 调 节 器控 制 。 砂浆浓度 的检测 控制 系采 用F S MA型 核 辐射密度 计和 调节 器 ，罚节进 入混料仓 内的 砂量 ，而达 到对砂 浆浓度 的控制。 上述各种仪表 ，均集 中安装 在 操 作 台 内。而各种操作按钮 和显 示器 叉均 安装在操 作台的表盘上。操作人员可用按钮对各充填 参数进行 检测 、调节 与控制 。 五、 充填料 管道 水力输送 1 ． 充填 基本 参数计算 用山砂 作充 填料 的水 力输 送，在 国内煤 炭系 统 已有丰 富的经验 。锡矿山使用 的水砂 充填料与 山砂 性质 相似，故 设计时大都选用 了国内煤矿有关公式进行计算。 ’ 只有临界流 速选 用波 兰R- 阿麦克教授 的公 式 计 算。现 将水砂 比为1 ． 5 l 时 ，试验 采区 、l 5 和 l 7两 中段等不 同倍线和不 同输 送条件下 的主要充 填参数的 计算 结果列入表 1。 主要 充填参数计算结果 裹1 根据有关规定，对水砂充填的最大倍线 N⋯ 一般 限制在 5 ～6 范围 内。上述 计 算 结 果表明 ，试验 采区和j 5 、1 7 等深 部 中段输 送 条件最困难的远处栗场的水力输送都是可靠 的 。 一 8 2 ． 充填 基本参数的测定 为 了保证水砂充填管道输送能顺利投产 与正常进行，试验人员在充填系统正式投产 之前进行了地袭模拟管道试验和现场工业测 定试验。现将现场工业测定试验的情况简介 有 色矿 山一 1 9 9 1 ． 5 维普资讯 如 下 t 1 试验条 件 。管道 长L7 2 4 m， 管道 进 出处高羞H2 2 5 m， 管 道 内径D 1 4 6 ram， 充 填倍线 N一 L 3． 2。 2 测 定所 用仪表用 电子称 检 测 固 体 物料加 入量 Q。 m。 ／ h ，用 电磁 流 量 计 测 定水 的加入量Q。 m。 ／ h ， 用 密度 计 测 定砂 浆密度r t ／ m。 ，用羞压变送器测 定 砂 浆水 力坡度 i 。 3 试 验时 间和结 果t从1 9 9 0 年 l 0月 2 4乍 【 至 1 2 月 1 0日共避 行 了1 4 次充填 试验和测 定，累计输砂量为3 2 9 2 m3 现将试采区试验 捌定值与计算值作一l比较 当水 砂 比 X v I ． 5 { 1 时，比较结果 列入表 2。 试采 区试 验测定值 与计 算值 比较表2 项 目名 称 计 算值 实删值 充 填倍线 N 3 ． 2 嫩 砂 比x 】 ． 5I 1 ． 4 B 干 砂流量Q a f | Ⅱ 3 ／ h J 【 8 2 ． 9 2 【 8 O L ．0 一 术 Q m0 ／ h 2 7 4 3 0 3 0 4 眇浆谎量Q f | Ⅱ S ／ h 4 5 7 2 2 4 0 4 ． 7 0 世浆密度 r r t ／ m3 1 ． 4【 1 ． 3 3 浆流违V r m／ s 1 7 ． 9 i ． 0 2 水 力坡度 i O ． 4 9 7 0 2 9 ～0 ． 3 3 六、采场充填作业 1 1 ． 采场 充填 脱水 由于粗颗 粒充填料 的透水 性能好 ，采场 充填脱水方法也就比较简单。设计 中采用了 钢 筋 网滤水挡墙脱 水法 。实践表明 ，该法 结 构 牢靠滤水 速度 快 、细粒流失少 。是大体积 空 区 大断面密闭和事后一次充填采场的理 想 滤水设施 。滤水 挡墙结构 示意见 图3 。 2 ． 充填通讯和 联络 充填 通讯联络 采用 电话联 络方式 在地 表造浆站、井下充填道和充填采场均设有专 、 有 色矿 山一 l 9 9 I ． 5 一 锗{ 一 铜 r 置板 岩 石 l 一 黼 I 金属 同 j 1 底岩 囝3钢 筋网滤水 挡墙 示意图 线 电话 ，并 有专人看 管 。充填 作业 时， 由地 表造浆站统一指挥 ，井下 各作业地 点一旦发 现异 常故障时 ，都能迅 速通 知地表造浆 站， 地 表操 作人 员可根据具体情 况采取相 应 的措 施 。 七 、 充填管道磨损 当试采 区输砂 管输 送砂 量3 5 0 0 m。 以后 ， 发现部分管 道磨损 比较严 重。用超声波测厚 仪对管 道进行 了一次全线检测 ，检测结果见 表3 。 经过分 析，管道 磨损严 重的主要原因是 砂浆输送 流速大 、料粒坚硬而多棱 角和 采用 普通 钢管 耐磨 性羞 。今 后将改 用厚 壁耐磨铸 管 和适 当增加炉 渣比倒等措施， 降低管道磨 损率和延长管道使 用寿命 ‘ 检 测结果 袭 a 管道类型 l 磨损值 ram - 0． 7 ～ 2 ．】 1 ．T ～ 5 8 0． 8～ 】 ．0 0 ．7 ～ 1 ． 2 上 下 左 右 木平 管 _ 0． Z～ 0． 5 1． 2 ～ l 7 0 4 ～ 0 8 0 e ～ 0 8 立 右 前 后 垂 直菅 0． 4 ～ 0 6 0． 4 ～ O ．6 0 ．5～ ． T 0． 5 ～ O． 8 I 一 倾 辑管 L r 口 I l 后 。 6～1 -4 1 1．T～ 2 l 0． 9～】 ．7 0 ．8 ～ l 5 9 一 维普资讯 芒特艾萨的充填研究 A G ．Gri ee 提 要芒特艾萨矿的充填研究是多方面的，包括充填系统设计．多种充填料的生产量试 块性 能试验 ．奉文总结了自1 9 8 3 年以来的研究工作 讨论了新型充填材料及充填材料的生产；耐充填隔墙的 稳定性 调查 ．还讨 论了各 种不 同 的腔 结材 料 ， 一 、前 言 芒特艾萨 矿 目前每 年 生 产 铜 矿 石 5 5 0 万E ，银铅锌矿石 以下简 称 铅 矿 石4 5 0 万 E 。 铜矿石 的生产主要在 1 1 0 0 号和1 9 0 0 号矿 体 及 中央竖井南部 的矿体 ，全部采用空场法 圊采 。深部3 0 0 0 和3 5 0 0号矿体恰好位 于 中央 竖井 下面 ，其 初期开拓工 作 已经开始。竖井 北部 的铅矿石 开采 采用分层充填法 ，台阶式 和空场采 矿法 。位于艾萨矿 2 0 k m的 希 尔 顿铅矿用分层 充填 法 回采 ，同时空 场采 矿法 的试验采 场在1 9 8 9 年投入生产。 充填是 整 个采矿生产 工艺的有机组成部 分 ，研究的 目的在于通过改进充填设计 和工 艺技术 ，使 矿石 开采 能顺利进行 。内容包 括 大面积充填 时充填料 类型，充填系统设计 ， 充填料生产 及充填体性能韵研究 。 有关充填料 类型和充填料生产方面 的详 细情况请 参考Mc Ki n s t r y于 1 9 8 9年及 Ne i n d o f f 于1 9 8 3 年的介绍，这里只简单的介绍水 砂胶结充填料 的强度 特性 图1 和 各 种 充 填料 的粒度分布 图 2。 二 、设计 设计集 中在三方面 内容 ，新 老充 填类 型 的评 价和 改进，充填生产 中应 用的各种充 填 成分 的调 查，充填站 的设计 和新 采区充填 的 八 、结 语 锡矿 山粗颗粒 水砂充填系统有 以下 三大 特 点； I ． 充 填系统 采用 了振动 放 砂 、定 量 给 料 ，混料 仓造浆和仪表 自动检 测控 制等新工 艺。工艺流程简单，各技术环节工作可靠， 主要充填参数可根据生产要求和充填采场的 远近进行调节和控 制， 2 ． 采用了国产仪表对主要充填参数进行 检澍和控制。实现 了砂浆 高浓度 自流输 送和 仪 表国产化 。当充填倍线为3 ～4 时，水 砂 比 在 1 ． 5I 至 II 之间输送 十分 可靠， 3 ． 研 制 了钢 筋网滤水 挡墙新工 艺 ，滤水 一 1 O 一 决，承压能 力大，特别适 用于事后充填的大 体积 采空场的密 闭和脱水 。 综上所述，锡矿山粗颗粒水砂充填系统 是 一个实现 了管道 化、机械化和 自动化 的充 填系统 。这 个系统 的建成和投产，不仅为国 家 “ 七五 重点科 技攻关项 目 “ 锡矿山粗颗 粒水 砂充 填采 矿方 法试验研究提供 了台格 的充 填料 和解 决 了南矿深部 中粗粒级充填料 的输 送闯题，而且为我 国有色金属矿山水砂 充填系统建设提供了有益的经验，对提高我 国粗 粒级水砂充 填工艺 技术水 平作 出了重要 的 贡 献 。 参 考资 料 略 责任 编辑晓月 有 色矿 山一 1 9 91 ． 5 维普资讯