狭长形采场块石胶结充填中块石和砂浆的分流.pdf

狭长形采场块石胶结充填中 块石和砂浆 的分流 长 沙 矿 山 研 究 院 姜 凡 均 T p 、 杉 。【 摘要】 块石脏缩充填实质是年 【j 用腔结料 水泥砂浆 把琉石包裹固结起来， 一般适应于高 大的方 形采场．将抉长形采场等分假想成几个近似方形的矩形采场 ，同时进行块石腔结充填，使其在狭长形栗 筠中得到应用．术文主要介绍块石腔结充填用于狡长采场充填时，块石砂装的分配与分流． ， 关 键 词 墨互 堕 笪 壅 基， ． 辇 苎 墨 望 多 点 同 时 下 料 1 塞 笪 坌 鎏， 臻 } 荤 、 ●一 ， ●一 ■ ～， ’ 1 前 言 块石胶结充填在国外早已成功用于空场 法嗣后充填的一些矿山，由于它具有充填能 力大、成本低、充填力学性质好 便于矿柱 回采等优点，越来越受到重视。澳大利亚的 芒特 艾萨矿和加拿大的基德 克里克矿， 由于采用块石胶结 充填 ，取得了显著 的经济 效益和技术 成果 。 大厂铜坑锡矿无 自然砂可利用，原采用 水泥 棒磨砂浆胶 结充 填。 由于 棒磨砂 的工序 多 、能耗 大 、水泥消耗 高 ，且充填 体强度 较 低，又因种种原因，实际棒磨砂的年产量不 能满足生产要求，很有必要寻求更适应铜坑 锡矿现状的充填工艺。为此，长沙矿山研究 院和大厂矿务局经过多年攻关 ，成 功地研究 试验了块石砂浆胶结充填技术。其主要技术 经济指标为；采场充填能力2 5 4 m s ／ h ， 水泥 单耗1 0 2 k g ／ m 。 ，比棒磨砂胶结充填减 少1 3 1 k g ／ m ， 充填成本降低5 0 ． 2 8 元／ m。 ； 充填体强 度为2 ． 3 4 MP a 自立高度大于3 9 m，暴露面 积大于1 2 5 0 m ，此项技术 于1 0 9 3 年 通 过 鉴 定 ，达到世 界先进水平 ，填 补了国 内空 白。 块石 胶结充填 即将采石 或废石 与胶结充 填料充填 进入采 空区，这 种方法在 国外一般 用于 高大的方 形采场 ，充填 料 同时从采场顶 板中央充入 ，砂浆则 向四周的低远处均 匀流 动和渗透 ，形成周边胶结性能 良好 的 充 填 体，面对于狭长形采场则一般不宜采用。铜 坑锡矿块石 胶 结充 填技术 的成 功应 用 ，将 高 大的狭长形采场等分假想为三个近似方形的 矩形采场，使块石和砂浆分流同时进入各矩 形空区的中央，同时进行块石胶结充填。从 而使此项技术不仅可用于高大的方形采场， 而且还可用于高大的狭长形采场，并能获得 良好 的技术 经济效果。 2 块石砂 浆胶 结充填系统 大体上 块石 砂浆胶 结充填系 统包括块石 系统和水泥砂浆系统两个子充填系统。铜坑 锡矿采用的块石胶结充填工艺是块石和砂浆 同时下 料方 式，这也是 整个充填系统 及各子 系统设计布置 的理论基 础和依据 。 根据9 1 矿体斌存条件及块石胶结 充 填 工 艺的具体要 求，充填 水平设 4 5 5 m 水平 。 再根据 地襄采石场 的 地理 位置 ，经分析 比较 确定块石系统输送方案， 即露采块石 用1 2 t 汽 车运到采石场破碎厂，采石经颚式破碎机碎 至一定块度后，再用汽车运输到贯通井下的 6 ’ 淄井卸载料坑，6 淄井从地表直接通达井 一 F S O S m水平 再从 5 0 5 m水平将矿石 从6 淄 井用矿车转运到三个块石分配调节溜井，此 三个 淄井 位于9 1 矿体待充 采空 区 上 部 ，从 5 0 5 m水平通达4 5 9 m充填水平， 块石 从 三个 强长形采场块石眩靖充填中块石和砂浆的 姜凡均 维普资讯 溜井分别供 给三条通往 采空区充填 天井 的皮 带，将块石输送到充填采场顶部的充填天井 见 图 1 。 图 1 块石输 送系统示 意图 水泥砂浆系统包括控制砂站，砂浆制备 站和井下充填 管 路 工 程 如图 2 所示。 一 2 0 ram碎石或重介质尾矿用汽车运至 充填 站磨砂车间， 经棒磨至 一3 ram人造砂后，用 砂泵送入立式砂仓贮存，充填时制备成一定 浓度 和灰砂比的水泥棒 磨 砂 浆，用 内 径 1 1 3 mm的厚壁钢管经充填斜井， 5 9 5 m 水平巷 道， 充填天井输送封4 5 5 m充填作业水平。在 4 5 5 m充填 水平 ，总管 进来的 砂浆经三 支 管 分流后 ，分 别 同时 到达 空区充填天井 口，在 此处，块石与破浆汇合在一起，通过充填天 井 同时充 入 采空区，形成 块石 砂 浆 胶 结 充 填体 。 3 块石砂浆的分流 l 块石胶结充填一般适应于高大的方形或 近似方形的采场。而铜坑锡矿乃至我国各主 要大型矿山的采空区，一般均为 高 大 狭 长 圈2 井下充填系统示意图 形，长宽比很大，与块石胶结充填希望的方 形采场相差甚远，难于应用块石胶结充填。 试想，将长条形采场按其宽度尺寸分为 几等份，成为几个方形或近似方形采场，在 每个假想的方形或近似方形的采场顶板中央 布置一充填下料天井，块石和砂浆同时分别 有 色矿 一1 9 口 5 ． 1 维普资讯 进入各充填天井，即同时进行块 石 胶 结 充 填，使采空区内的充填料均匀上升，这样两 边房 间矿柱处 的充填 体也 会得 到 良 好 的 胶 结，因此块石胶结充填的效果必然与方形采 场相近。但是，就某个具体矿山或某个具体 采场而言，因受其客观条件的制约，采场顼 部布置的充填点是有限的。如铜坑锡矿的采 空 区，长达 7 0 1 0 0 m，宽1 5～1 8 m， 如 按 标 准 的方 形采场布置充填 下料点 ，每个 采场 需4 ～6 个下料点同时充填，这将使采场充填 的井巷工 程量过大。砂浆 也不 宜分为过 多的 支流，块石的分配也难于实现，使充填工艺 技术过分繁锁。根据该矿的具体条件，沿采 场长度方向每3 0 m布置一条探矿穿脉巷道， 因此，每个采场布置三个下料充填点是可行 的 ，即将 每个采场分为三个矩 形空 区，长度 为2 5 ～3 0 m，宽1 5 ～1 8 m，近似于方 形 ，这 样将会大 大改善块石胶结充填 的效果 。 3 ． 1 块石 的分流 为了满足块石胶结充填实行多点下料充 填的需要，从地表输送下来的块石充填料， 在进入采场空区充填水平 以前，需进行块石 分配。为此，在充填水平至上水平之间，要 设置几个相应的块石充填料分配贮料溜井， 这些溜井既作为分配块石料用 ，又作为运输 块石过程中贮料调节用，同时该水平内的掘 进废石可直接进入此溜井中，用于块石胶结 充填 。从主溜井下来的块石在充填水平的上 一 水平甩振动放矿机供给皮带或矿车，运至 沿线的块石分配调节溜井，分别卸入各溜井 中与砂浆同时从各充填天井一同充入采空区 内 。 铜坑锡矿块石 胶结充填 ，在4 5 5 m 充 填 水平至5 0 5 m块石分配水平之间，设有 三 个 块石分配 调节 溜井 ， 每 个 能 贮 料4 6 0 m 左 右。5 0 5 m块石分配水平用侧卸式矿车运输 ， 可沿途通过卸载曲轨分别卸入各个块石分配 调节井，有轨运输能力 约5 3 0 m ／ 斑 。4 5 3 m 充填水平用0 3 0 0 t ／ h 的小型振动放矿 机向 绳架式悬挂皮带运输机供料 ，连续输送到采 场各充填天井，实际输送能力取决于其供料 能力。 3 ． 2 砂浆的分流 来自充填系统主管的砂浆在达到充填水 平以后，为满足多点同时下料充填的需要， 要对砂浆进行多支管分流，使各支流管口分 别通达采场各充填下料点。 铜坑锡矿 块石 胶结充填 采场分三 点下料 同时充填，对水泥砂浆实行三支管分流，从 理论分析计算与钢坑锡矿的实践充分证明是 可行的。 要实现三支管分流，设计时要尽量使三 支管的管道阻力损失相同或相近，这样各自 的流量就会相 同或相 近 。图 3为铜坑锡 矿充 填水平三支管分流示意图。在计算阻力损失 对，为了简化，将弯道局部阻力损失，各支 管阻力损失 ，f z ， 。 计算如下。 在考 虑局部阻力时，因实际管路长度较小，均按 沿程损失的2 0 来计算 。 ，2 ” 充 填 井 l 充填并 6 0 ～l 0 丽 4 8 而 35 订行丽 3 0 7 0 7 ～ 1 0 A B 营线长度 m 原 系 统 主管 1 l 3 T Ⅲ n 内径 壁厚 m m 圈3 矿浆三支管分流示意图 t 1． 2 i I t I ．20． 1 I 5 3 5 6 7 1 5． 07 mH2 0 1 3 7 9 7 5 ． 6 9 Pa f 2 1． 2i L2 1 ．20 ． 1 1 5 x 3 5 4 a 1 1 ． 4 5 mH 2 0 1 1 2 2 8 2． 9 9 Pa ix L3 0．1 15 70 8． 05 m H 2 O 狡长形采靖块石技结充填中块石和砂浆的分流一姜凡均 维普资讯 7 8 941． 27 8Pa 式 中i 水力坡度 ，i 0 ． 1 1 5 j L 、L 。 ． L 分别为A点到1 、 2 ‘ 、3 ‘ 充 填井的距离 ， 其 阻力损失最 大相 差 为5 9 0 3 4 ． 3 7 7 P a ， 而A 点的剩余压头为 P H n 1 7 一 】．1i L 2 3． 51 ． 7 8 5～】 ． 10． 1 1 5 x 】 2 5 0 261． 35m H 2 O 2． 56M Pa 式 中 Hn 管道 满水点 高程 与4 5 5 m充 填 水平 高程差 2 3 5 m ， J r 砂浆密度 ，r 1 ． 7 8 5 k g ／ m。 J L 搅拌桶孔 口至A点的 管长 ， L1 2 5 0m i 同 上 A点的剩余压头仍然 相当大 ，而三 条支 管 的阻力损失差最大为 5 9 0 3 4 ． 3 7 7 P a ， 仅为 A点剩余压头的2 ． 3 ％，相对 甚 微 。 因 此 ， 三条 支管分流在理论 上是没问题的 ， 且可行 。 按照流速相等的原则选择分支管道的管 径 ， 则分支 管道 的内径d／ 6 5 ． 2 4 mm D为主管直径 。考 虑A一3 管路最短且无弯 头，阻力损失最 小，用内径 6 0 mm钢 管 B 一 2 和 B l 管路 ， 用 内径 d 7 0 mm钢管 以降低这两处管路 的 阻 力损 失 同理AB 段管 路采 用和主管 内径 相 同 的d l l 3 mm钢管 ，速度 降低，管路的 阻 力损 失减少，尽可能使三条支管阻力损失接近。 对于长条采场，即使不采用块石胶结充 填 ，将矿浆 实行 多支 管分 流 ，进行多 点充填 也是很有利的。一条主管最多能分成几条支 流，还有待今后 进一步研究和探索，这与砂 浆颗粒尺寸 、管径、充填倍线及水力坡度等 有关。铜坑锡 矿的实践 证明，三条支管分流 是 可行的和 可靠 的。 4 块石 与砂浆的配 比 应 用块石 胶 结克 填的矿 山，澳大 利亚芒 特 艾萨矿积多年 的经验 ，认为 方形 采场最 好 ，这 可获得最佳 的技 术经济效果 。方形采 场 的块石 砂浆 比最大 可达到5 t 1 ，而 非方形 采场依其形状不 同，块 石砂 浆此 只能 是3 t 1 ～ O． 5 I 1 o 在狭长采场中，将其等分成几个矩形或 近似矩形的采场，同时进行块石胶结充填， 可使狭长形采场的块石砂浆比达到最大。根 据 地表模拟试 验 ，在7 ． 5 m 4 m的矩 形 采 场 中，块石砂 浆比为2 ． 8；1 时，其胶结情 况 良 好 ，决定井 下采场充填试 验用的块石砂 浆比 为3 e l 进行充填。应 当指 出，这是充填 过程 中的块石砂 浆瞬时 比 ，不是 采场 的 平 均 配 比，一般 采场底部 的垫层 和接顶层 是不 加块 石 的，因而采场平均 配 比要 小于此 值 3 1 。 如何实现充填 过程 中块石 与 砂 浆 的 配 比，我们采用的是在已知砂浆流量条件下 ， 调节振 动放 矿机 的块石供 给量， 以达 到设计 最佳配 比，众所周知 ，振动放矿机 在安装 以 后 ，其 生产能力还 可通过调节其偏心距 ， 即 两偏心块的夹角来实现。 4 ． 1 砂 浆流量的测定 水泥砂 浆的流量 通常 采用流 量 计 来 测 定，充填砂浆翩备站一般能测得 其 总 流 量 值。但其值 不一定很 准确 ，且我们需要 的是 各分支管路的流量，我们采用最原始的也是 最准确的容积法来测定各分支流量。 充填水平各充填点同时测得的流量和浓 度 数据 见表 1。 ‘ 表 1 砂浆浓度 和流量 的测定结果 项 c 。 。 ，薹 蠢黧 蠢 -庄 一 12 ～ 有 色矿 一【 聃5 维普资讯 实践证 ，将主管的砂浆分为三条支管 分流是 可行 的，尽管分支 管道 因种 原 因未 能完全按设计 要求铺 设 ，但 分流效果基本 良 好 ，各支管 的流量和浓度 差别都不太大 ，取 得了较为理想的分流效果。 4 ． 2 块石 的连续供 给和调 整 块石 连续下料是靠充 填水平 的振 动放 矿 机连续给料 和皮 带 输 送 来 实 现 。 F Z C 一 1 ． 8 ／ o ． g 1 ． 5 型电振动放矿机 简称电振 生 能力 为0 ～s O 0 t ／ h 。根据 已测定各下料 点 砂 浆的流 量和浓度 ，再按 块石砂浆重量 比3 t 1 裹2电振 给料 能力与砂浆 匹配 的调 试结果 项 日 3 l 台计 注 流 量 一 m 。 ／ “ 邬 。 t “ 幸 鸯 值 浓 度 ， 嘧 e 5 ．9 3 6 0 ．6 6 。 晕 鸷 值 1 小 时 成 的 充填体6 5 ． 0 4 7 ． 0 ’ 4 5 ． 8】 5 g ． 4 重 量 ．t 砂浆密度．t ／m。 1 ． 7 4 I ． e 6 3 1 ． 6 6 4 】 ． 6 8 块 石砂 浆 讫 3- I 3 1 3 I I 匹配块石量 ．t ／h 1 9 ． 5 4 2 ． 8 I 3 T ． 4 4 7 5 ． 2 宴刊 块石 ．】 5 9 ． 5 4 ． 8 3 2 ． B 1 4 8． e 35． 6 35 ．4 3 5 2． 4 ． B 30 ．5 4 5 4． 38 ．5 3 5 ．3 平均 船 ． 0 4 0 ． 4 3 5 ． B I 3 0 ． i 块石生产能力，t ／h 1 9 4 1 4 5 ． 4 I 2 8 ． 9 4 5 8 ． 3 块石生产能力， m ／ h 7 I ． 0 5 3 ． 9 4 7 ． 7 T 3 ． 5 计算，则要求l 、2 ‘ 和3 电振的供料能力分 别 为l s 7 ． 4 、l 4 2 ． 8 和l 9 5 t ／ h 。显然 ，安 装 的三台 电振 给料 能力过大 ，与水力 充填系 统的砂浆量不 匹配 ，须 调整， 以满 足块石 与 砂浆的合理匹配。表 2为调整电振偏心块使 其供料能力与 砂浆 匹配 的词试结果 。 块石从分 配谰 节溜井 由电振 均匀放 出， 由皮带运输机将块石连续均匀供给采场顶部 的三 个充 填天井。 在充填井 口，块石和砂浆 汇合 ，每 个天井 口设一段 溜槽 ，块石和 砂浆 同时 进入 溜槽 ，在 溜槽 自然混 合后 经充填井 充入 采空 区，在坠落和充填料 堆锥 面上 的流 动或 滚动过程 中，块 石和砂浆得 到进一步混 台 ，从而形成 四周胶 结性 能 良好的充填 。 5结语 铜坑锡矿块石胶结充填的成功，填补了 国内空 白 ，使我 国充填 工艺技术又 向前迈了 一 大步 ，对 铜坑锡 矿及类 似该矿条件 的充填 矿 山今后 的生产具 有重 要的意义。对千 狭长 形采场块 石和砂浆实行分 配与分流 ，使 采场 同时多点充 填 ，解 决 了块石 胶结充填仅适应 于方形采场 的问题。块石 与砂浆 的 合 理 匹 配，有 力 地保证了充填体强度 和稳固性 。同 时 砂浆多支 管分 流的实现 ，也非 常利于狭 长 形采场粗颗粒水力胶结充填质虽的提高。 欢迎订阅 责任编辑周致勤 1 9 9 5 年 有 色 矿 山 穰长形果场块石睨结充填中块石和砂浆的分靠 姜凡均 一l 3 一 维普资讯