锡矿山似膏体泵送充填工艺方案研究.pdf

分类号⋯⋯⋯⋯⋯⋯． U D C ⋯⋯⋯⋯⋯⋯一 密级⋯⋯⋯⋯⋯⋯一 编号⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 十约大学 C E N T R A LS O U T HU N I V E R S I T Y 硕士学位文又 论文题目⋯⋯⋯锡矿．出似盍俺垂遘建筑⋯⋯。 l i ⋯⋯⋯In ⋯．王董煮寨缴衮⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 学科、专业⋯⋯⋯⋯⋯⋯采矿．玉程⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 研究生姓名⋯⋯⋯⋯⋯．赵。建。来⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 导师姓名及 专业技术职务⋯⋯⋯⋯王瓤氐⋯熬撬L ．博曼⋯⋯⋯。 中南大学 2 0 1 2 年0 4 月 锌苤里． ／J7 弋．了 UDC 硕士学位论文 密级 编号 锡矿山似膏体泵送充填 工艺方案研究 S t u d yo ft e c h n i q u eo fp a s t e l i k eP u m p i n gb a c k f i l li n X i k u a n g s h a n 作者姓名 学科专业 学院 系、所 指导教师 赵建文 采矿工程 资源与安全工程学院 王新民 教授 论文答辩日期巫 兰 业．≥ 答辩委员会主 中南大学 二零一二年四月 一苓一一，年必月 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名熟显乏日期鲨 三年旦月矍目 学位论文版权使用授权书、 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名笈婆趸．导师签名皇錾逝日期蚴2 年旦月卫目 中南大学硕士学位论文摘要 摘要 锡矿山浅部残矿资源能否在确保安全的前提下，实现最大限度地 回收，其关键在于充填质量和充填效率，而充填质量和充填效率除取 决于充填材料和充填技术参数外，与充填系统的可靠性和先进性密不 可分。为解决现有充填系统充填浓度低、充填质量差的问题，进行了 锡矿山似膏体泵送充填工艺方案的研究。本文通过运用现场调研、室 内试验、理论分析、工艺设计等手段对充填配比试验、可泵性试验、 系统工艺设计进行了深入的研究，并对充填系统的可靠性进行了分 析。主要完成了以下内容 1 通过调查分析锡矿山现有系统存在的问题，确定了锡矿山使 用分级尾砂作为充填骨料的似膏体泵送充填方式，确定了充填能力和 充填站位置。 2 对锡矿山分级尾砂的物理性质进行了分析，通过充填配比试 验得出最优配比。上向水平分层充填法或进路充填法配比 水泥 粉煤灰尾砂 1 2 8 ，质量浓度7 4 - - 7 6 ％；空区处理配比 水泥 粉煤灰尾砂 1 4 1 5 ，质量浓度7 4 - - 7 6 ％，或分级尾砂非胶结充填。 通过对充填浆体流动性能参数 浆体体重、泌水率、塌落度和塌落扩 散度 的测定，可知推荐配比满足充填输送要求。 3 进行了充填输送管道的选型，并通过对比充填料浆的临界流 速和实际工作流速，理论分析得出该系统管道输送是可靠的； 4 为保证系统的稳定可靠，进行了分级尾砂输送环管试验试验。 结果表明在满足流量5 0 m 3 ／h 的情况下，2 0 0 0 m 充填管道最大压力损 失为6 - 8 M P a ，而充填工业泵在低压状态下可以提供1 3 M P a 的压力， 说明该充填工业泵满足系统需要。 5 进行了锡矿山似膏体泵送充填工艺流程设计，完成了主要设 施方案设计和主要设备选型，设计了充填制备站总图布置方案和井下 管道输送系统的方案。充填系统总投资约1 0 7 9 ．9 9 万元。水泥粉煤 灰分级尾砂比例为1 2 8 ，质量浓度为7 6 ％的充填料浆材料成本为 6 2 ．1 8 元／m 3 或2 3 ．4 6 元／t 。 6 对该充填系统的经济效益进行了分析。按矿山保有残矿储量 1 2 9 万t 计算，可回收7 7 ．4 万t 锑矿石。按采出矿石的品位3 ％，每吨 锑金属1 0 万元计算，累计新增产值2 3 ．2 2 亿元。 关键词似膏体泵送充填可泵性试验充填系统 中南大学硕士学位论文A B S T R A C T A B S T R A C T T h e k e yo fr e a l i z i n gt h em a x i m u mr e c o v e r yo f r e s i d u a lo r e r e s o u r c e s i nas a f ep r e m i s ew a sb a c k - f i l l i n gq u a l i t ya n de f f i c i e n c y , b u tb a c k f i l l i n g q u a l i t ya n de f f i c i e n c yd e n g p e n do nb a c k f i l l i n gm a t e r i a l s ，t e c h n i c a l p a r a m e t e r s ，r e l i a b i l i t yo fs y s t e ma n da d v a n c e d ．T os o l v et h ep r o b l e mo f l o wc o n c e n t r a t i o na n dp o o rq u a l i t y e x i s t i n gb a c k f i l l i n gs y s t e m ，t h e p r o g r a mo ft e c h n i q u eo fp a s t e l i k eP u m p i n gb a c k f i l li nX i k u a n g s h a nw a s d e s i g n e d ．I ti n t e g r a t e d l yu s eo ff i e l dr e s e a r c h ，l i t e r a t u r es e a r c h ，l a b o r a t o r y t e s t i n g ，p r o c e s sd e s i g n ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o na n do t h e rm e a n sw e r e p e r f o r m e dt os t u d y o ft h e b a c k f i l l i n gr a t i o ，p u m p e da n ds y s t e m p r o c e s s ，a n dt h er e l i a b i l i t yo fb a c k f i l l i n gs y s t e mw a sa n a l y z e d ．1 1 1 em a i n c o n t e n t sa n dc o n c l u s i o n so ft h i sp a p e ra r es u m m a r i z e da sf o l l o w s 1 T h r o u g ht h ei n v e s t i g a t i o na n da n a l y s i so ft h ee x i s t i n gp r o g r a mi n t h es y s t e mo fX i k u a n g s h a n ，t h eb a c k f i l l i n g w a yo fu s i n gc l a s s i f i e d t a i l i n g sa sb a c k f i l l i n ga g g r e g a t ew a sd e t e r m i n e d ；B a c k f i l l i n ga b i l i t ya n d b a c k f i l l i n gs t a t i o nw e r ed e t e r m i n e d ． 2 T h ep h y s i c a lp r o p e r t i e so fc l a s s i f i e dt a i l i n g sw a sa n a l y s e d ．T h e b e s tr a t i ow a sc o n c l u d e dt h r o u g ht h eb a c k f i l l i n gr a t i ot e s t ．O v e r h a n d h o r i z o n t a ll a y e r i n gc u t - - a n d b a c k f i l l i n go rd r i f tc u t - a n d - - b a c k f i l l i n g r a t i o c o m e n t f l ya s h r a i l i n g s w a s1 2 8 ，m a s sc o n c e n t r a t i o nw a s7 4 - 7 6 p e r c e n t ；G o a ft r e a t m e n t - r a t i o c o m e n t f l ya s h r a i l i n g s w a s1 4 1 5 ， m a s sc o n c e n t r a t i o nw a s7 4 - V 7 6p e r c e n t ，o rc l a s s i f i e dt a i l i n gn o n - c e m e n t e d b a c k f i l l i n g ．T h er e c o m m e n d e dr a t i ow a sm e e tt h ed e l i v e r yr e q u i r e m e n t s ， t h r o u g hd e t e r m i n a t i n g t h e p a r a m e t e r s o f b a c k f i l l i n gs l u r r y f l o w p e r f o r m a n c e s l u r r yw e i g h t ，b l e e d i n gr a t e ，d e g r e eo fs l u m pa n ds l u m p p r o l i f e r a t i o n ． 3 T h em o d e lo fb a c k f i l l i n gp i p e l i n ew a ss e l e c t e d ，a n dt h r o u g ht h e c o n t r a s tc r i t i c a lf l o wr a t ea n da c t u a lf l o wr a t e ，t h ep i p e l i n ew a sb e l i e v e d t ob er e l i a b l e ． 4 I no r d e rt oe n s u r et h a tt h es y s t e mw a ss t a b l ea n dr e l i a b l e ，c i r c u l a r p i p et e so fc l a s s i f i e dt a i l i n g sd e l i v e r yw a sd o n e ．T h er e s u l t ss h o w e dt h a t u n d e rt h ep r e m i s eo fm e e t i n g5 0 m 3 ／ht r a f f i c ，2 0 0 0 mb a c k f i l l i n gp i p e p r e s s u r el o s sw a s6 - 8 M P a ，b u tb a c k f i l l i n gp u m pC a np r o v i d e13 M P ai n l o wp r e s s u r e ，t h eb a c k f i l l i n gp u m pw a sc o n s i d e r e dt om e e tt h es y s t e m I I 中南大学硕士学位论文 A B S T R A C T r e q u i r e m e n t s ． 5 P r o g r a mo fp a s t e l i k eP u m p i n gb a c k f i l l i nX i k u a n g s h a nw a s d e s i g h e d ；D e s i g no fm a j o rf a c i l i t i e sp r o g r a ma n d e q u i p m e n ts e l e c t i o nw a s c o m p l e t e d ．Ap r o g r a mo fb a c k f i l l i n gg e n e r a ll a y o u tp l a no fs t a t i o na n d u n d e r g r o u n dp i p e l i n es y s t e mw a sd e s i g n e d ．T h et o t a li n v e s t m e n to f b a c k f i l l i n gs y s t e mw a sa b o u t10 ．7 9 9 9 m i l l i o ny u a n ．T h er a t i oo fc e m e n t f l ya s h c l a s s i f i e dt a i l i n gw a s1 2 8 ，t h em a t e r i a lc o s t so f b a c k f i l l i n gs l u r r y t h em a s sc o n c e n t r a t i o no f7 6 ％ w a s6 2 ．18y u a n ／m 3o r2 3 ．4 6y u a n ／t ． 6 T h ee c o n o m i cb e n e f i t so fb a c k f i l l i n gs y s t e mi s a n a l y s i s e d ． 7 7 4 0 0 0 to f a n t i m o n yo r e sC a nb er e c y c l e do nt h eb a s i so f1 ．2 9m i l l i o nt r e s i d u a lo r er e s e r v e s ．C a l c u l a t i n g3 ％o f t h eo r eg r a d ea n d10 0 0 0 0y u a n ／t o f a n t i m o n ym e t a l ，t h et o t a ln e wo u t p u tv a l u ew a s2 ．3 2 2b i l l i o ny u a n K e yw o r d s p a s t e - l i k e p u m p i n gb a c k f i l l i n gp u m p e dt e s t b a c k f i l l i n gs y s t e m I I I 中南大学硕士学位论文目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯】【 A B S T R A C T ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。I I 第1 章概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 研究背景、目的及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 矿山充填技术的发展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．1 矿山水力充填⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．2 充填泵送设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．3 主要研究内容及方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 第2 章锡矿山开采技术条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 ．1 矿山概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 ．2 矿山地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 ．2 ．1 工程地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 ．2 ．2 水文地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 ．3 矿山开采现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．3 ．1 开采概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．3 ．2 开拓系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 ．3 ．3 采矿方法及评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 0 2 ．4 矿山地压活动情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 2 2 ．5 采空区现状及影响范围分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 第3 章充填方式及充填能力确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。1 6 3 ．1 充填动力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 6 3 ．2 充填材料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 6 3 ．3 充填工作制度与充填能力确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 7 第4 章分级尾砂充填技术参数确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 8 4 ．1 分级尾砂充填性能初步评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 8 4 ．2 充填配比试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 4 ．2 ．1 试验目的与试验材料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 4 ．2 ．2 试验方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 4 ．2 ．3 试验结果及分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 5 4 ．3 推荐最优配比及其料浆技术参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 0 中南大学硕士学位论文 目录 4 ．4 推荐配比充填浆体的流动性能参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．31 4 ．4 ．1 浆体体重和泌水率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 4 ．4 ．2 塌落度和塌落扩散度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 2 4 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 4 第5 章充填工业泵选型及可泵性试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。3 5 5 ．1 充填工业泵选择原则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 5 5 ．2 管道输送参数计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 5 5 ．2 ．1 基本参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 5 5 ．2 ．2 充填管道⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 6 5 ．2 ．3 管道输送可靠性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 7 5 ．3 管道输送阻力计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 8 5 ．3 ．1 国内外管道输送阻力研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 8 5 ．3 ．2 充填料浆管道输送阻力计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 9 5 ．4 充填工业泵选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 5 5 ．5 充填料浆的可泵性试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 5 5 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 第6 章充填制备与输送系统工艺设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 3 6 ．1 充填工艺设计原则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 3 6 ．2 充填料浆制备站站址选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 3 6 ．3 充填工艺流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 4 6 ．4 充填料浆制备系统工艺设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 6 6 ．4 ．1 进砂系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 6 6 ．4 ．2 分级尾砂制备输送系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 7 6 ．4 ．3 胶凝材料和改性材料储存与输送系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 9 6 ．4 ．4 搅拌系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 6 ．4 ．5 泵送系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 2 6 ．4 ．6 给水系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 2 6 ．4 ．7 沉砂系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 3 6 ．4 ．8 排泥系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 3 6 ．4 ．9 计量控制系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 4 中南大学硕士学位论文目录 6 ．4 ．1 0 其他系统与设施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 4 6 ．4 ．11 总图设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 6 ．5 井下管道输送系统方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 5 6 ．6 经济效益分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 6 6 ．7 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 0 第7 章全文总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 3 j 苗【谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 8 攻读学位期间主要研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。7 9 中南大学硕士学位论文第1 章概述 1 ．1 研究背景、目的及意义 第1 章概述 湖南闪星锑业有限责任公司 原锡矿山矿务局，以下简称“闪星锑业” 位于 号称世界锑都的湖南省冷水江市，以储量大、质地纯、产量高、质量好而著称于 世界，分南矿和北矿两个矿区，包括由4 个复式背斜组成的4 个矿床，即老矿山 矿床、童家院矿床、物华矿床和飞水岩矿床。 锡矿山矿务局是一个开采历史百年以上的老矿山，其储量及产量曾居世界第 一位，经过数次技术改造，已形成年产原矿5 3 ～5 5 万t ，采掘总量6 0 万t 南矿 3 0 ～3 5 万仇，北矿2 5 ～3 0 万t ／a 的生产能力。与其他老矿山一样，闪星锑业也 面临储量消耗过大，保有储量日益减少的困境。为维持矿山企业稳定生产，除加 大深部和外围勘探力度，增加保有储量外，还应加大残矿资源回收力度。经过百 余年来的开采，闪星锑业残留了大量宝贵的锑矿资源，如南矿残矿矿量达 1 2 9 7 1 6 0 t 。如能将这部分残留资源充分加以回收，不仅可以提高矿山经济效益， 延长矿山服务年限，而且在回收残矿的同时，对遗留采空区进行处理，可以从根 本上消除采空区安全隐患，保护地下地表环境，兼具较高的环境效益和社会效益。 南矿残矿资源主要分布在1 ～1 5 中段，包括矿柱、连续矿壁、顶底柱、落棚 矿等，点多面广，且单个地点矿量有限。3 中段及其以上中段两边的残采资源 3 0 万t 是解放前或上世纪5 0 年代遗留下来的，品位高 平均品位3 ％以上 、回采 价值大，但周围空区密布，分布状况不明，且靠近地表，开采难度最大。3 中段 以下残采资源周围空区虽然进行了充填处理，但处理效果较差，普遍没有充满。 残采资源都是历史上采用空场法开采时作为矿柱遗留下来的，如果不对其进 行彻底治理，不仅无法保证残矿回采的安全，而且势必引起上覆岩层和地表的沉 降与移动，尤其是3 中段以上高品位残矿由于靠近地表，如不进行充填，开采极 有可能造成地表塌陷，破坏地表地物，影响工农关系。因此，必须通过建设可靠 的充填系统，对残矿周围已有采空区进行高质量、大能力的充填处理 质量浓度 高、接顶充填程度高、充填体强度好 ，为残矿开采创造安全的环境，同时采用 充填采矿法，以实现南矿1 5 个中段残矿资源的安全回收，提高矿山经济效益和 可持续发展水平。 综上所述，南矿浅部残矿资源能否在确保安全的前提下，实现最大限度地回 收，其关键在于充填质量和充填效率，而充填质量和充填效率除取决于充填材料 和充填技术参数外，与充填系统的可靠性和先进性密不可分。南矿当前浅部充填 系统位于南炼厂进门马路旁，建成于1 9 9 4 年，主要负责南矿7 中段以上残矿开 中南大学硕士学位论文第1 章概述 采的充填工作。系统由飞水岩水泥库及水泥浆输送系统、尾砂分级系统、搅拌制 浆系统和加压输送系统组成，由于存在以下问题，现己废弃，设备陈旧老化，已 无改造利用价值 1 水泥库与充填制备站距离较远，水泥需用水力输送到搅拌系统，充填 过程中需有专人对水泥库及输送系统进行管理，增加了充填制备站定员，而且系 统运行可靠度低； 2 采用渣浆泵加压输送，由于输送距离远 最远1 6 0 0 m ，渣浆泵输送浓 度低，充填质量浓度过低，不仅增加了水泥消耗量，而且采场充填脱水量大，加 大了井下排水压力，降低了充填质量； 3 由于输送浓度低，充填体凝固时间延长，严重影响回采作业循环时间； 4 受渣浆泵压力影响，充填能力过小，不能满足残矿开采快采、快充的 要求。 由于矿山浅部资源储量有限，在深部开拓工程建成投产之前，矿山产量将在 很大程度上取决于浅部残矿的回采 尤其是3 中段以上高品位的残矿资源开采 ， 而浅部资源能否安全回采又取决于浅部充填系统的可靠性、充填质量和充填能 力，鉴于原有充填系统已经失效，无重新改造利用的可能，必须设计新的充填系 统工艺方案。 1 ．2 矿山充填技术的发展 1 ．2 ．1 矿山水力充填 矿山水力充填最早运用于十九世纪中叶，1 8 8 4 年，在美国宾夕瓦尼亚州的 一矿山利用水力充填将废渣输送到井下以控制火灾【l 】。1 9 0 9 ，南非的威特沃特斯 兰德的煤矿、澳大利亚以及美国科罗多州的金矿，首次试验并成功运用了水砂充 填工艺【2 ．3 】。1 9 3 2 年，美国的H o m e s t a k e 金矿利用重力自流输送的方式，将分级 磨砂和水泥组成的充填料浆输送至采空区，有效的控制了地表沉陷【4 】。1 9 4 9 年， M tI s a 矿第一次采用分级后的尾砂矿作为充填骨料进行水砂充填，1 9 7 2 年，该矿 建立新充填站，用W a r m a n 系列A 型6 ／4 高压密封离心式砂泵将质量浓度为6 8 ％的充填料浆输送至井下采空区，实现泵送充填。1 9 7 4 年，美国率先采用以分 级尾砂作为骨料的低浓度充填采矿法，其在输送骨料和旋流分级脱泥方面取得很 大成就【5 】。我国最早于1 9 6 0 年开始采用水力充填。1 9 6 0 年，湘潭锰矿使用水力 充填采矿法来进一步回收井下矿石及处理采空区。为有效控制地表下沉，锡矿山 于1 9 6 5 年在南矿采用水力充填采矿法，取得了很好的效果；7 0 年代前后孙村煤 矿对其浅部煤层开采所留下的采空区进行充填处理；8 0 年代后，随着充填工艺 及充填设备的不断完善，我国各个矿山开始广泛采用该项工艺技术【6 ‘7 】。 2 中南大学硕士学位论文第1 章概述 水力充填有两个严重的缺点。一是待充填地点必须设计和建造滤水墙，以保 障充填料浆在凝固过程中排水的需要；二是水的管理难度大，充填料浆凝固过程 中会一般会排放大量的水，导致采场积水过多，很可能引起大的灾害【8 】。 传统的水力充填工艺，充填料浆浓度较低，一般在6 0 ％以下，进入采场后需 大量脱水，脱水过程中带走密度较小的水泥，造成水泥流失，降低了充填体的强 度，而且严重影响井下工作环境。为解决此类问题，提供充填料浆的浓度是关键。 但想进一步提高充填料浆的浓度，必须使用一些辅助设备，才能实现高浓度的膏 体或似膏体充填【9 1 。 近年来随着充填工业泵技术的发展，可以输送高浓度的柱塞泵实现了国产 化，使设备投资大大降低，因此，在因充填高差较小、输送距离较远而无法实现 自流输送的矿山，需要高浓度充填的矿山和需要提高接顶充填率的矿山，膏体或 似膏体泵送充填开始受到重视。湖南飞翼股份有限公司开发了号称神舟第一泵的 H G B S 2 0 0 充填工业泵，理论充填能力2 0 0 m 3 ／h ，输送浆体质量浓度7 0 ％以上。 1 ．2 ．2 充填泵送设备 矿山目前常用的充填泵送设备有离心泵、往复泵以及介乎离心泵和往复泵之 间的隔离泵I l U J 。 离心泵是主要是靠泵内叶轮旋转，将动能转化为压力能来输送浆体，一般属 于低扬程泵，其输送压力一般不超过4 ．5 M P a 。如威尔弗利父子公司生产的H D 系列渣浆泵、G I W 工业公司生产的L C C 2 R 渣浆泵、煤炭科学院设计的Z J 耐磨 型渣浆泵、澳大利亚瓦曼公司生产的瓦曼泵等。离心泵由于扬程较低，一般用于 短距离输送。相比于其他充填泵，渣浆泵更便宜，国内很多矿山为满足需要，采 用降低充填料浆浓度的方式来进行长距离输送。渣浆泵的零件一般容易损坏，需 要定期更换，矿山实际使用中必需有备用泵【l 卜1 2 】。 隔离泵是将浆体隔离在泵体之外，以避免泵体本身直接接触浆体。目前，国 内常使用的隔离泵主要有活塞式隔膜泵、柱塞泵、水隔泵、油隔泵、喷水柱塞泵 等。如太白金矿的P Z N B 型喷水式柱塞泥浆泵等【1 3 】。 正排量泵与隔离泵相比，其最大压力达2 4 - - - 2 8 M P a 。正排量泵主要用于长距 离浆体浆体的输送。在国外使用的比较多，性能比较好的。但因结构复杂，维护 困难，流量偏小等原因，在国内金属矿山较少采用。 1 ．3 主要研究内容及方法 本研究以现场调查和室内实验为基础，以似膏体输送特性及主要技术参数研 究为中心内容，以制备系统和输送系统方案设计为主要手段，以现场工业试验为 项目最终评价依据。 中南大学硕士学位论文 第1 章概述 通过现场选取尾砂样品，测定其物理力学性质，选择不同配比 含不同浓度 的充填料浆测定其强度指标和泌水率，通过理论分析不同配比充填体的强度变化 规律，研究合理的充填固结料配比，以满足矿山充填工艺需要的强度指标，并测 定推荐配比充填料浆的流动性能；结合最优配比，通过对矿山充填能力和充填倍 线的计算，选择合理的充填方式；通过可泵性试验，检验所选充填工业泵的可靠 性，进而对充填系统工艺方案流程进行设计，并对充填系统的可靠性进行分析。 1 充填材料配比试验 1 研究确定满足不同充填目的要求的充填体强度指标； 2 进行充填配比室内试验，确定满足不同充填目的要求的最优充填配比 参数 灰砂比、质量浓度等 ； 3 测定推荐配比充填料浆塌落度、稠度、泌水率等管道输送特性参数， 评价管道输送性能及可泵性能，确定充填体脱水率。 2 充填系统能力确定 1 各中段最大充填倍线分析与计算； 2 充填系统能力确定。 3 充填系统工艺流程方案 1 充填站址选择； 2 充填物料储存与输送工艺； 3 充填组合料搅拌与加压泵送工艺； 4 主要设施与设备、仪表选型； 5 充填钻孔与充填管道选型； 6 充填系统能力校核； 7 系统最大输送距离确定； 8 超过系统最大输送距离地段的应急处理方案； 9 充填制备站总图工艺设计； 1 0 井下充填管路布设设计； 1 1 技术经济分析。 4 中南大学硕士学位论文 第2 章锡矿山开采技术条件概述 第2 章锡矿山开采技术条件 2 ．1 矿山概况 闪星锑业位于湖南省冷水江市西北1 2 ～1 7 k m 。初期，仅指老锡矿山一带， 今统括北起枣子排、南至株木山、东起物化、西至光家垴的矿区，南北长约 8 k m ，东西宽约2 k m ，面积1 6 k i n 2 ，是集采、选、冶、化工于一体的综合大型国 有企业。矿区山峦起伏，沟谷深切，山势陡峭，属山地地形，最高处为岳高 岭，海拔8 2 5 m ，最低处为南区放水巷，海拔2 3 6 m 。 锡矿山现有一条长1 2 ～1 7 k i n 的盘山水泥硬化公路与冷水江相连冷水江市 至新化、邵阳、新邵、涟源、娄底、衡阳、长沙、广州、深圳等均有汽车直达， 交通方便。 本矿区地势较高，属大陆性山区气候，气温比冷水江市区稍低。年最低气温 为．O ．5 ℃ - 6 ．5 ℃。七八月较为凉爽，气温一般在3 0 ℃左右。春冬季均以北风为主， 冬季最大风力可达9 级。夏季多为偏南风，最大风力为7 ～8 级。降雨较多，主要 集中在四、五、六三个月。年降水日最少为1 3 4 d ，最多为1 7 3 d ；年降雨量最少 1 1 3 8 ．9 m m ，最多为1 4 9 1 m m ，日最大降雨量为1 2 1 ．4 m m 。冬季积雪深度一般为 7 0 m m ，最深2 4 5 m m ，最大年蒸发量为13 3 9 ．1 m m 2 ．2 矿山地质条件 2 ．2 ．1 工程地质条件 锡矿山锑矿床I 、I I 、I I I 号矿体的顶板围岩分别为页岩、硅化灰岩、破碎的 灰岩、页岩。由于岩石性质差异较大，各自的抗压和抗风化能力均不相同，特别 是I 、I I I 号矿体的顶板围岩节理发育，或受构造影响岩石破碎，稳固性差，致使 坑道和采场顶板局部易冒落，影响生产安全和采矿贫化率；I I 号矿体顶板围岩坚 硬，稳固性好。各矿体的底板围岩多系硅化灰岩，致密坚硬。 2 ．2 ．2 水文地质条件 1 含水层 矿山的主要含水层为石炭系下统大塘阶的石瞪子段 C 1 d 1 、泥盆系上统锡 矿山组马枯脑段 D 3 x 4 和佘田桥组灰岩段 D 3 s 2 、棋梓桥组灰岩段 D 2 q 。 前二者为矿床上部含水层，后二者为矿床下部主要含水层。后者层间破碎带和 溶洞连通对矿石起着溶蚀破坏作用，使部分锑矿石氧化后随水流失。上部马枯 脑段灰岩含水层与下部佘田桥组灰岩含水层之间无水力联系。 中南大学硕士学位论文 第2 章锡矿山开采技术条件概述 石瞪子段 C 1 d 1 为中厚层微晶灰岩为主夹薄层钙质页岩，层厚1 6 8 m 。 该段地层分布在F 7 5 断层以西，地表灰岩出露多发育小型的溶沟、溶槽、溶蚀裂 隙等，属裸露型岩石类型，岩溶大部分发育于浅部5 0 m 以内，含水层平均厚度 为2 1 ．5 0 m ，弱含裂隙溶洞水。 马枯脑段 D 3 X 4 厚至中