邢台矿粉煤灰膏体充填工艺试验研究.pdf

2 0 0 8 年 8月 第 3 7卷第 4期 中国矿 山工程 Ch i n a Mi n e En g i n e e r i n g Au g． ， 2 0 08 V o l - 3 7 No ．4 邢台矿粉煤灰膏体充填工艺试验研究 Te s t s t ud y o f fl y a s h pa s t e fil l i n g t e c h n o l o g y i n Xi n g t a i Mi n e 李延 东 河 北 金 牛 能 源 股 份 有 限 公 司 邢 台 矿， 河 北邢 台0 5 4 0 2 6 摘要 矸石电厂每年排放大量粉 煤灰 ， 污染环境， 利用粉煤灰作为空填材料 ， 进 行 了粉煤灰 膏体充填工艺的试验研 究， 取得 了 一 定的 成 果 。 关 键 词 粉 煤 灰 膏体 ； 充 填 工 艺 ； 研 究 Abs t r ac t Co a l r e f us e p o we r p l an t pr o du c e d l a r g e a mo un t o f fly a s h e v e r y y e a r ，a n d i t c a u s e d e n v i r o nme n t a l p o l l ut i o n．Us i n g fly a s h a s fi l l i n g ma t e r i a l ， t h e fl y a s h p a s t e f i l l i n g t e s t wa s c a r r i e d o n ， a n d s o me g o o d e f f e c t s w e r e o b t a i n e d ． Ke y wor ds fly a s h pa s t e ；fil l i n g t e c hn o l o g y； s t u dy 1 前 言 随着对煤炭需求大量增加和煤炭资源的大量开发 ． 地面 村庄压煤已成为煤矿生产持续发展的突出难题。 开展建筑物 下压煤开采研究是十分重要和迫切 的工作。几十年来 ． 为解 决建筑物下压煤问题 ， 进行 了大量的科研开发和普及 ． 运用 条带开采技术 、 水砂充填技术 、 离层带注浆技术等采矿技术 采 出大量 村 庄煤柱 ， 使村 庄下 采煤 技术 整体 水平 有 了较大 提 高 。但 目前 开 采 出来 的村庄 下 压煤 约 3 ／ 4仍 是 靠搬 迁 来 实 现 ， 导 致 出现大 量的采 矿塌 陷区 ， 造成 严重 的生 态破坏 。 邢台矿是一座具有 4 0年开采历史的大型矿井 。剩余可 采储量仅 2 4 0 0多万吨 ．而 3 0 0 0多万吨的煤炭资源被地面 建筑 占压 ， 与此同时， 矿矸石电厂每年排放 3 0万 t 的粉煤灰 ， 给周边环境造成很大污染。 为了企业持续发展和减少环境污 染 ， 邢 台矿 在粉煤 灰膏体 充填开 采技 术研究 方面进 行 了尝试 。 2 粉煤灰膏体 的特性 2 ． 1粉煤灰 性能 粉 煤灰 是从 燃煤 电厂 锅炉 烟气 中收 集到 的细 粉末 ． 其成 分与高铝粘土相近 ， 由极细的颗粒组成 ， 大部分以玻璃体状 态存在 ． 少量的为结晶体和炭分。有色金属矿山充填实践表 明 ．在河沙或矿尾砂充填料 中掺加粉煤灰可提高充填体强 度。 适量粉煤灰还可降低管道输送阻力并改善泵送性能。 粉煤灰 的化学成分因煤的品种和燃烧条件而异 。 粉煤灰 的活性主要与 S i O 、 A 1 O ， 及 F e 0 的含量有关 。邢 台矿电厂 粉煤灰化学成分见表 1 。邢台矿矸石 电厂粉煤灰实测密度为 0 ． 2 6 g ／ c m 。 2 ． 2坍落度 粉煤灰膏体坍落度过小 ， 流动性差 ， 泵送压力大， 容易堵 管。 要满足膏体输送 ， 粉煤灰膏体坍落度在 1 8 2 0 c m为宜。 维普资讯 第4 期 李延 东 邢台矿粉煤灰膏体充填工艺试验研究 3 9 2 ． 3 泌 水性 粉煤灰素浆泌水性强， 5 6 ％浓度的浆体 ， 在静态 情况下， 1 小时泌水率高达 1 3 ％。添加胶结料 的粉煤 灰膏体， 性能会有很大改善， 泌水率可降低到 3 ％～ 5 ％。 3 粉煤灰膏体的制备 粉煤灰膏体由粉煤灰 、 胶结料和水按一定配 比 搅 拌 而成 。从 严格 意 义 上讲 ， 满足 充 填要 求 的粉煤 灰膏体是似膏体 ， 真正 的粉煤灰膏体将不能实现管 道输送。从粉煤灰 的特性看 ， 粉煤灰浆体浓度低 ． 粉 煤灰颗粒受到的浮力小 ， 易沉降 ； 浓度高 ， 粉煤灰颗 粒受到的浮力大， 不易沉降 ， 利于输送 ， 同时也提高 输送能力 。然而浓度超过 5 5 ％后 ， 浆体流动性将 明 显降低 ， 泵送 系统压力显著增高 ， 因此 ， 粉煤灰膏体 浓度应控制在一定范围。试验表明 ， 粉煤灰浆体浓 度 需控 制在 5 1 ％～ 5 3 ％。另外 ， 胶结 料 的掺加 量决 定 粉煤灰膏体的凝 固时间， 需根据充填工艺要 求的凝 固时间 ， 确定 胶结 料 的掺加 量 。 3 ． 1 物料输 送 粉煤灰和胶结料均为粉状物 ， 均匀飘 浮 ， 造成 环境污染 ， 因此采用密闭空间连续供料 。粉煤灰 、 胶 结料分别 由储料仓通过螺旋给料机输送到搅拌桶 ． 水则通过管路由水源泵打到搅拌桶。 3 ． 2物料 计量 粉 煤 灰 、 胶结 料 采 用可 连 续 计量 的 冲板 流量 计 计量， 冲板流量计连接在螺旋给料机与搅拌桶之间。 流量计与控制系统相连接， 粉煤灰膏体的原料配 比 实现 自动化控制。 3 ． 3 物料搅拌 粉煤灰 、 胶结料和水采用强力搅拌桶搅拌成膏 体。搅拌桶可实现粉煤灰膏体制备的连续性 。 4 膏体输送工艺 粉煤灰膏体充填泵为 H B T 1 0 5 2 1 4 0 0 S型拖式 混凝土泵。搅拌桶搅拌均匀的粉煤灰膏体流进入充 填泵受料斗 ， 经充填泵加压进入充填输送管路 。输 送管路包括地面管 、 钻 孑 L 管和井下 管 ， 从矸石 电厂 打到井下总回风巷的钻孑 L 管 ， 将地面管与井下管连 通。 地面管和井下管采用 2 0 钢无缝钢管 ， 高压法兰 连接 钻孔管采用 1 6 M n钢无缝钢管，管箍焊接连 接。为避免发生堵管， 充填前后均需清洗管路， 洗管 水通过排水 管路排出， 因此在井下充填工作面充填 管路出 E l 附近 ， 安装 了一套三通 阀门组 ， 三通直通 端安装 阀门 ， 与工作 面充填管相连 ； 侧通端安装阀 门与排水管路相连 。 防堵措施 ①制备搅拌均匀的膏体 ， 严格控制膏 体浓度，严格控制胶结料的掺加量 ；②保持满管输 送 ， 钻孔 管设 置 排气 孔； ③井 上下 管 路每 隔 5 0 m 设置 一 个三通 ， 钻孑 L 孑 L 底设置一个三通 ． 一旦发生堵管 事故 ， 迅速打开三通 ， 利用泵送压力疏通堵管 ； ④管 路拐弯曲率半径不低于 1 ． 5 m； ⑤每次充填完后， 要将 搅拌桶 、 充填泵和输送管路用清水冲洗干净。 5 充填系统监控 粉煤灰膏体制备及泵送 各环节均进行有效监 控， 并通过 自动控制系统在计算机上实时显示。 1 重 点设备监视 在充填泵 、 螺旋给料机 、 水 源泵 、料 仓 切 换 开关 等重 点设 备 上安 装 高 清 晰探 头 ， 将视频画面实时传输到控制室监视器上 ， 可实 时监控其运行情况。 2 料仓料位监控 在粉煤灰仓和胶结料仓安 装旋转式料位计 ， 检测料 仓料位 ， 料位情况实时传 输到控制系统计算机上， 确保料仓不空仓 。 3 搅拌桶液位监 控 在搅拌 桶上分别安装差 压 液 位 计 和 雷 达 液 位计 ， 二 者 相互 结 合 校 验 ， 实 现 搅拌桶液位检测。 4 泵 送压 力监 控 泵 送 系统压 力反 应膏 体 的流 动情况 ， 系统采用高频压力传感器 ， 实时记录泵送 压力 ． 并 根据泵送压力调整泵送速度 ， 避 免充填系 统压力过高 ， 发生堵管事故 。 6 膏体充填工艺 要实现回采工作面采空区粉煤灰膏体充填 ， 需 解决两个关键问题 ①粉煤灰膏体具有流动性 ， 如果 不加 以封闭， 就会顺支架缝 隙溃人支架前方工作区； ②粉煤灰膏体要在封闭的空间在一定时间内凝结 ， 达到支护强度 ， 工作面方能向前推进 。要解决这些 问题 ．目前可行 的方法是在采空区吊挂充填袋 ， 充 填袋 内充填粉煤灰膏体。邢台矿为给回采工作面充 填打 基 础 ，首 先 在 7 6 1 0充 填 巷进 行 了巷道 充 填袋 维普资讯 4 0 中国矿 山工 程 2 0 0 8 年 第 3 7卷 充填试 验 。 巷道充填袋充填就是模拟 回采工作面条件 ， 在 巷道内设置充填袋， 进行充填试验 。充填袋材质为 塑料编织布 ， 缝制成立方体形袋子 ， 规格为长 2 0 m， 宽 2 ． 6 m， 高 3 ． 0 m。 沿巷道走 向打一排木点柱 ， 将巷道 分为充填 区和观测 区， 宽度分别为 2 ． 5 m和 1 ． O m， 点 柱间距 0 ． 5 m， 充填区点柱内侧钉木板 ， 交错压茬 布 置 ， 观测 区打戗 柱 ， 戗住木 点柱 ， 充填 区下端 垒挡 墙 。充填 袋用铁 丝 吊挂 在巷 道顶板 上 。充 填输送 管 铺设在 观测 区， 由充填袋 侧面最 高端 伸进充 填袋 。 工艺流程分为 4步。 ①打开井下管路阀门。 ②向 充填管路打水，井下管出水后将两个 阀门都关严 ， 井下管打水直到满管。 ③按配比制备粉煤灰膏体， 将 搅拌好的膏体打入管路 ， 同时通知井下打开放水 阀 门， 放水 口出灰浆后立 即关闭放水阀门， 同时打开 充填阀门。 ④由于在停止充填后 ， 充填管内的膏体在 自重作用下还将进入充填袋 ， 因此 ， 充填袋需预留 管路料余量 ， 并做出标记 ， 充填袋充至标定位置后 ， 立 即通 知 充填 站停 止 加 灰 ， 改 为 只加水 洗 管 ， 同时 关闭充填管阀门 。 打开排水 阀门 ， 将多余 的水通过 排 水管排 出 。 7 需进一步解决 的课题 1 粉煤灰膏体充填材料还需进一步试验研究， 包括胶结料性能 、 粉煤灰与胶结料配 比、 添加胶结 料方式等。 2 粉煤灰膏体泌水率高 。若通过水泵外排 ， 工 序复杂 ， 工作量大 ， 在工作面设计 中， 应考虑布置放 水巷 ， 下巷与放水巷联通 ， 工作面下巷沿空留巷 ， 以 排 除充填废 水 。 3 对充填体 的密封 问题有待于解决。若采用 充填袋 。 一方面工序复杂， 效率低， 充填成本高 ， 施工 不安全 尤其在顶板破碎情况下 ； 另一方面， 对于回 采工作面 ， 采空区不易充满 ， 充填效果差 ， 顶板下沉 量 及地 表变形 难 以达到理 想状态 。 目前还 没有一 个 好 的办法解决 ， 有 待 于在 支架 密封方 面有所 突破 。 8 结语 邢台矿粉煤灰巷道充填 试验达到了预期 目标 ， 给 矸石 电厂粉 煤灰 处理 开辟 了一条 新 的途 径 ， 也 为进 一 步建筑物下充填开采， 开采呆滞资源， 打下坚实基础。 耗量 2 ． 5 6 k g ／ t 。 磨矿 细度一 4 0 0目达到 9 5 ％时 ， 氰 渣金 品位 1 ． 1 4 g ／ t ， 回收率 9 8 ％， 氰化钠耗量 2 ． 8 9 k g ／ t 。生 产 中将高硫化矿的磨矿细度由原来一 4 0 0目占9 0 ％ 提高到占9 3 ％一 9 5 ％。生产指标得到改善。高硫铁矿 的实 际生 产 的平 均指 标 为 原 矿金 品 位 5 6 ． 2 g ／ t ， 氰 渣金 品位 1 ． 1 g ／ t ， 磨 矿细 度 为一 4 0 0目 占 9 5 ． 2 ％， 氰 化 钠消 耗 3 k g ／ t ， 氧化钙 消耗 为 7 ． 6 k 。按 照 目前黄 金 价格 1 9 0元／ g计算 ， 氰化钠价格按 9 ． 1 7元／ k g ， 由于 细度增 加处 理量 减小 增加 成本 1 0 ． 6 4元／ t 。 吨矿 效益 为 3 4 ． 7 0元／ t 。按 每 天处 理 高硫 化 矿 3 0 0 ／ t 。年 工作 3 0 0天计 。 年可增加经济效益 3 1 2 ． 3万元 。自该矿提 高高硫铁 矿磨 矿细度 后取 得 了可观 的经济效 益 。 5 结语 磨 矿 细度 对 高硫铁 矿 的氰 化 浸 出影 响 明显 ， 所 以对高硫铁矿在实际生产 中要严格控制磨矿细度 和处理量。从筛析试验结果可以看出所有 的氰渣都 是在 4 o 0目以上 的品位较高 ， 且呈包裹状态 ， 即使 细度 达 到 9 5 ％， 这 部分 还 是不 能浸 出溶 解 。所 以条 件 允许 可 以考 虑优 化工 艺流 程 ， 采 用 阶段 磨矿 循环 浸 出的工艺 ， 即在氰尾处进行分级磨矿 ， 再循环浸出。 【 参考文献】 [ 1 ] 周一康． 难处理金矿石处理方法 研究进展[ J ] ． 有色金属矿 产与勘查 ， 1 9 9 8 ， 7 2 1 1 4 1 1 9 ． [ 2 ] 章晋叔． 难选 冶金矿石处理工艺现状与进展f J ] ． 金属矿山， 2 0 0 4． 增刊． [ 3 ] 李绍卿 ， 刘 刚 ， 孙斌等． 高砷高硫 金矿 石或金精矿氰 化浸出工艺[ J ] ． 黄金 ， 2 0 0 2 ， 2 3 5 2 9 3 1 ． [4 ] 黄金生产工艺指南 编委会 黄金生产工 艺指 南[ M ] ． 北京 地质出版社 ， 2 0 0 0 ． [ 5 ] 王能超． 数值分析简明教程『 M ] ． 北京 高等教育出版社． 维普资讯