膏体充填水泥添加方式的试验研究.pdf

2 0 0 1年 1月 第 3 0卷第 1期 有色矿山 No n f e r r o u s M 髂 J a n ， 2 0 01 3 0 No 1 膏 体 充填 水泥 添 加方式 的试验 研 究 肖尚武， 张敬 ， 谢 良 北京有色冶金设计研究总院 ， 北京 1 0 0 0 3 8 [ 关键调】膏体充填 ； 试验 ； 水泥添加 ； 混斟装置 【 ■耍 】膏体 破结 充 填 是 比较先 进 的 充填 方法 ． 我 国 正 在推 广应 用 。 如果 能把 加 水 泥工 作放 在坑内进行 ， 则充填作业后 不用清洗管道并消除了堵管隐患 。 [ 中圈分类号 】TD 8 5 3 ． 3 4 [ 文献标识码 】A[ 文章缠号 】1 0 0 2 - 8 9 5 1 2 0 0 1 0 1 - 0 0 1 4 - 0 5 T e s t s t n d y o f c e me n t a d d i n g mo d e o f p a s t e f i l l i n g ． XI AO S h a n g - WU ， Z HANG J i n g ， XI E U a t l g B e r i n g C e n t r o l En n e e r i n g ＆ Re s e a r c h I n s t i t u t e加No n - f e r r o u s Me t a l l u r g i c a l I n du s t r i e s ， B e i fin g 1 0 0 0 3 8 ，C h i n a Ke y w0 r d s p a s t e fil l i ng；t e s t ；c e me n t a d d i n g；b l e n d i n g s y s t e m Ab I 1 l c t Pa s t e c e me n tin g me t h o d i s a n a d v a n c e d fi l l i ng me t h o d 。a n d i t i s u s e wi d dy i n Chi n a． I f c e n e n t a d d i ng c a n h e f i n i s h e d i n u n d e r g r o u n d 。 wa s h i ng p i p e s wi l l n o t h e n e c e s s a r y a n d t h e b l o c k a ge o f p i p e s wi l l b e r e mo v e d a f t e r fil l i n g I n t h i s p a p e r ，t est B t u d y i s i n t r o d u c e d i n d e t a i l ． 膏体 胶结 充填与 传统 的分 级尾砂 胶结 充 填相 比。 具有 充分 利用 尾砂 、 减 小甚 至取消尾 矿库 、 降低水 泥 消耗 量 、 采 场 不 需 脱水、 减少 污染等 优点 ， 在 国外得 到 了 广泛 应 用。 膏体 胶结充填的水泥添加方式有地表添加和坑内 添加两种 。地表 添加水 泥 工 艺 简单 ， 但 充填 作业结束 后， 需清洗 充填管路 ， 且清 洗水易进 入 充填采 场， 影 嗬 充填质 量， 不仅 浪费 时 间， 且下次 充填时 易发 生堵管 事故 。在 坑内添加 水泥， 膏体的稳定性好。 充填作业结束后， 水 泥添加点之前的膏体充填料可保留在充填管 路 中 。 下次 充填 作业时可 以继续泵 送。因此 ， 坑 内添加水 泥 比地表 添加水 泥具有 明显的优 越性 ， 国外膏体 充填矿 山大 部分 在 坑 内添 加 水泥。 [ 收 稿 日期 ]2 0 0 0 ． 1 1 ． 0 2 [ 作者 简 介 ]肖尚武 1 9 6 3一 ， 男 ． 湖 南 挑江 人 采矿 高 级 工程 师 ， 从 事矿 山工 程 设计 工 作 。 1 坑内添加水泥的主要技术问题 1 ． 1 坑 内添抽水泥 方式 的确定 坑 内添加水泥有 添加干 水泥 干 式 和 添 加水泥浆 湿式 两 种方式 。添加干水 泥前膏 体浓度较低， 输送可以降低能耗 ， 添加干水泥 之后 ， 浓 度增 高 ， 充填 体强 度增 加。在相 同 的 强度条件下， 添加千水泥的 水泥消耗量 比添 加水泥浆少。姐干水泥添加量受到限制。 难 以获得强度很 高的充填体； 添 加水泥浆 的工 流程简单。 撮作管理方便。 1 ． 2 干水泥爰木泥浆的输送和计量 为 了保证水泥连 续、 均匀地添 加到充填 骨料中 必须有可靠的输送和计量系统。 1 ． 3 黍加装置 和混料 装置 为使 千水泥或 水泥浆 能与膏体 充填料在 输送 管道 中均 匀 混合 。 必须 研制 可 靠 的 水 泥 添加装置和 混料装置 。 1 ． 4 不同黍加方式对膏体充填料的要求 不同 添 加方 式 对 充 填 料 的 要 求 是 不 同 维普资讯 第 l 期 肖尚武 等 膏 体充填水泥添加方式的试验研究 的。对于添 加干 水 泥 ， 添 加 水 泥后 的膏体 应 具 有 良好 的可塑性 ， 浓 度不应太 高 ， 以保证混 合均匀 ； 对于添加水泥浆． 添加水泥后的膏体 浓 度不 应太 低 ， 应具 有 良好 的稳 定性 ， 以提高 强 度， 降低 水泥 消耗 量 。干 加 水泥 时 膏体 充 填料 的泵送 浓 度较 低 ， 湿加 水 泥 时泵 送 浓 度 较 高 2 坑内添 加水泥 的研究和试验 2 ． 1 坑 内干式 和 湿式 水 泥 添 加装 置及 混 料 装置 的研制 坑 内水泥添 加装 置 的作用 是使干 水泥或 水 泥浆能顺 利 、 均 匀地加到 充填骨 料膏体 中。 因此 。 在设计 中考 虑用压缩 空气助 吹和混合 。 根据 水泥和 压 缩空 气 加入 顺 序、 加入 方 向和 加入 点 多少 的 不 同， 设 计 了 2种干 式 添 加 装 置 和 5种湿式 添加装置 。为 了使水泥和骨 料 膏体 混合均 匀 ， 设计 了 3种 混料装 置。 2 ． 2 材 料试验 在确定 坑 内添加 水 泥方 式 之 前， 首 先 需 做各 种充填材 料试验 。 2 ． 2 ． 1 充填材料 的物理和 化学性 能的测定 测定各种 充填材 料 ， 如全 尾砂 、 棒 磨 砂 、 碎石 、 水淬 渣 、 水泥等材 料的密 度 、 松散体重 、 孔 隙率 、 粒级组成 、 化学 成分等 。 2 ． 2 ． 2通 过试验确定 充填材 料 膏体浓度很 高， 细粒级材料可 以作为载 体携 带粗粒级 材料。加 入一些 粗粒 级骨料 可 以 降低水泥 量 。因此 ， 在满 足 泵迭 和强 度 要 求的前提下． 可以加入一定比例的粗粒级 充 填材 料 。 2 ． 2 ． 3水泥浆浓度 的确定 为 了使加入 水泥浆后 的膏体 充填料 的浓 度不 至于降低 太 多， 在 满 足输送 要 求 的前 提 下应尽 可能提高 水泥浆 的浓度 。采 用普 通硅 酸 盐 水 泥 时． 水 泥浆 的 重 量 浓 度 可 以 达 到 6 8 ％。若 条件允 许， 水 泥浆 浓度 应尽量 高。 2． 2 ． 4 充填 材料配 比的确定 对于坑 内添 加水 泥浆 方 案， 在 添 加水 泥 浆之前 ， 膏体应具 有 良好 的流 动性 ， 浓 度 不能 太高 ， 坍 落 度 一般 为 1 2 ～ 1 6 c m； 在添 加 水 泥 浆之后 ． 胶 结膏体 浓度不 能太低 ， 应具 有 良好 的稳定性 ， 坍 落度 一般为 2 0 -2 5 e m。对 于坑 内添 加干水泥方 案 ， 在添加 水泥之前 ， 膏体浓 度不 能太低 ， 应具 有 良好 的稳定性 ， 不 能有 明 显的 泌 水现 象 ， 坍 落 度 一般 为 2 0 -2 5 c m； 添 加干 水泥之 后， 膏体 浓度不 能太高 ， 应具 有一 定的 可塑性 。 坍 落 度 一般 为 8 ～ 1 5 c m。试 验 确定 的金川有色 金属公 司和铜绿 山矿 的充填 材料配 比如表 1 。 从表 1可 以看 出 ， 对 于 金 川 有色 金属 公 司的膏体 充填 ， 添 加水 泥 浆和 添 加干 水泥 都 是 可行 的， 灰砂 比为 1 8时 ， 强 度分 别 达 到 3 ． 4 iP a和 3 ． 9 MP a ， 灰 砂 比为 1 6时， 强 度 可达到 4 MP a 。铜 绿 山矿 的膏 体 充 填 ， 添 加 水泥浆是 可行 的。 灰砂 比为 1 1 0时 ． 强度 为 3 ． 0 4 MP a ， 可 以 满 足要 求 。添 加 干 水 泥 使 膏 体浓 度 为 8 6 ％ 时， 坍 落 度 已达 2 4 c m。再 降 低 浓度 则 水淬渣产 生离析 沉淀 ， 稳 定性 差， 不 能泵送 。按 灰砂 比为 l 1 5加入 水泥后 ， 坍 落 度 仅为 4 c a n ， 强度 只有 2 ． 3 5 P a 。 不 能满足 要 求 ． 进一 步加大 灰 砂 比， 则坍 落 度更 小 ， 膏体 失去塑性， 水泥也很难混合均匀。 2 ． 3 坑 内添加 水泥 的地 厦半工 业试 验 2 ． 3． 1 湿加水 泥的地 面半工业 试验 首 先按 配 比人工 混 合 无 水泥 充填 料 ， 然 后用铲运 机 向泵 车供 料 。 经泵 车 加压 后输 送 到 湿式 水泥 添加装置 泵车的流 量固定 不变。 水 泥 由水泥 仓经插板 闸 门、 叶轮 给料 机 、 冲板 式 流量计 送 到搅 拌槽 中。 制 成 浓度 为 6 8 ％的 水 泥浆 。然后用 柱塞 泵加压输送 到湿 式水泥 添加装置 。柱塞泵采用变额控制调节流量。 同时加入 压 缩 空气 助 吹、 混合 。加入 水泥 的 膏体充填 料 经 混 料 装 置 和 一段 长 约 3 0 m 的 管道排 出 。湿加水泥添 加试验 的有关 参数见 表 2 。 2 ． 3 ． 2 干加水泥的地面半工业试验 无水 泥 充填 料输送 的工艺流程 与湿加 水 维普资讯 1 6 有色矿山 2 0 0 1年 A1 M2 粗 厝砂 碎石 1 ． 5 1 粗尾砂 捧彦砂n I M4粗尾砂 碎石f I ． 5 I A 2 M5 ． 1 粗尾砂 碎石 1 ． 5 1 ．2 粗尾砂 碎石 1 ． 5 1 1 1 6 1 7 2． 00 7 1 1 6 1 7 1 ． 96 5 1 1 6 1 7 2． 0n 5 1 1 6 1 7 1． 9 80 1 1 6 l 7 1． 9 80 1 1 6 1 7 1． 9 8 0 7 2． O7 6 1 ． 79 9 1． 6l 7． 5 1． 61 7． 5 1． 7 9 7． 5 2． 0 7 1． 85 4 68 2． 03 8． 5 1． 85 4 6 8 1． 84 2 2 ______-●-。。。。。。●___________--●。。。。。。__。。_______●_一 1． 85 4 6 8 2． 0 4 1 0． 5 1． 8 54 6 8 2． 0 3 I 4 1． 8 54 6 8 2． 0 3 2 0 1 ． 854 68 2． 01 24． 5 l 3 6． 9 1 2 0． 3 1 0 9 1 l 0 9． 1 l2 0． 3 1 3 9． 6 ． 3 粗 尾 砂 碎石 n ． 5 1 泥试 验相 同。水 泥 由水 泥仓 经 插板 闸 门、 叶 轮给 料机送 到仓 式 气力输 送 泵 中， 再送 到干 式水泥添加装置。调节进入仓式气力输送泵 的三部分压 缩 空 气量， 就 可 以 调节 输送 的水 泥 流量 。向干式水泥 添加装置 加入压缩空 气 助 吹、 混合 搅拌 。 加入水 泥 的膏体 充填 料 经 过一段 长 约 3 0 m 的管道 排 出。 干 加 水 泥试 验的有 关参数见 表 3 。 3 几个 问题的分析 1 水 泥和压缩 空气加入 到膏体 中之后 ， 需在一定 长 度 的管道 内进 行 紊 流 输送 ， 使 水 泥得到均 匀混合， 这段 管道 以 3 0 ～5 0 m 为 宜 2 对 于添 加水泥 浆， 在 既定 的骨料 膏体 浓 度和 灰砂 比的情况下 ， 随着 水泥 浆浓 度的 维普资讯 第 1 期 肖尚武等 膏体充填水泥潦加方式的试验研究 1 7 提高 ． 胶结膏体的强度有 明显增 加。因此， 对 于添 加水泥浆 ． 应 尽可能提 高水泥浆 的浓度 。 对金 川公司 的 充填 材 料， 在 分 级 粗 尾砂 与 碎 石为 1 ． 5 1 ， 骨料膏体的泵送浓度为 8 O ． 5 ％， 灰砂 比为 1 8的情况下， 胶结膏体浓度和强 度随水泥浆浓度而变化的曲线觅图 1 。 蛙 ■ 凑 薹 5 蔷 囊 盖 5 8 ∞船6 4 6 6 6 8 1 0 7 2 7 4 水泥浆浓度A 圉 1 幕加水泥浆时胶结膏体浓度和 薹崖麓水泥浆浓度变化曲线 3 对于添 加水泥浆 。 当 骨料膏体 浓度和 水 泥浆浓度 固定 不变 时 ． 随着 水 泥浆 加入 量 的增加， 膏体的浓度 明显下降。浓度下降到 一 定程度。 将造成离析导致水泥浆流失。因 此 ． 水泥 添加 量受 到 一 定 的限 制 。金 川公 司 的充填材料 。 在 分级粗 尾砂 与碎 石 为 1 ． 5 1 ， 骨料膏体的泵迭浓度为 8 O ． 5 ％。 水泥浆浓度 为 6 8 ％情况下， 胶结膏体浓度和强度随水泥 添 加量而变化 的曲线 见 图 2 。 可 以看 出。 当水泥添 加量超 过 2 0 0 k g ／ m3 时， 继续加大水泥时， 浓度明显下降， 强度授 有 明显增 加 。反 而会 加 大水 泥 消耗 。 增 加 充 填 成 本 。 4 对于添加干水泥， 当骨料膏体浓度固 定不 变时 ， 随着水泥 添加量 的增加 ， 胶结膏 体 的浓度 和 强度 明 显 提 高 ， 坍 落 度 明显 降低 。 但坍落 度降 低 到一 定程 度 ， 胶 结 膏体 将 失 去 塑性， 水泥很难馄合均匀甚至引起堵管事故。 因此， 水 泥 添 加量 受到 一 定 限制 。铜 姆 山的 充填系统 由于水 泥添 加 量 受到 限制 ， 胶 结 膏 体的 强度达 不到 要求 ， 添 加 干 水 泥方 案 不 可 行。金 川公 司的 充填 材料 ， 在分 级 粗 尾 砂 与 碎石 为 1 ． 51 ， 骨 料 膏 体 的 泵 送 浓 度 为 8 O ． 5 ％情况下。 胶结膏体浓度、 强度及坍落度 随水泥添 加量而变 化的 曲线见 图 3 。 窭 并 垃 ■ 蜡 * 君 重 鐾 破 注 ■ 圉 3幕加干水泥时胶结膏体浓度和誊崖 置坍落崖随木 泥添加量变化曲线 5 混 科装 置使 水 泥在 充 填料 中均 匀混 合但对 充填科在 管道 内的流动有 阻碍。 当充 填料 中有 较大 的 石块 等杂 物 时 ， 容 易发 生 堵 管 事故 。取消混 料装置 后 ， 单 靠 水泥 添 加 装 置， 混 合效 果也很好 。 鞋 茸蛘懈蛙簟峰蜡* 维普资讯 有色矿山 2 0 0 1矩 6 膏体是 一种似 均质 的非牛顿 流体， 在 加入压 缩 空 气 之 前 可 以看 成 是 单 相 结构 流 体 。但 在加入 压缩 空 气 之后 ， 膏体 呈 紊 漉状 态， 具 有两相 漉和三 相 流 之 间 的属性 。怎 样 确定加入 的压 缩 空气 压 力和 流量 ， 使水 泥达 到最佳 的混合 和 搅拌 效 果， 有 待 于在 理论 上 作进 一步 的研究和 探讨 。 7 坑 内添加干水泥 ， 需 将干水泥 通过添 加装置连续均匀地加到骨料膏体中。千水泥 连续均匀地输送到干式水泥添加装置时应具 有约 0 ． 3 MP a的 压 力， 否则 水 泥很 难 加入 到 骨料 膏体之 中。气 力输送 千水泥 的设 备主要 是 仓式泵和 螺旋 泵 。仓式泵 的特 点是 间歇 输 送。在控制方面应采取有效措施， 缩短间歇 时间， 基本满足连续输送的要求。目前螺旋 泵 的输送 压力不超 过 O． 3 5 MP a ， 经过 一段输 送距 离之后 ， 出 口压力很 低。因此 ， 需对螺旋 泵进行 改 进， 提 高 输 送 压力 ， 以满 足工 艺 要 求 。 4 结论 1 试验证 明， 无论是干水泥或水泥浆都 能通过合适的添加装置直接加到泵压膏体充 填管道中， 并保证混台均匀。 2 研制 的 坑 内湿式 和 干 式 水泥 添加 装 置 ， 在技术上都是 可行 的， 但 某些设 备的结 构 复 杂。 有待改进 。 3 无论 是千 加或 湿加水 泥， 水 泥添 加量 都 受到限制 。 4 骨料膏体的泵送浓 度、 水泥浆浓度、 水泥舔加量、 充填体强度等参数相互制约， 要 综台平衡各方面的因素， 统一确定， 切不可顾 此 失彼 。 5 在水 泥添 加量 相 同的情 况 下， 添加 干 水泥 的 充 填体 强 度 比添 加水 泥浆 高 2 0 ％ ～ 3 0 ％。但干 水泥 的 输送 、 生 产操 作和 管 理 复 杂。干加 或湿 加水 泥需经全 面 的技 术经济 比 较 后确定 。 6 坑 内添 加水泥 的工 艺和 方法， 亦可 用 子添加各种减阻剂和添加剂， 也为高水基特 种 水泥用于 矿 山充 填提 供 了一种新 的水泥添 加方 式。 德兴大 山选矿 厂碎矿技改工程投 人运转 国家七五计划重点 工程、 江西 德兴 铜矿三期工 程的大 山选 矿厂最近 向瑞 典斯 维达 拉 s v E DA I A 公司购买的二台 H一8 0 0 0 型圆锥破碎机， 在该厂的领导、 技术人员及工人的共同 努力下， 经两周的安装调试， 于 2 0 0 0年 l 2月 1 8日投料进入试运行 阶段。 大 山选厂设计 日生产能力 即 日加工砂石量 为 6万 t ， 自1 9 9 0 年建成投产以来 。 日加工砂 石量始终在 5万 t 左右， 其中主要受到碎矿车间生产能力的限制 ． 使其他各车间的能力得不到 充分发挥。针对以上存在问题， 大山选厂派遣有关专业技术人员前往美国和智利 的大型铜选 厂进行实地考察， 针对破碎机性能， 操作运行及维修工作量等收集 了大量资料， 在此基础上经 过充分地比较、 技术评定和论证后， 该选厂决定采用珊典斯 维达 拉 S V E D A L A 公司的二 台 H-8 0 0 0 型圆锥破碎机和一台香蕉型振动筛， 对原碎矿车 间后 3万 t 碎矿 系统进行技术改造， 用新设 备更 换原 有一 中一 细破碎 机， 在近 半个 月的 投料试 运转 中， 车 间产量 有 了 明显好 转， 将 原碎矿 车间 日生产量 由 5万 t 可提 高到 5 ． 5万 t ， 增 加生 产能力达 1 0 ％。 由于碎 矿车 间生产 能力 提 高 5 0 0 0 t ／ d ， 从 而 使大 山整个 铜 选 厂 能力增 加 5 0 0 0 t ／ d ， 相应 使 选矿厂增加产值每年可达 1 亿元人民币， 从而明显地改善了簋兴铜矿的整体经济效益。 维普资讯