胶结充填体

胶结充填体（共6篇）

胶结充填体 篇1

摘要：针对某矿山全尾砂充填体抗压强度低, 水泥用量大的现状, 将磁化水引入全尾砂胶结充填料浆的配浆试验, 通过均匀布点理论优选出最佳磁化条件, 探究了磁化水-全尾砂充填体的7天、14天、28天抗压强度的变化规律以及磁化水对水泥活性的影响。研究结果表明:在磁感应强度B=1000-2000Gs, 水循环流速V=1.4-2.0m/s, 磁化时间T=10-20min时, 磁化水-全尾砂充填模块的7天抗压强度提高19%-28%, 14天抗压强度提高17%-25%, 28天抗压强度提高13-15%。

关键词：均匀布点理论,磁化水,磁化参数,全尾砂胶结充填体,抗压强度

0 引言

全尾砂胶结充填具有技术成熟、工艺简单、生产能力大、安全环保等优点, 在有色金属矿山应用越来越广泛[1]。但是国内部分矿山如司家营铁矿、焦家金矿、宿松磷矿等在进行全尾砂胶结充填的现场工业试验中发现, 由于全尾砂粒径组成细, 导致早期强度低, 水泥用量大, 严重制约了充填工艺的效率和能力。

针对这些问题, 国内外的主要研究方向集中在活性材料研制上。李继盛通过充填砂浆早强剂对比试验实验, 发现添加适量的早强塑化剂能明显改善胶结充填体的早期强度[2]。李洪斌通过特种水泥配浆实验, 得出了高水速凝材料能改善充填体应力状态, 提高充填强度和稳定性的结论[3]。张德明等以康家湾铅锌矿为例, 在全尾砂胶结优化配比实验中添加活性材料, 结果表明以粉煤灰和水淬炉渣为主要成分的活性材料能较大程度的提高全尾砂胶结充填体的早期强度[4]。但是上述活性材料价格高昂, 难以大量获取, 配浆工艺复杂, 使得全尾砂胶结充填技术在提高早期强度方面的研究仍然迫在眉睫。

磁化水是近些年迅速发展起来的在工业锅炉除垢防垢、油田的防蜡降粘、农业磁化育苗、医学磁化杀菌、城市污水处理等诸多领域得到广泛应用的一门新技术[5]。霍广新等通过强度对比试验研究了磁处理方法提高高水充填材料凝胶体强度方面的作用[6]。李言涛等研究了普通水的磁化处理技术和装置, 并加以推广应用[7]。王贵和等通过将磁化水与膨润土进行配浆, 研究磁化水在改变膨润土浆液流变特性的变化规律[8]。这些研究为磁化水在全尾砂胶结充填中的应用提供了参考。

因此, 笔者将磁化水引入全尾砂胶结充填配比试验中, 首先采用均匀布点理论对磁化条件进行优选, 以提高试验精度和效率, 进而通过磁化水- 全尾砂充填配比试验, 探究磁化水对全尾砂胶结充填体强度及其流动性能的影响。

1 试验技术参数

磁化条件包括三个要素: 磁场强度、磁化时间和水流循环速度。磁场强度设计值为500Gs、1000Gs、1500Gs、2000Gs、2500Gs、3000Gs; 磁化时间设计值为: 5min、10min、15min、20min和25min; 水流循环速度设计值为0. 8m/s、1. 1m/s、1. 4m/s、1. 7m/s、2. 0m / s和2. 3m / s。

利用均匀布点的理论[9], 分别将磁化条件设计值作为优化计算的初始点, 即:

取各个设计点局部最优值的最小值, 得到全局最优解, 即:

式中: B表示磁场强度; N表示单轴抗压强度。

同理, 利用均匀布点的理论对磁化时间和水流循环速度进行初步选择。经计算, 适宜该矿山磁化水- 全尾砂抗压强度试验的磁化条件为: 磁场强度为1000 - 2000Gs, 磁化时间为10 - 20min, 水流循环速度为1. 4 - 2. 0m/s。

2 磁化水- 全尾砂充填配浆试验

2. 1 试验准备

磁化水- 全尾砂充填配比试验的目的, 是探究磁化水对不同配比水泥、尾砂胶结试块的固结特性、强度指标的影响, 获得充填料浆最优配比, 为充填系统设计提供依据。经现场调研确定充填试验材料为:

1) 骨料:某矿山选场全尾砂;

2) 胶凝材料:325#普通水泥;

3) 水: 经过磁处理的水, 即磁化水。

2. 2 试验全尾砂物理化学性质

本次试验所用的全尾砂为某矿山选厂的全尾砂, 其粒径组成见表1, 化学成分组成见表2。从表1 可以看出, 全尾砂中0. 05mm以下颗粒占72% 以上; 从表2 可以看出, 除Si O2之外, 全尾砂的主要化学成分为Al2O3和Ca。

2. 3 磁化水制备系统

磁化水是指经过磁场处理的水。普通水以一定流速, 沿垂直磁感线的方向, 切割磁感线, 即形成了磁化水。水被磁化的主要条件是: 1) 水具有一定程度的导电性; 2) 水流应与磁感线垂直正交; 3) 水流切割磁感线时应有足够的速度。能使水磁化的装置称为磁化水处理器, 磁化水的制备过程如图1 所示。

2. 4 试验方法及步骤

1) 室内磁化水制备: 室内试验磁场强度B控制在1000 - 2000Gs, 水流循环流速V控制在1. 4 -2. 0m / s, 磁化时间控制T在10 - 20min, 磁化水制备系统要求性能稳定可靠, 有一定的防磁干扰能力。调节磁化电源、管路节流阀、控制磁化时间, 制备磁化条件不同、磁化效果各异的磁化水。

2) 磁化水- 全尾砂配浆: 在磁化条件范围内, 将磁化程度各异的磁化水和该矿山选场全尾砂相混合, 配制成质量浓度为74% 的全尾砂浆体, 匀速搅拌15min。

3) 试块制作与养护: 试块制作采用7. 07cm ×7. 07cm × 7. 07cm标准三联试模, 为便于拆模, 事先在模具内涂抹一层润滑油或机油。根据配比要求称量充填物料和水泥。将称量好的充填物料 ( 水泥、尾砂) 倒入混合容器, 充分搅拌均匀, 根据质量浓度要求, 将所需的水倒入已混合均匀的充填物料中, 强力搅拌形成均匀充填料浆。按照每组试验试块数要求, 将搅拌好的料浆注入7. 07cm × 7. 07cm ×7. 07cm标准三联试模。模具浇注满后, 让其自然沉降, 待初凝后, 将试块刮平, 试块初步自立后, 进行脱模处理。脱模后的试块在养护箱内进行养护, 养护箱温度18℃、湿度85% 。

4) 抗压强度测试: 试块养护达到规定龄期 ( 7d、14d、28d) 后, 测定其单轴抗压强度。受检试件的抗压强度采用轴心受压形式, 利用WDW - 2000 万能压力测试机测定其单轴抗压强度。

5) 磁化水对强度影响及磁化条件优选: 根据影响磁化水- 全尾砂充填体抗压强度的变化规律, 优选适合该矿山全尾砂充填的磁化条件。

3 试验结果及分析

3. 1 磁化水对全尾砂充填体强度影响

在之前选取的适宜磁化水- 全尾砂抗压试验的磁化条件范围内, 分别测定不同磁化条件下充填料浆的7d、14d和28d的单轴抗压强度, 其结果如表3所示。

注: 料浆质量浓度为74% ; 水泥与尾砂质量比为1: 6; 养护温度18℃ 、湿度85% 。

三个磁化要素对该全尾砂胶结充填体单轴抗压强度影响程度各异, 磁场强度、磁化时间和水流循环速度分别对其单轴抗压强度的影响如图2、图3 和图4 所示。

从试验结果可以看出: 与普通水相比, 用磁化水拌制充填料浆可以明显提高充填体抗压强度。在三个磁化要素中, 磁场强度对全尾砂充填体强度影响较为明显, 其次为磁化时间而水流循环速度对全尾砂充填体强度影响较弱。随着磁场强度的提高, 充填体抗压强度相对有较大程度的提高; 随着磁化时间的延长, 充填体抗压强度也有所增加; 而当水流循环速度达到2. 0 m·s- 1时, 充填体抗压强度反而有所下降。在磁感应强度B = 1000 - 2000Gs, 水循环流速V = 1. 4 - 2. 0 m·s- 1, 磁化时间T = 10 - 20min时, 磁化水- 全尾砂充填模块的7 天抗压强度提高19% - 28% , 14 天抗压强度提高17% - 25% , 28 天抗压强度提高13% - 15% 。

根据试验结果以及矿山实际生产的技术经济指标, 确定适合该矿山的最优磁化条件为: 磁场强度2000Gs, 磁化时间20min, 水流循环速度1. 4m·s- 1。

3. 2磁化水提高全尾砂充填体抗压强度机理分析

从水分子结构分析, 水是氢键缔合的群体, 水分子有产生氢键作用的两对孤对电子。水经过磁处理后, 氢键发生松弛并断裂, 自由的氢原子和自由孤对电子将增加, 水的活性提高, 对电解质的溶解度也提高[10,11,12]。

当磁化水参与材料反应时, 一方面水与水泥进行水解作用, 就会使水分子很容易由水泥颗粒表面进入到颗粒内部, 加强了水泥的水化与水解作用, 使水泥反应更加彻底[13]; 另一方面, 由于磁化水活性增强, 提高了物料的溶解度, 使得充填料浆更加充分、彻底的反应。因此, 磁化水拌制而成的充填体试块的单轴抗压强度要比普通水拌制的要高。

其次, 水经过磁处理后, 水分子缔合体分成单个分子或者更小的缔合体, 导致水分子的电性吸引力增加, 提高了活性[14]。

4 结论

1) 均匀设计理论通过最优逼近模型的构建, 较大程度的简化了复杂的试验模型, 能为本次磁化水- 全尾砂配浆试验提供一个合理、有效的估计。

2) 在针对该矿山的最优磁化条件下, 即磁感应强度B = 1000 - 2000Gs, 水循环流速V = 1. 4 - 2m / s, 磁化时间T = 10 - 20min, 磁化水- 全尾砂充填模块的7 天抗压强度提高19% - 28% , 14 天抗压强度提高17% - 25% , 28 天抗压强度提高13%- 15% 。

3) 磁化水能较大程度的提高全尾砂胶结充填体的7d、14d和28d强度, 解决了该矿山全尾砂胶结充填体强度不足、水泥用量大的问题, 可以为国内其他全尾砂胶结充填生产提供参考。

铁矿全尾砂胶结充填技术研究 篇2

全尾砂胶结充填系以未实施分级脱泥的全粒级尾砂充当充填材料, 和适当比例的胶结材料及水混合, 再经均匀混合之后注入井下采空区的一种新型充填技术。它的出现对于采矿行业的发展而言起到了特别大的促进作用。此种技术可以充分利用尾矿资源, 达到铁矿无废开采的目的, 当然它也是一种把尾砂当成远景资源埋藏在井下的技术。待技术经济成熟时, 我们又可以对那些被埋藏于地下的尾砂进行二次开采, 以促进国民经济的增长。

1 全尾砂胶结充填技术概述

全尾砂胶结充填系一种以物理化学及胶体化学为前提的矿山采空区充填技术, 此种技术所使用的主要原料为尾砂浆, 选择好原料之后, 工作人员会使用浓密机及砂仓机对原料进行沉降及脱水, 然后再把全尾砂与适当比例的水泥及水充分混合在一起通过相关的机器让其形成胶结充填料, 最后再将能运送至采空区进行填充。至于尾砂的流量, 加水的多少, 水泥流速和充填材料浓度高低这些问题, 我们都无需过多的担心, 因为自动控制系统会对这些参数进行较好的控制。

2 全尾砂胶结充填技术作用

鉴于现代科技及工业生产的不断发展, 我国对于矿产的需求量也逐年上涨。人们在进行矿山开采的过程中, 由于不合理开采所导致的地表破坏及尾砂排放等问题给自然生态环境带来了特别不利的影响。为了更好地促进采矿行业的发展, 从源头消灭由于铁矿开采而导致的环境及安全问题, 全尾砂胶结充填技术开始带来了人们的生活之中, 帮助矿业工作者进行矿山的开采。铁矿采空区全尾砂充填技术的作用主要有如下几点:

第一, 铁矿采空区全尾砂胶结充填技术的使用有利于降低铁矿固体废料排放的比重, 完成无尾化铁矿生产的目的;能够防止因尾砂的堆积而导致的工业占地情况的出现, 可以减少尾矿库重地、维护及建设费用。除此之外, 铁矿采空区全尾砂胶结充填技术的实话还能够有效地避免因铁矿的开采而造成的环境污染, 其对于地表生态环境的保护而言具有举足轻重的作用。

第二, 铁矿采空区全尾砂胶结充填技术的使用能够较好地避免岩层出现明显的移动, 减小因铁矿的开采而导致的地表塌陷事故出现的几率, 顺利完成“三下”安全开采及优先开采的目标, 更好地确保矿产资源不被破坏, 促进铁矿开采的可持续发展。

第三, 铁矿采空区全尾砂胶结充填技术的使用能够对地压及部分岩尾片落破坏进行有效地控制, 提升铁矿回采作业的安全性, 降低铁矿采场冒顶事故出现的几率, 同时还能够较好地缓解工作人员在进行深井开采时因岩石爆炸而带来的安全隐患。

第四, 铁矿采空区全尾砂胶结充填技术的使用能够安全地对残矿实施回采, 进而提升铁矿开采的矿石加采率, 最终达到提升矿山经济效益的目的。

3 铁矿采空区全尾砂充填技术的实例运用

1) 应用对象:王旺庄铁矿

2) 概述

王旺庄铁矿隶属于山东金鼎矿业有限公司, 该铁矿的生产水平为80万吨/年, 从2002年开始创建, 于2007年投产, 2010年达产。经公司董事会商议下作出如下决定:于2013年将王旺庄铁矿出铁量扩增至200万吨/年。

自2007年投产至2011年, 王旺庄铁矿共出产矿量为277吨, 其采空区面积则为64m3。开采初期, 鉴于充填设施不完善, 开采的过程中, 工作人员根本就没有依据80万吨对开采空进行合理的充填, 这便造成了充填能力赶不上采矿能力情况的出现。此种情况的出现对于矿山的安全生产而言所起的作用是特别不利的, 同时它也给王旺庄铁矿以后的开采工作带来了特别大的安全隐患。2013年, 山东金鼎公司于王旺庄铁矿附近购买了一块地, 准备将其作为该铁矿的通风井充填场地, 以更好地满足王旺庄铁矿采空区充填需要。

3) 基本方案

王旺庄铁矿对于自身采空区所使用的充填方法为全尾砂胶结充填技术。全尾砂系此技术充填的关键材料, 该铁矿所使用的尾砂为金岭铁矿储存的全尾砂, 当然该铁矿还使用了该公司独有的胶固粉充当胶凝材料。该技术全过程如下:全尾砂通过皮带进行运输, 电子皮带秤会对全尾砂的重量实施自动化计量, 胶固粉凭借料仓存储, 经由螺旋输送机及螺旋计量秤进行全自动计量配比, 此充填系统在经双轴搅拌机及高效搅拌机组成的双重搅拌之后, 配制好的充填料浆再通过充填钻孔和敷设管道输送至需要充填的部位。

4) 结果

在使用全尾砂充填技术进行采空区充填之后, 王旺庄铁矿于2013年成功将出铁量扩增到了200万吨/年, 同时其也实现了充填能力与采矿能力同步发展的想法, 促进了铁矿开采的可持续发展。

4 结论

对社会经济的持续发展来说, 铁矿资源的开采所具有的作用是特别巨大的。怎样实现铁矿资料的可持续开采, 不但是当下铁矿开采相关工作人员必须研究的关键课题, 同时也是铁矿绿色开采系统中不可或缺的一部分。全尾砂胶结充填技术的实施给铁矿的可持续发展带来了新的希望, 同时它对于我国经济的增长而言所起的作用也是不容小觑的。

摘要：分级尾砂充填系前些年采矿行业特别流行的一种矿山采空区充填技术, 此技术的使用以对于矿山的开采而言起到了一定的促进作用, 然而它给矿山开采带来了的不利影响也是不容忽视的。为了更好地促进矿山行业的发展, 相关人员对于矿山采空区充填技术进行了深入的研究及分析, 最终提出了一种新型的矿山采空区充填技术——全尾砂胶结充填技术。本文以全尾砂胶结充填为立足点, 对其作用进行了深入的分析, 并以山东金鼎矿业有限责任公司王旺庄铁矿为例对全尾砂胶结充填这一技术进行了全面的介绍。

关键词：铁矿,全尾砂,胶结充填,技术

参考文献

[1]孙恒虎, 黄玉程.当代胶结充填技术[M].北京:冶金工业出版社, 2002.

[2]周爱民.矿山废料胶充填[M].北京:冶金工业出版社, 2010.

我国胶结充填工艺发展的技术创新 篇3

胶结充填的起源可追溯到20世纪30年代,加拿大原诺兰达公司霍恩(Horn)矿用粒状炉渣和脱泥尾矿加入磁黄铁矿组成胶结充填料,加拿大柯明柯公司苏立宛(Sullivan)矿用地表砾石、掘进废石、重介质尾矿和硫化物尾矿作胶结充填料,苏联库茨巴斯煤田用低标号混凝土充填窒息内因火灾。因种种原因这些探索均未能推广应用。直到1957年加拿大原鹰桥公司哈迪(Hardy)矿用分级尾砂加硅酸盐水泥作胶结充填料试用成功,才使胶结充填技术达到生产实用阶段。此后几十年时间里,这一技术获得非常迅速的发展。

胶结充填技术的成功推广应用,使极厚矿体矿柱回采的贫化率、损失率大幅度降低;可有效防止岩层移动,实现水体下、建筑物下采矿和优先开采深部或下盘富矿;可有效隔离和窒息内因火灾;可成功控制地压,对深井开采缓减岩爆威胁具有特别重要的意义;与大型无轨设备结合,使充填法面貌焕然一新,进入高效率采矿的行列;全尾砂胶结充填技术的应用,更为无废开采创造了有利的条件。

2 胶结充填工艺的发展和应用

胶结充填工艺基本上是沿着三条轴线发展的。首先是经济因素,胶结充填带来的经济效益应能平衡或超过其生产成本的增加;其次是料浆浓度因素,对胶结充填质量和胶凝材料的节约,也就是降低充填成本具有头等重要的意义;然后是环境因素,对环境保护日益严格的要求,成为拓展胶结充填技术应用范围的重要推动力。从主流工艺看,胶结充填的发展大体经历了三个阶段:水力充填、高浓度充填和膏体充填,都是以料浆浓度分界的。

我国尾砂充填技术的应用起步于20世纪60年代中期,1964年从瑞典为凤凰山铜矿引进分级尾砂充填(未设砂仓)技术之后不久,在凡口铅锌矿试验成功利用卧式砂仓的分级尾砂胶结充填。1973~1975年金川镍矿与设计、科研单位合作,按照工业生产所用管径在实验室利用棒磨砂进行了长时期的胶结充填料浆环管输送试验,积累了大量的试验数据,在此基础上回归出计算水平直管单位长度料浆水力坡度的金川经验公式:

式中:i0——清水水力坡度,Pa/m;

ij——料浆水力坡度,Pa/m;

g——重力加速度,m/s2;

D——管道内直径,;

v——平均流速,m/s;

γk——固体密度,×103kg/m3;

mt——体积浓度;

Cx——颗粒沉降阻力系数。

此公式计算误差远低于国际上流行的杜兰德公式,表1列出了对比结果。

1975年金川的充填试验为棒磨砂高浓度料浆试验阶段。试验表明,高浓度并非相对的概念(如70%相对于65%就是高浓度),高浓度有特定的物理概念,即料浆基本不会发生离析,输送时无需考虑临界流速,可以在低流速下稳定输送。据此提出了“临界流态浓度”的概念。超过“临界流态浓度”的为高浓度。输送物料的矿物成分、粒级组成、化学成分都影响“临界流态浓度”,这对于设计充填系统具有重要意义。也是在这个时期,国外同样开始重视充填料浆浓度问题。

金川在采用高浓度胶结充填的同时,还在下向进路式充填法中尚无先例地使用了双机液压凿岩台车、6m3铲运机等大型无轨设备,从而使盘区生产能力从50~60t/d提高到800~1 000t/d,把原本属于低效率的采矿方法改造成为高效率的采矿方法。

20世纪70年代末,在国内先后出现了三种不同类型的用于分级尾砂胶结充填的立式砂仓的工业试验:焦家金矿球型底立式砂仓、南京栖霞铅锌银矿锥型底立式砂仓、铜绿山铜矿用虹吸方式的立式砂仓,这些试验都取得了良好的效果,为胶结充填技术的快速发展奠定了基础。但这种砂仓必须是装满仓后才可放砂,还不能连续运转。

20世纪80年代末,在凡口铅锌矿开发试验成功了全尾砂胶结充填工艺,并于1990年建成了我国第一个全尾砂胶结充填系统,尾砂利用率达90%以上。全尾砂的利用在胶结充填发展史上具有特殊重要的意义,一方面,全尾砂中有较多的微细粒级,脱水难度大,对充填体强度产生负面影响,解决这些技术难题促进了胶结充填技术的进一步发展;另一方面,全尾砂的利用加上废料资源化,为实现无废开采开辟了有效的途径。

1994年,利用氧化铝生产中的废料赤泥开发成功赤泥胶结充填技术并在湖田铝土矿应用,实现了在特定条件下的无水泥胶结充填。

1994年,试验成功膏体充填并在金川镍矿建成了第一套膏体充填系统,标志着我国胶结充填技术迈上了一个新的台阶。1999年又在铜绿山铜矿建成了第二套全尾砂膏体充填系统。满足膏体充填要求的全尾砂脱水工艺是一项难度很大的技术,国外开始采用膏体充填时,一般是采用带式过滤机进行全尾砂脱水,金川的膏体充填系统也是采用带式过滤机,带式过滤机占地面积大,加之这种工艺需要配套储仓,使充填站占地面积更加扩大,当使用多套充填系统时尤为突出。2006年,在会泽铅锌矿引进了深锥浓缩机,建成了输送管路长达4 000m的全尾砂膏体充填系统。应当说这是相当先进的膏体充填系统,只是深锥浓缩机价格昂贵,推广难度较大。全尾砂胶结充填的关键环节是全尾砂脱水,在冬瓜山铜矿利用传统锥形底立式砂仓,按照控压助流原理对其内部结构进行适当改造,研发成功底流放砂浓度能满足全尾砂高浓度和膏体充填要求的新型立式砂仓,并且可以边给料边放砂,费用也大为降低,为推广膏体充填做出了重要贡献。膏体充填不仅非常有利于降低胶凝材料用量,保证充填质量,而且由于充填到采场内基本无需脱水,成为改善坑内环境的有力保证。

目前充填采矿法已成为有色金属矿山、黄金矿山的主要采矿方法,充填系统设计的理论和概念对矿山经济效益具有举足轻重的影响。降低成本是胶结充填工艺发展的永恒主题,国内诸多实验和生产实践均证明,充填料浆的浓度对于在保证充填体同样强度的条件下降低胶凝材料用量,亦即降低充填成本具有特殊重要的意义。因此在充填系统设计中,应在尽可能实现料浆自流输送的前提下采用最高料浆浓度,这有时会涉及到充填站位置的选择。

充填采矿法由于增加了充填工艺环节,无疑会增加生产成本,根据国内外的生产实践,如果自然崩落法的生产成本为1,则无底柱分段崩落法是1.5,充填法则为4~5。但是在衡量充填法成本时,应当考虑其综合经济效益:充填法与崩落法相比,出矿品位显著提高,从而增加收益;采用全尾砂充填,可以不建尾矿库或减小尾矿库的库容,减少占地,缩减尾矿远距离输送的运营费;避免可能出现的搬迁以及破坏生态环境的赔付和补偿;减少尾矿对环境造成的污染等。正是由于充填法的这些优势,在环境要求日益严格的形势下,目前不少国内低品位铁矿的开采也开始采用充填法。

由于各矿山尾矿化学物理性质的差异,为了获得充填系统设计的基础数据而不致脱离实际,往往需要进行料浆输送的环管试验。国内在有些矿山的充填系统设计中,在地表增设了环管段,一方面可以在投产前进行先期试验,为顺利投产奠定基础,另一方面也可为日后矿山改进充填系统运转提供试验条件。环管试验是一项耗资费时的工作,不是所有矿山都有条件进行,目前已经开发出利用计算机仿真取代环管试验的软件,是充填设计的一大进步。

20世纪90年代初,借鉴英国煤矿沿空留巷巷旁支护的经验,研制成功高水速凝固化充填材料,并在一些矿山特别是煤矿试验、使用,在充填领域独树一帜。惟因材料价格偏高,后期强度有时不够稳定,大量推广应用尚有一定困难,但在某些特定情况下,如充填接顶、局部快速维护等具有独特的作用。

3 结论

我国从20世纪60年代中期以来,许多高校、设计、科研、生产单位为胶结充填工艺的迅速发展进行了大量的技术创新,从总体上讲在国际上处于较先进的水平。本文只择其要者加以简述,反映概貌。

摘要：胶结充填技术的出现和发展对于矿业的进步具有重要的推动作用,胶结充填工艺基本上是沿着经济因素、料浆浓度因素、环境因素三条轴线发展的。我国在引进某些先进技术的基础上,对高浓度充填、全尾砂充填、赤泥胶结充填、立式砂仓的改进、在下向进路胶结充填法中采用大型无轨设备等实践中,具有多项技术创新,对胶结充填技术的发展做出了重要的贡献。

胶结充填体 篇4

西部铜业有限公司的获各琦铜矿位于内蒙古巴彦淖尔市狼山山脉中段北麓,2005年实施露天转地下开采以来,前期主要以浅孔留矿采矿法和分段空场法为主,效果很好。但是随着开采深度和强度的增大,发现原有采矿方法的安全性差,贫化损失大,很难满足采矿的需求。若继续采用原来的采矿方法,不仅造成高品位铜矿资源的严重浪费,而且还将影响下盘铅锌矿体的回采,从而影响整个矿山的经济效益。因此,矿山与相关科研单位共同试验研究,选择损失贫化率更低的胶结充填采矿法回采深部的富铜矿体。

2 开采技术条件

矿体呈层状、似层状产出,走向为近东西向,向南倾,倾角在60°～80°,矿区主构造总体走向为80°,向南倾斜,倾角65°～80°,地下涌水量小[1]。铜矿体赋存于上盘,产于石英岩中,品位高,厚度大;而铅锌矿体赋存于铜矿体下盘,矿体上盘围岩为云母石英片岩;下盘围岩为千枚岩和黑云母石英片岩。经过开采后发现铜矿体上盘和局部矿段下盘都有破碎带。在以前开采过程中,出现许多矿房上盘和矿柱围岩垮塌等现象。

3 充填采矿方法的应用

3.1 上向水平分层充填胶结采矿法

3.1.1 上向水平分层充填采矿法结构参数

上向水平分层充填采矿法见图1。

1一采区斜坡道;2—分段平巷;3—采场分层联络巷;4—充填天井; 5—脉外溜井;6—溜矿井;7—管缆井;8—充填体;9一间柱;1.0-—作业平台

中段高度为60m或70m。矿块沿矿体走向布置。其中间柱4m,矿房46m,宽度为矿体厚度,当矿体厚度>20m时,采场宽度25m,采场长为矿体厚度,分段高度为10m或15m,底柱高6.6m,顶柱高10m。回采时,一般在采场内均匀留2～3个4m×4m点柱。

3.1.2 采切工作

采用脉内外联合采准,在矿体下盘布置采区斜坡道连接各分段平巷,再布置一条采场联络巷连接采场各分层,在采场的中央布置一条充填回风井,根据运输距离在脉外布置溜矿井,采场内架设采场溜矿井,某中段3～6线采场结构示意图见图2。

3.1.3 回采和充填工作

采用自下而上逐层回采,采高3.3m或3m,分层控顶高度为5.3m左右,第一层设计采高5.3m,以后每个分层回采3.3m或3m,用浅孔爆破的方法进行回采,孔深2m,孔距1.0～1.2m,最小抵抗线0.8～1.5m。在一个分层采完后,加高溜矿井,并加高充填挡墙[2],进行胶结充填,并为下一循环留2.0m的工作空间。第一分层以1:4的灰砂比充填下部3m,全尾砂料浓度为69%～71%。以后分层下部2.5m采用1:12的灰砂比,并充填一定比例的废石,上部0.5m依然采用1:4的灰砂比。

3.2 分段空场嗣后充填胶结采矿法

3.2.1 主要结构参数

中段高度60m,分段高10m左右,顶柱高7.5m,垂直矿体走向划分矿块,宽26m,长为矿体厚度。

3.2.2 采切工作

同上向分层相似,采用脉内外联合采准,通过施工一条采区斜坡道,与各分段凿岩巷贯通。在最上一个分层按6m的间距布置矿房,在矿房中央施工断面规格为3m×3m的切顶护顶充填平巷,建议采用注浆长锚索与短锚杆锚网联合支护方式加强支护[3]。主要工程布置见图3。

3.2.3 回采和充填工作

中段回采从上至下,利用YGZ-90型钻机凿上向扇形炮孔,排距为1.2～1.4m,孔底距为2.6～3.0m,崩矿步距2.4～2.8m。在矿房采完后,砌筑充填挡墙,然后充填,下部4m充填体灰砂比为1:4,过渡层2m充填体灰砂为1:8,并充填一定比例的废石,其他充填体灰砂比为1:12。

3.3 主要技术经济指标

胶结充填采矿法主要技术经济指标见表1。通过使用充填采矿法采矿后,发现与以往不充填的浅孔溜矿法和分段空场法相对比,胶结充填采矿法具有以下技术特点。

(1)主要优点:①矿石损失贫化小,废石混入少。其中上向水平分层充填采矿法贫化率为6%,由于回收了1～2 m的间柱,损失率实际只有8%～1 0%;空场嗣后充填采矿法贫化率为7%,损失率为1 3%,而以前采矿方法的损失率为18%,贫化率为19%。②安全系数高,管理方便。胶结充填后的采场不用处理空区,采矿时容易发现和处理采场顶板的安全隐患,安全系数高,可以在多个采场、多工作面、多中段同时作业。③尾砂和废石的回收利用。使用选厂尾砂作为充填骨料,能大量节省充填成本,还减轻尾矿排放压力。充填采场充填完第一分层后,就开始利用废石进行采场充填,即减少充填费用,又减少废石的提升运输费用,矿山固体废弃物的排放量也相应的减少。④矿石含水率小。采用铲运机出矿后,可将新崩落矿石直接倒入溜矿井,减少了电耙耙运过程中泥水的混入,从而使矿石含水率降低2%[4]。

1一沿脉;2—穿脉;3—采:区斜坡道;4一分段联络巷;5—分层联络巷;6—充填回风井;7—溜矿井;8—脉外溜矿井;9一充填体; 10—矿柱;11一顶柱;12—充填挡墙

(2)主要缺点:①充填成本高,充填工艺复杂。主要是需要消耗大量的水泥,并要进行采、出、充衔接的工作,协调难度大。②材料消耗多,劳动强度大。在采完之后,还需要加高溜井,施工挡墙,施工1～3个人工点柱,且人工点柱、间柱和采场顶板管理难度较大,尤其是在采场接顶的时候难度很大。③采切工程量大,废石多,为达到矿山产量,必须提前做好开拓采准工程。

4 胶结充填采矿法的改进

胶结充填采矿法存在一些缺点,通过在实践中不断完善,主要措施如下。

(1)充填成本高。据获各琦铜矿生产数据统计,充填费用占采矿直接费用的30%～50%。其主要原因是需要采用1:4～1:12的灰砂比充填采矿区。实际生产中,在采用1:4的灰砂比充完第一分层之后,在能满足充填要求的条件下,废石就开始大规模进入采场充填,以减小充填所需灰砂。因此,在采矿过程中,就必须多考虑如何尽可能把废石引入采场充填。不仅要从管理上做好废石充填的工作,而且从采切设计上就要做到废石充填的准备工作。充填体脱水后,通过泵站打回高位水池循环利用,以节约充填所用水的成本。

(2)采场顶板管理难度大。由于经常有不稳固地段,给采场顶板的管理带来很大的难度。实践证明,在相同岩石结构条件下,采场顶板塌落事故的频率是与采场顶板暴露的时间是成正比的。因此,采用强采强出,尽可能减少一个采场的循环周期,以减少采场顶板的暴露时间,并加大顶板浮石的处理强度,除了用废石或低品位矿体留的点柱外,还可适当增加2～3个人工点柱,或者是采用锚索加固不稳固地段。

(3)间矿柱回采困难。我国使用充填法的矿山都积压了大量的顶底柱未采,提高人工底柱建造速度,以人工底柱代替矿石底柱是解决这个问题的有效办法。在实际中,本矿采用强采强出,偶数采场优先开采,超前基数采场两个分层以上,间隔回采,并在充填之前,尽可能回收品位较高的点柱和间柱,以便提高回收率。在顶柱回收完之后,考虑采用人工接顶或者是砂浆加压接顶等方案,具体采用何种方案还有待实际的检验。

(4)采充协调难度大。在实际采矿过程中,经常会出现2个甚至2个以上的采场同时采完需要充填,而本矿现在只有一套充填系统,影响出矿速度。这就要求必须加强采、出、充的管理。做好每个采场的采矿循环周期和具体需要充填的时间,在生产中进行协调,把每个采场充填的时间错开,从而确保生产的有序衔接。

5 结语

获各琦矿区深部已探明铜矿体的储量巨大,采矿方法多,在不同时期,采用不同的采矿方法来满足生产的需求是非常必要的。生产实践证明,胶结充填采矿法具有矿石损失贫化小,安全系数高,污染小等优点。把大部分采切的废石导入采场充填,不仅能降低充填成本,还能减少废石的提升运输费用,从而提高了矿山生产的安全系数和经济效益,还为以后深部中段能更好地回收铜矿体下盘的铅锌矿体做准备。

摘要：西部铜业公司近年来成功使用了分段空场法和浅孔留矿法。随着采矿深度、强度的不断加大,继续采用原来的采矿方法存在损失贫化大、安全性差等技术问题。通过采用灰砂和废石充填采空区的充填采矿法,合理开采利用矿产资源,降低了损失、贫化,从而提高了经济效益。

关键词：充填采矿法,灰砂,采空区,经济效益

参考文献

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[3]吴德权,,郭忠林,孙国详.分段空场嗣后块石胶结充填采矿法在老厂锡矿的应用[J].采矿技术,2009,9(2):1-2.

胶结充填体 篇5

莱芜矿业有限公司马庄铁矿位于山东省莱芜市莱城区,距市区西北2km处。矿床赋存于矿山弧形背斜东南翼中部岩体与围岩的接触带上。矿山岩体组成矿山弧形背斜的核部,出露面积约9km2,岩体周边自内向外依次分布有中奥陶统马家沟组、中石炭统本溪组、下第三系官庄组及第四系地层。马庄铁矿矿体走向NE,长2 500m,倾向SE,自地表(+250m)延深至-250m,倾角40°～50°,矿体厚度几米到30余米,现年产矿石60万t,平均品位44%。马庄铁矿-100水平以上矿量逐年减少,为保持较高的年产量,将以前残留的矿柱进行回采。

2 6-3矿柱的水文地质条件

6-3矿柱主矿体赋存于大理岩和蚀变闪长岩接触带上,下盘闪长岩蚀变闪长岩局部破碎程度较高,蚀变强烈,矽卡岩局部发育,稳定性较差,相邻矿带已经采矿完毕,两侧全为充填体,硬度系数变化相对较大,硬度f=5～10。矿石类型为磁铁矿,多数为块状构造、粒状结构、致密中硬,局部结构松散。根据疏干工程及相关工程的资料分析,矿柱内的地下水以距离矿体上盘边界20m以外灰岩水为主,近矿体接触带水量较小。6-3矿柱矿石地质矿量为68 095t,各水平分层矿石分布见图1。

矿量统计见表1,储量计算边界是从-94m至-55m,矿石质量:TFe为50.06%,S为0.525%,Cu为0.047%,Co为0.019%。矿石密度为3.69t/m3。

3采矿方法

根据矿体产状以及目前的开采状况,采用下向进路胶结充填采矿法对6-3矿柱进行回采。-55水平6-3矿柱平面图见图2。

回采工作自上而下分层逐个进路进行,首先回采1#进路,回采见示意图3,断面为4m×3m,其余两条进路断面为3m×3m,回采结束对其进行清理、铺网、充填,待充填体达到设计强度后,按顺序对相邻的进路进行回采。特别是-65水平、-75水平、-85水平原有的6-3穿脉巷道须先进行封堵充填,否则影响上一水平的采矿工作,上分层回采结束后需对本水平充填体进行清挖,否则铺设的钢筋网无法连接、吊挂,给下一水平回采工作带来安全隐患。

3.1 矿柱回采施工

进路回采时,严格按每水平标高为3m进行回采,回采过程中,严格按照设计断面尺寸,及时标注中腰线,腰线标注方式为连续腰线,同一水平分层进路底板标高误差控制在5cm以内,两侧超挖小于20cm。6-3矿柱宽度为10m,每水平分层分3条进路回采,回采工作全部采用HT82凿岩台车进行凿岩,炮孔严格按照设计布置,一次爆破量在28m3左右,装药量在60kg左右,炮孔深度为2.7m,炮眼总共36个,采场出矿采用斗容1m3的电动铲运机装运到采区矿石溜井中,然后由矿石溜井底部的振动放矿装置装入运输水平的矿车中,最后由架线式电机车牵引拉走。电机车运输,绞车提升。炮孔布置见图4。

3.2 铺设吊挂焊接钢筋网

一条进路回采完毕后,严格按照腰线进行清理、平整,铺塑料布,随后进行铺设吊挂焊接金属网,先在顶板施工钻孔,用φ38圆钢当作吊挂锚杆,圆钢上焊好挂钩,吊挂锚杆间距为1.5m×1m。吊挂钢筋用φ10钢筋,底板沿穿脉方向铺设三角衍架,衍架上面铺φ6.5钢筋网,网度30cm×30cm,相邻进路必须钢筋网互相焊接。

3.3 砌筑封堵墙

钢筋网铺设工作完成后,在进路口架设封堵墙。封堵墙砌筑必须先挖地槽,深度在50cm以上,铺设混凝土假底,采用钢管作立柱,两侧使用木板,中间使用钢筋网,网度5cm×10cm,内附2层蚊帐布,板缝不大于5cm,不必设滤水装置。封堵墙见图5。

3.4 采空区充填

马庄铁矿充填以全尾矿与胶凝材料混合成高浓度均质胶结充填料浆,以管道全自流方式输送,充入采空区,形成整体性强、抗压性较好的胶结体,采空区区内采用三组管路,进料管采用直径为80cm的硬质塑料管,一般设置进料管的出浆口位于采空区的1/2～2/3处(面向迎头),排气管一般采用直径为50mm的塑料管,每个采空区至少设置两根(可根据矿房具体情况增设排气管),同时排气管必须要置于采空区的最高点。预接顶标位管高度要略低于进料管,高差控制在20cm左右,标位管与进浆管高差之间的空区体积预计可以满足充填管道内的充填料浆。在封堵墙外巷道中砌挡浆墙,用来盛放滤水、洗管水和管道内剩余的料浆,高度一般为1m,厚度20cm。

充填体的强度直接影响相邻进路采矿的安全系数和矿石贫化率,一般充填接顶结束后,按照采矿工艺要求,在空区充填过程中对充填料浆取样做试块抗压试验,充填体养护7d,强度均达到2MPa以上,充填体的强度同时满足自立稳定性和支撑上覆岩重量的要求。

4 结语

(1)采用下向胶结充填对残留矿柱进行回采,避免了出现采空区塌陷,保护了原有的地质环境。

(2)在一定程度上提高了采矿的安全系数,实现了全采全充,矿石回收率达到95%以上,大大减少了资源损失。

(3)采用全尾砂胶结充填采矿方法,不再建设尾矿库,实现了固体废物污染零排放,保护了环境。

优化采矿方法是矿山企业降低生产成本、提高企业经济效益的必然途径,在如今竞争激烈的形势下,只有根据矿体的赋存条件,选择最适合的采矿方法,确定采场的结构参数,结合其他生产因素的改进,在保证安全生产的前提下,提高矿山资源的综合利用率,从而提高矿山的经济效益。

参考文献

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[3]齐晖,张钦礼.水平分层充填采矿法采场接顶充填方案探讨[J].现代矿业,2008,(8):11-14.

胶结充填体 篇6

锌矿产资源开发过程中产生大量废渣所带来的环境污染,是当今世界持续发展面临的最重要的问题之一,如何处理废渣已成为人们关注点之一。利用锌冶炼炉渣进行充填物料配比试验,通过调整锌冶炼炉渣添加配比,分别进行料浆流动性、扩散度和试块强度等试验,最终确定锌冶炼炉渣添加量与充填料浆及充填体之间的关系,为锌冶炼废渣的处理提供思路与方法。

2 锌冶炼废渣试验

充填物料包括水、胶结剂、骨料3种,试验主要是检测添加不同配比的锌冶炼炉渣在充填料浆中所发挥的作用。锌冶炼炉渣主要成分见表1,针对其特征开展了以下试验。

2.1 充填料浆物理性能测定试验

煎茶岭镍矿采用高浓度胶结充填技术,料浆在管道中靠自流进行输送,管道输送系统对充填料浆整体稳定性要求较高,充填料浆必须确保在高浓度条件下不离析、不分层。为测定锌冶炼炉渣添加后对充填料浆的影响,开展了添加不同配比锌冶炼炉渣后料浆流动性试验,如图1所示。

2.2 充填体强度试验测定

煎茶岭镍矿采用下向胶结充填采矿法,根据经验,要求充填体28d强度不低于5MPa,为此对各配比试块分别进行3、7、28d单轴抗压强度试验,图2所示为配制试块试验中的情况。

3 试验数据统计分析

3.1 试验开展方式

煎茶岭镍矿充填采用灰砂比1:4,料浆质量浓度78%～80%,因锌冶炼废渣性能有待确定,为此进行三方面的试验工作:一是参照试验,依照生产配比进行试验,不添加锌冶炼炉渣;二是不改变灰砂比,针对不同浓度分别添加5%、10%、20%的锌冶炼炉渣进行试验;三是用锌冶炼炉渣等比例替代部分水泥。

3.2 试验初始数据

依照试验方案,本次试验共分3组,试验中锌冶炼废渣用添加剂代称,即试验中添加添加剂表示添加锌冶炼废渣。试验初始数据如表2所示。

3.3 试验数据

试验通过对料浆塌落度、扩展度和试块强度分别进行测定,得到试块各龄期强度如表3所示,料浆流动性试验情况如表4所示。

3.4 数据统计分析

试验中分别采用质量浓度78%和80%两种料浆进行试验,同一浓度采用两种添加方式,根据试块单轴抗压强度试验数据得出如图3～图6数据图。

(1)质量浓度78%料浆试块强度对比图(图3和图4)。

从图3可以看出,料浆浓度78%,灰砂比1:4,未添加冶炼炉渣试块各龄期强度均高于添加后的强度,且试验结果能够明显看出随冶炼炉渣添加量的增加,充填体强度明显降低,添加20%后,充填体28d强度仅3.5MPa,较未添加试块强度降低47.8%,低于下向胶结充填法对充填体强度要求。

从图4可以看出,料浆浓度78%,灰砂比1:4,用部分冶炼炉渣替代相应水泥后,未添加冶炼炉渣试块强度远高于替代水泥后试块强度,同时替代量越大,试块强度越低,替代20%后,28d强度仅3MPa,且强度低于图3中的相应试验强度。

(2)料浆质量浓度80%试块强度对比图(图5和图6)。

从图5可以看出,料浆浓度80%,灰砂比1:4,不改变水泥添加量,添加不同锌冶炼炉渣后,试块强度均低于未添加添加剂的试块强度,从试验结果可以看出,添加剂添加5%时早期强度较添加10%强度高,但末期强度又低于添加10%的强度,添加20%早期强度和末期强度均较高,能够满足工业生产强度等级要求。

图5中试验在添加10%和20%锌冶炼炉渣后强度变化较为独特,通过分析得出两种原因:一是试验自身的波动性,本次试验不能准确表述其添加后变化情况;二是存在一个特殊区间,使添加量在10%～20%时试块强度最佳。

图6可以看出,料浆浓度80%,灰砂比1:4,用部分锌冶炼炉渣后替代部分水泥后,试块各龄期强度随着添加剂增加而降低,添加20%后,试块28d强度降低35.4%。添加5%和10%各龄期强度较未添加试块虽有所降低,但其能够满足井下充填强度等级要求。

4 结论

(1)能够改善料浆流动性。锌冶炼炉渣等量替代部分水泥后能够改善料浆的流动性能,试验中浆体扩散度和塌落度较为均匀,未出现离析分层现象。

(2)不能替代骨料作为充填用砂使用。在质量浓度和灰砂比保持一定时,试块添加锌冶炼炉渣后各龄期强度均低于未添加试块,且随着添加量的增加,试块强度降幅越大。

(3)可作为充填特殊材料应用。由试验可以发现,料浆中添加锌冶炼炉渣后对充填整体强度有一定影响,且不改变胶凝剂添加量对充填体强度影响小,等量替代部分胶凝剂后对充填体强度影响大。但当充填料浆质量浓度80%时,锌冶炼炉渣等量替代水泥5%、10%、20%后,充填料浆流动性较好,离析分层程度低,且其3、7、28d强度均能满足生产要求,可用于井下胶结充填。

因此,锌冶炼炉渣不能完全替代充填水泥和砂子。料浆中添加锌冶炼炉渣后强度明显降低,且添加量越大强度越低。但添加量低于20%时其料浆流动性能、试块强度等级均能够满足生产要求。同时因添加锌冶炼炉渣后试块具有一定的化学气味,若要应用于井下充填,必须对锌冶炼炉渣化学气味进行处理。同时锌冶炼炉渣酸洗后对充填体长龄期危害仍需深入试验。

摘要：锌冶炼废渣为冶炼过程产生的废渣,这种废渣不仅占用大量土地资源,且废渣中有价金属及具有高度迁移性的有价金属元素和有毒元素易对周边生态环境造成严重的污染和潜在的危害。通过对锌冶炼废渣进行试验研究,结果表明锌冶炼废渣经过处理可应用于矿山井下充填,能够为锌冶炼废渣处理提供有效的措施。

关键词：锌冶炼废渣,胶结充填,离析分层,充填体强度

参考文献

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