深井矿山排泥系统研究.pdf

一 、 ／ 深井 矿 山排泥系统研究 l ／ 、 北京有色冶金设计研究总院杨正海王创军 ／ 门 ， I ． 一一t／ z 、 t 【 摘要】舟 招了 井 下矿 山 排泥 系 统 设计 应 考虑的因 素． 分析现 有 矿山 排泥 系统 存在的问 题． 提出 了 避墨 堕 新 竖 ， 卿 三 少 竺 关 键 词 ，地 逗 墨 塑， 新 墨 一 ／ 二 S T UDY ON S LI M E DI s CHARGI NG SYSTEM l N DEEP LEVEL M I NE Be i j i n gC e n t r a l E n n e e r i n g＆ R e s e a r c hI n s t i t u t ef o r No n f e r r o u s Me t a l l u r g i c a l I n d u s t r y Y a t g Z h e n g h a i Wa n g C h u a n u n 【 A B S T R AC T】T h e p a p e r i n t r o d u c e d t h e f a c t o r s t h a t s h o u l d b e c o n s i d e r e d i n d e s i g n o f m i n e s s l i me d i s c h a r g i n g s y s t e m ，t h e c u r r e n t p r o b l e ms i n m i n e s s l i me d i s c h a r g i n g s y s t e m i s a n a l y s e d，t h e n e w p rog r a m o f t h e s l i me d i s c h arg i n g s y s t e m i n d e e p l e v e l mi ne i s b r o u g h t o u t ． KE Y WOR DS D e e p l e v e l mi n e S l i me d i s c h a r g i n g s y s t em Ne w p r lo j e e t 1 前言 多年以来，对于泥砂量较多的有色金属 和黄金井下开采矿山，坑内排泥一直是困扰 生产的问题。随着 国内矿 山浅部资源的减 少，矿山转入深部开采，而现有坑内排泥工 艺对深井矿山的坑内泥砂处理具有一定的局 限性。所以如何处理坑内泥砂是一个值得设 计和生产部门重视的问题。 本文主要概述了井下开采矿山排泥系统 设计应考虑的因素 ；针对矿山现有排泥系统 存在的问题 ，提出深井矿山坑内泥砂处理的 新方案 。 2 井下矿 山排泥 系统设计应考虑的因 素 2 1 坑 内泥砂 的来 源 地下开采的矿山．坑内泥砂的来源主要 有三个部份 1 地下涌水流经采掘工作面时，夹带 出采矿生产 中产生 的泥砂 ； 2 地表的泥砂 ，由于地表水的渗透而 被夹带到坑内； 3 采用充填法采矿的矿山 ，其充填物 料中细颗粒的物质从采场滤水构筑物的孔隙 中随充填废水流出。坑内泥砂主要来源于这 部份 。 2 ． 2 坑 内泥砂 的特点 分析坑内泥砂的来源，可以总结出以下 两个特点 1 坑内泥砂的粒度很小 ，主要是采场 渗漏的细粒级充填料。目 前国内的充蟪 山 大都优先选用选矿的分级尾砂或全尾砂作为 主要的充填材料。而选矿产出尾砂的最大粒 径多在0 ． 2 r n m左右 ，从充填滤水构筑物中 流出的尾砂其粒径就更小。 2 坑内各部份泥砂，无论是怎样产生 的，最终都流人矿山排水系统。 2． 3 井下矿山对排 泥系统 的要 求 井下矿 山对排泥系统主要有 以下几个 方 镍井矿山排泥系统研究 扬正海等 邮编 1 0 0 0 3 8 维普资讯 面的要求 1 在排泥系统的生产和管理方面 ，要 求系统可靠并便于管理。 2 在满足矿山排泥要求的前提下 ，应 提高排泥的机械化水平。机械化排泥与人工 排泥相比较 ，在设备投资和基建工程量上增 大了投入，但是提高 了排泥 的劳动生产率 ， 降低了生产经营成本。所以在实践中，应根 据矿山实际情况 ，选择最优排泥方案 ，以达 到技术和经济二者的相互协调。 3 随着环保意识增强 ，在矿山设计和 生产中也应对此有足够的重视。矿山排泥系 统主要是针对矿山产出的一种废料坑内 泥砂进行处理。由于大部分矿山采用选矿尾 砂作为充填材料。其坑内泥砂的性质与尾砂 相似 ，所以在考虑排泥系统时应对坑内泥砂 妥善处理 ，避免对矿山环境造成不良影响。 3 井下矿 山现有排泥 系统存在的问题 3 1 清理一段式主沉淀池存在的问题 所谓一段式主沉淀池就是矿山的主贮水 仓 ，它同时具有贮水和沉淀泥砂两项功能。 由于它结构简单 、工程量小 ，方便管理 ，在 原有的矿山排泥系统设计中被广泛采用。但 是一段式主沉淀池对泥砂控制较难 ，对排水 系统影响较大，特别是不易实现机械化清 仓。而人工清仓的劳动强度较高 。劳动生产 率较低 ，严重影响矿山运输和生产排水。 针对一段式主沉淀池清理难的问题 ．设 计和生产部门做了大量的工作 ，在未改变水 仓沉淀和贮水功能的前提下，修改了水仓的 局部结构 ，实现了部分机械化清仓工作。现 在生产实践中使用的压气罐清仓和潜污泵清 仓等方法 。都在一定程度上改善了清仓作业 的条件 。降低了清仓的劳动强度。但在实践 中它们还存在以下问题 1 减少了水仓贮水利用率。水仓基建 工程量加大，投资高。 2 压气罐的上部气缸维修量大且维修 困难，实际使用中往往不尽如人 意。 3 沉淀后的泥砂流动性较差。有时需 要人工造浆 ，所以不能完全避免工人进入水 仓作业 。 3 ． 2现有排 泥系统在 环境保 护和生 产经 营 费用方面存在的问题 境 内泥砂作为矿 山产出的一种废料 ，无 论是采用哪种方法将其排到地表 ，均要进行 第二次处理。进入地表污水处理系统或是进 入尾砂浓密系统处理后排至尾砂库。这样既 增加 了泥砂处理的费用 。又对矿 山环境造成 了一定的污染。特别是对于坑 内泥砂量较大 的深井矿山，由于受到排 B 设备 的限制 ，甚 至要进行两段排泥作业 ，或者加大水泵 的功 率 ，加大排水管道的壁厚 ，这样又使排泥系 统的基建投资和生产经营费用增加 。 4 深井矿山坑内泥砂处理的新方案 现有的排泥系统绝大多数都是利用排水 管路或者专门的排泥管路将坑内泥砂排至地 表。对于泥砂量较大的深井矿山，仍然沿用 现有的排泥工艺 ，除了存在上述的几个问题 以外，在投资和经 营费用上的矛盾更加突 出。这就需要一个新的方法来加以解决 。泥 砂不出坑处理的方案就是一个处理坑内泥砂 的新方法 。 4 ． 1 泥砂在坑内存放的可行性分析 坑内泥砂不送到地表，首先应该解决的 就是泥砂在坑内存放的问题 由于坑 内泥砂量相对于矿山开采量而言 是比较少的，也就是说它用于圆填采空区或 废旧巷道所占的空间是较小的。对于采用充 填法生产的新建矿山，经过台理的安排 ，坑 内泥砂可以在大多数矿山的井下找到合适的 存放空间。对于非充填法生产的新建矿山或 老矿山。采空区或废旧巷道可以作为坑内泥 砂的回填空间。所以。在大多数情况下，坑 内泥砂是可以在井下存放的。 4 ． 2 泥砂在坑 内处理 的工艺 有色矿山--1 9 9 9 2 维普资讯 为提高泥砂 的回填效果和简化泥砂坑 内 处理 的工艺 ，降低 处理成本 ，回填采空 区的 坑 内泥砂应满足 以下两点要求 一 是回填空区后的坑内泥砂不能再次流 失 ，造成对 生产 的再 次影 响 ； 二是由于泥砂本身的特点 ，要将其处理 成为具有常规充填体强度的物质 ，工艺较为 复杂 ，且加大了投资，所以应尽可能不使回 填泥砂有强度方面的要求。 为达到以上 目的 ，可以采用两种不 同的 技术方 案。 4 ． 2 1泥浆脱水 方案 由于相对较少的泥砂混合于相对较多的 坑内回水中，其粒度较细，浓度较低。为提 高泥浆脱水效率，首先应将坑内泥浆浓度提 高到 4 0 ％左右，然后进行压滤 ，最终得到 含水率小于 2 0 ％的滤饼 ，这样就可 以利用 运输设备将其运往采空区回填。 提高泥浆浓度有两种方案 1 用卧式沉淀油进行沉淀后 ，再通过 高效浓缩机提高泥浆浓度； 2 采用竖流式沉淀池进行泥浆沉淀， 不需要另设专门的浓缩设施。 以 日处理坑内泥砂干量能力为 5 0 t 的脱 水系统为例 ，采用不同的沉淀池型式，其工 艺 流程 图分 别见 图 1和图 2 。 竖流式沉淀池的脱水方案与卧式沉淀池 脱水方案相 比较 ，可 比部 分的硐室工程量约 大 l O 0 0 m 3 ，且施工难度大。但是设备投资 较少 ，生产管理方便。赞 比亚的谦比西铜矿 在前期工程的排泥系统设计中采用了竖流式 沉淀池泥浆脱水工艺方案处理坑内泥砂。 4 ． 2 ． 2泥浆 含水 的固化方案 8 0 年代末到 9 o年代初 ，随着一种以硫 铝酸盐特种水泥熟料为主，辅以其它成份而 研制成的高水基胶凝充填材料在一些矿山充 填系统中的试验和应用 ，拓宽了解决泥砂坑 内处理方法 的思路。这就是利用特种水泥能 够 固化大量水的这一特性，将坑内泥浆中的 水份 固化 ，以达到泥砂坑 内处理 的 目的。 坑 内污 水 求 箱式压滤机 主永仓 仓 滤饼1 I 漉鞭 运输系统 主求仓 厂 回填采空区 图 l 采用卧式沉淀池的泥浆脱水工艺流程图 坑内污水 l 采场沉淀池 泥浆 沉淀面积 6 0 r a 2 、一。j } 滤 液 运 输 系 统 主 永 仓 溢流水 仓 图 2采用竖 流 式沉淀 池 的泥 浆脱 水工 艺流 程 图 这类特种水泥熟料在进行水化反应过程 中，能够生成钙矾石和其它水化产物。由于 下转第 5 1页 深井矿山排泥系统研究一扬正海等 邮编 1 0 0 0 3 8 维普资讯 y ／ B 0 一 D 围 4 抛物 线方 程 圈 0 d B 7 9 0 。 一e E 1 8 0 一 8一日 一2 7 1 8 0 。 一p a p 一1 8 0 。 2 a 一2 p a一2 0 设 s为点 x，Y的射出光线与 x轴 的交点到点 x，O 的距离； Y Y 将上面的关系式代人解出 f j 4 aC 当 a向 C ／ 4接近 时 ，4 a C接 近 于零 ， 其倒数为无穷大，即s 趋 于无穷大 ，此时射 出光线平行。最大的x对应最大的 s 。如抛 物面镜的深为 D，边缘射出光线的焦点即是 所需。用 D替换 x，得抛物面镜光电测距公 式 s 4 D Z 3 C Da C- 4 D 4 aC S为待测距离，a 为变量 ，它的变化使 焦距 s变化。当焦点在前方巷道壁或危险区 尽头形成时，测量 a ， S 便可得 出。 没有现成的仪器可供实验 ，仅仅是理论 上的论述。这一方法优于望远镜法。 上接第 1 7 页 钙矾石有 3 4个结 晶水 ，可以结合大量水分 子，并形成人工结构骨架，其中又被大量水 化胶凝体充满，而保留住大量水份。同时这 类特种水泥能够控制初凝和终凝时间，这也 为混合后的泥浆的管道输送创造了条件。 由于具有上述特性的特种水泥的品种有 七、八种之多，在材料的选择上，应根据泥 浆的特性及它和特种水泥产生固化反应所需 的最佳配比，以及特种水泥的价格及运输成 本等综合因素统一考虑。 实施这一方案的具体方法有两个 1 采用竖流式沉淀池沉降坑内泥砂 浆 ，将造浆后放出的泥浆与选定特种水泥以 一 定的配比在搅拌筒内混合均匀后，泵送到 采空区圈填； 2 采用卧式沉淀池沉降坑 内泥砂浆 ， 年 l】用压缩空气或其它装置将特种水泥吹人沉 淀池 ，待泥浆固化到一定程度后 ，利用无轨 运输设备将其装运至采空区回填。 由于特种水泥在用于处理坑内泥砂方面 并无成熟的经验。但是根据在矿山充填系统 方面的作用情况来看，用特种水泥处理坑内 泥砂 ，技术上是可行的，经济上的合理性主 要决定于特种水泥的消耗量。这就需要矿山 根据坑内泥砂的特性 ，选择适合的特种水泥 材料并确定它与泥浆的最优配比，以期达到 经济上合理的目的。 5结 语 1 针对现有矿山排扼系统存在的问 题 ，应考虑深井矿山泥砂不出坑处理的设计 方案。 2 泥砂不出坑处理 的工艺在技术上 是可行的。但经济的合理性，特别是在使用 特种水泥材料时，应做进一步的工作加以明 确。 不进危险区进行测距的探讨寨一专 { 邮编 1 3 2 3 1 1 维普资讯