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1 9 8 3 1 9 8 8 年艾萨矿 的充填实践 J D Me Ki n s t r y等 提要 芒特艾萨矿业公司的充填作业自1 9 黜年以 来发生了一些变化。 采用重舟质选矿丢弃的粗垃 尾矿 骨科作充填科要求改造坑内充填系统。为了进一步优化充填作业，采用了先进的监酬系统。本 文 舟绍充填系统的改进． 一 、前 言 芒 特艾萨矿业有 限公 司的艾萨 矿每年生 产5 5 0 万t 铜 矿石 和4 5 0 万t 银 铅锌 目前 视 为 铅 矿石 ，采用 空场 法和分 层充填法开采矿 石 。空场法采 矿为了达到1 0 O ％的 回采率， 需 要 充填 一期 矿房 ，才有可能 回采 相 邻 的 矿 柱 。艾萨 矿要 求鬼填体有 大型垂 直暴露 面和 能 迅速回采矿柱，这就需要充 填体 有足 够的 独立支承能 力和强度， 以便 为连续安全生 产 的 空场 提供局部支护。窄矿体 的机械化分 层 充填作业要求快 速而 通畅 地使充 填料排水 ， 以加快采矿循环，保 持高生 产能力 。1 9 8 3 年 以前的充 填实践参见 N e i n d o r { ，L． B．I 9 8 3 年发 表l的 “ 芒 特艾 萨矿 的充填实 践” 。 二、充填 料类型 1 ． 永砂 充填料 水砂 充填 料 HF 是由脱泥 和脱 水 的 选厂尾 矿制备 的，其含 固体 的重 量 浓 度 为 6 g ，供给两套 充填 系统，流氨为2 0 0 2 4 0 ／ h。 水砂充填料 主要用于 分层 充填法作业 。 胶结 永砂 充填 料 C HF在 同一制备厂 生产 。胶 结添加剂呈浆 状， 含3 波特 兰 水 泥和 6 火山灰 磨碎的铜反射炉炉渣。 被特兰水泥添加量的监控对充 填作业的成本 和充填体 的强度至关 重要。采用 了 自动秤监 测波特兰 水泥添加量， 自动 秤与过程控制系 有 色矿 山 一 1 9 9 1 ． 3 统 联锁 。 星 形给料器 向二 台混 合槽 中的任一 台 内 给 料 。在混 台槽 里，波特 兰水泥加 入到磨碎 的铜 反射炉炉 渣浆 内，然后泵入混 合贮仓， 以待 添加 到水砂 充填料 内。胶结 水砂 充填料 与岩石或 重介质选矿丢弃的尾矿骨料 配合使 用 。 1 9 8 7 1 9 8 8 年期 间，采场 内充 填的各种 材 料和用量列于 表1 。 1 9 8 7 1 9 8 8 年各种充填料 的用量衰 1 承砂 充填料 HF 1 2 9 ． 2 1 4 肢结永 砂充填 料 CHF 1 2 4 ． 2{ 8 5 永砂 骨辩充填 料 HAF 1 ． 脏结骨辩充填辩 C AF I 1 2 4 ． 0 岩石充填辑 与c HF 配甩 1 2 ． o 骨料充填料 AF 8 4 ． 2 掘进座 石充填 料 1 3 ． 9 总 计 ． 5 8 9 ． 5 湿式 充填 料的 浓度 和流量 由与过程控制 系统联锁的 核浓度计 和 电磁流量计测定，矿 山控制室可以获取历史的或瞬时的信息。 由于充填料需用量的增加，尾砂利用率 有 了显 著提 高，从 1 9 8 3 1 9 8 4 年的7 5 增加 到现在 的8 5 ，预计铅 系统的纽磨会使尾 砂 利用率略有下降。为 了保证充填料能通畅排 水 ，把尾砂 的粒度分级 到 一1 O m所 占 比 例 少 于 9 。 一 l 5 维普资讯 2 ． 重介质选矿丢 弃的粗粒骨料 文内 筒 称 “ 骨料一 重介质选矿 1 9 8 2 年底 投产 ，从而 要求 对艾萨矿 的坑 内充填作 业重新评价 。重介质 选矿 丢弃了约1 2 O t 的 粗粒级骨 料，造成可 用尾砂量 明显减 少。尾砂 的这 部分 损失通过 向充填系统补充d P 2 0 mm的骨料得 到部 分 补充 。 1 9 8 7 1 9 8 8 年期 问选 矿厂尾矿 利用 方式 与l 9 8 3 ～l 9 8 4 年重介质选 矿投产一 周年 内的 利用方式相 比，发生 了 巨大变 化 表2 ， 干 式骨料 的利用率 大大提高 。 尾矿 利用的变 化 万t 襄2 尾 矿 1 0 8 3 ～ 1 0 8 { 年 l 0 8 7 ～ 1 0 8 8 年 脱泥尾矿 产出的 种用的 利用率 重介质选矿丢弃 的根粒尾矿 产出的 3 0 2． T I 4 0 6 ． 5 2 2 8． 8 【 3 B．0 7 5嘶 8 3 ％ 粗粒骨料 从重 介质 选矿车 间的尾 砂堆 由 带式运输机运往骨料混合塔。在塔内，骨料 可以沿溜槽 混入 湿式充填料 ，也 可 以溜放 到 地 表运 输机 上，转运到一条与地 表有 通 口的 充填井 内 共有 二条 ，送入 坑下 。 湿式充填料 内的骨料添加量 由位于变速 运输机上 的称重计调节 。现在 ，骨 料添加量 固定 在2 5 ％ 重量 的比例上 。1 9 7 7 年 的泵 送试 验说 明可 以达到3 O ％的比例，但是 初期 管道发生 堵塞 ，而采用 了比较保守 的低添加 比例。骨料在水砂充填运行 1 0 mi n 后 开始 添 加 ，在 充填结束前 1 0 ml n 停 止掭 加 ，可 以 把 因骨料而日 I 起 的堵塞事 故减 到最少。 在 铅矿体 中，骨料 以胶结方 式和非胶结 方 式充填 。铅矿体 呈急倾斜 ，形状规则 ，适 一 1 6 一 于水力充填 。胶 结骨 料充 填料 C AF 用来 充填一期采场，充填体暴露在相邻采场中J 水砂骨料 充填 料 HAF 用来充填矿柱，提 供局部稳定 。 三、过程控制系统 监 测充 填作业的过程 控制计算机是东芝 TO S DI C 2 6 4 型 控制机 ，它适 用于各种 采矿作 业 We l b o u r n ，K．和B u d d ，B．1 9 8 8 年发 裘的 “ 矿山监测系统在艾萨矿的应用”。 信息处 理机装在地 表的矿 山控制 室，矿山 控 制室全天2 4 h 都有人操作 。信息处理机 还 用 来监测地表风扇 、矿 山排水 和 高压 电路 。 湿式 充填站提供流量 、浓度 和水泥添船 量的 信息 。这 些数 据 至少 每3 秒钟 记录 一次， 并且连续分析 ，显 示出变动 的平 均值、 出现 次数和累积次数 ，还可 以获 { 导这几种 参数的 曲线输 出 图1 。 虽然采矿 部门 没有 向 充 填 站输入作业 信息 ，但 过程 控 制器发出的警报 可以传递给充填 站操作工。这 样，矿山人员 可以检验湿式充填料的性能 ，确保充填料总 是 高质量的 。 关于胶 结水砂充填 料浆流 体 中水泥 含量 的 在线检测问题正在研究 。l 9 8 3 年，坑 内胶 结水砂 充填料 中的水泥 含量偏低 的情 况持续 了几个月，这是水泥计量系统发生故障所造 成的，结果使 在此 期间内充填入 采场 的充 填 体 强度 较低，与 这些采 场相 邻的矿柱进行 回 收时，园松软充填体 的剥落而 受到贫化 。研 究在 线检测水泥含量的目的是想通过测量胶 结水砂充 填料的导 电率或p H值来验 证 水 泥 在充填 料中的含量。 实验室试验表明，水泥含量不 同时，检 测出的充 填料 p H值有 明显 差别。导 电 率 的 实验室试验说明导电率与水泥含量存在线性 关系，但相关系数小，这说明这种方法对于 这 一检 测 目的不 够精确 。导 电率 测量仪是一 种 粗糙 的、简单的、价廉的 、水泥 与非水 派 的检测仪 。 有 色矿 山一 1 9 9 1 ． 3 维普资讯 I 藏 t I浇 盘 、 n 1 r ● J l ＼ 栽 量 囊 车 生 l 释量 嚣 鲁 鳃 围 1 TOS DI C计算机显示的典型 曲线 囤 四、充填料的适用条件 1 ． 空场洼采场的充填 艾萨 矿的空场法采场采用 以下 四种 干式 壳 填料或配 以水砂 充填料进行充填； ①骨 料} ②掘进废 石 } ③ 胶绪岩石 C RF j ④ 配 以胶结水砂 充 填料的骨料。 在艾萨矿 ，为 了提供 局部稳定性 ，全 部 聚 空区都进行充填。骨料和掘进废石只用来 充 填那些充 填体不 暴露 的残 田空区。骨料可 以 用在 i 1 0 0 矿体 ，因为 这种 充填料价康 、易 得 ，容易由充填井和运输机输送。舔加水砂 充填料后， 它的 自然安息 角 3 7 。 减 小 到 5 。 左 右，从而实现密实充 填。某 些采场充填 掘 进废石，但是在由调节闸门给料的充填井 中废石会引 起卡斗 。上部水平的 铅 矿 采 场 中，只要有 可能 ，废石充填料就可 以从地表 沿天井钻孔 卸入坑 内。关于铅矿体 空场 法回 采的详细情况请见G o d d a r d ，I ．1 9 8 1 年发表 1 的 “ 芒特艾萨矿业有限公司铅矿体的空场回 采 ’ 。 l l O O 矿体采用 的胶 结岩石充 填料 C RF ， 是由从K e n n e d y 粉砂岩采 石 场 KS O C 采 掘出的岩 石经分级后 与胶 结水 砂充填料混合 制 成 。充 填方 法 自7 0 年代 中期 被采用 后从未 发 生 过 实质性 变化 。 有 色矿 山一 l 9 9 1 ． 3 干式岩石充填料由带式运输机运到每个 采场顶部的充填井，胶结水砂充填料也 同时 沿充填井排放 ，两种 充填料在降落过 程 中进 行混合 。岩石有 以下 四种作用； ④ 加强充填体 强度； ② 单一水 砂充填料 数量不够，不能满足 充填 要求} ⑤ 加快 充填 速度 J ④ 减少 坑 内排水量 。 腔结岩石充填料用来充填一期采场和暴 露充填体 的二期矿柱 采场。关于 空场 法回采 以及矿柱 回收 的详细情 况 请 见Al e x a n d e r ， E和F a b a c z y k，M w 1 9 8 1年 发 表 的 “ 芒特艾萨 回收 矿柱 的空场法设计” 。 岩石质量对 充填体强度有 重 大 影 响。 KS O C 提供 优质岩石 ，从地 表转运封 坑 内， 质量不恶化 。筛分岩石 ，2 5 3 0 0 mm粒度可 保证在孺加水 泥后获得最佳强度 。细料含量 较 高则需 配 以较多 的水泥 才能 达 到1 MP a 的 目标强度。大于3 0 0 ram的岩石 由运输机在坑 内运输 时会 产生 问题 。 把过载传感 器 图2 装在岩石锚 杆 上 可以监铡地衰充填井。过载传感器装在每个 水平 上，检 测岩石或骨料在 充填 井 内的流动 情况，如果某一时刻没有检测出充填料的流 动，则发出堵塞的报警信号。信号发给坑内 操作 工，以免充填 井放 空，这个信息也 由遥 测技术 传到地表。 ～ l 7 ～ 维普资讯 圈2 装在岩 石锚 杆上的过载传感器 1 一磁体 2 一压 电晶体 发生变形对 ． 它 的电性 能也改 变 ；3 一盘 绪放 大器 或传送 机 的电信 号 ； { 一 据动传 导体 能引起 压 电晶 体变形 5 一 弹 性垫 超弹 簧作 用 为 了确定岩石与胶结水 砂充 填料的最佳 比例 ，采用了由芒特艾萨矿 业有 限公司编制 的计 算机程 序 F I L PA K C o w lin g ，R． 等1 9 8 9 年发表的 “ 改善充填料性 能的计算机 模型” 。当把采场全 高不 同水 平的坐标输 入后 ，该程 序就可 以绘 出每一采场充填井的 岩石堆 图形。为了使充填体有最 大强度，岩 石不得 堆积在暴 露的充填体壁上 。把 不允 许 岩石堆 积的暴露充填 体壁输入计算机 后，程 序便会 给 出采场中不 同水平上 的最佳 岩石充 填 料 比例 。 矿山设计工程师借 助F I L P AK程序 可 以 试 用各个充填井 的图形 ，以获得尽可能好 的 岩石充填料 比。采矿 结束后 ，用测量仪 测出 采场 的实 际尺寸 ，再把 这个尺 寸 输 入F I L P AK程序 ，生 产部门就可 以确定 给入采 场 的 实际岩石充填 料比。定 期 目测检查就能保证 按设 计进行充填 。 岩石 充填量 由采场胶结水 砂充填料 的流 量 和岩石 比例确定 。主充 填井 溜槽 上 的振动 给料机可 以控错给到运 输机上 的 l石量 。主 充填水平 1 5 中段 在顶盘 和底盘 安装 两条 转运给料运输机 图3 ， 能力 为1 0 0 0 t ／ h 。 岩石可 直接 由趣 输机 卸入采场 充填 井，或经 转 载运输机 卸入采 场充填井 。 1 9 8 5 年做 了一 次试 验，按 1{1 的 比例把 一 ] 8一 竞辩 宽 国嚣 图s l 1 O O 矿 体岩石充填料 运输机位 置平 面图 胶结水砂充填料添加到干式骨料内，在现场 制备胶结粗粒级骨料充填料 C A F ，养护 以后 ，向充填体 内掘进巷道， 以确定大体积 充填体 的强度 。其结果 虽然没有 公布，但证 明是 有价值的。 一 期 矿房的充填体 内发现 有非胶 结的骨 料层 ，这是 由于料堆 塌陷把骨 料冲到壁上 ， 而水砂胶结充填料不能使骨料有效穿透。最 近，改用在矿柱壁附近充填一层 5 m厚的 单 一 胶结水砂充填 料作 隔墙 ，保证暴 露的充填 体壁 。为 了区分 这两 种方 法，把这种方法称 有 色矿 山～ 1 9 9 1 ． 3 维普资讯 为骨 料差异股结 充 填 法 Dj f f e r e n t i a 1 1 y Pl a c e d C AF 。骨料可 以 由 2 O 0 mm的 潜 孔钻 孔或 由1 ． 2 ml I 2 ／ 1 1 的曙井 ，均匀分 散 到整 个采场 。小 商径 的充填孔窬易堵 塞，影 响充填 能力。 2 ． 分 屡充填 法 芒特艾 萨于 1 9 6 4 年开始 大规模采I l { j 分层 充填采矿 法，此后 ，又 得到进一步发展 ，在 矿 山的下部矿体 采用 了机 械化 分层充填 法。 球砂充 填料 由 1 5 0 ram的镀锌 管 道 充 填 矿 体 ，分层充填采 矿法 回采 循环 的重要条件是 从地表铺 下来的两条线 路中的任 一条是可用 的。分层 充填 作 业的充 填与排 水 详 见 B o u - r k e ，P． 和Wr i g h t ，J ．1 9 8 8 年 发 表 的 “ 艾 萨矿分 层充填采 矿法 的评价” 。 五、湿 式充填 系统 1 ． 管道 全部 湿式 充填料是 沿与地表相 通的 二条 钻 孔 共四条 引入坑 内的。充填 料在各 中 段 的输 送采用 了3 m长村胶 钢 管 ，管 子 由l 5 mm孔径的 法兰 连接 。 自从1 9 8 2 年底开 始 胶 结骨 料一 水砂 骨料充填 以后 ，进行 过多 次 试 验 ，以寻求 成本最 低的高磨蚀材料的输进方 法 。 试 验证 明衬胶钢 管是输 送胶 结 骨 料一 水 砂骨料的最廉价的管道。试验 了两种橡胶衬 里。一种 是热 固橡胶 ，直接固化 在管道上 ， 管壁与橡胶的连接会因某些地方的橡胶发生 气 泡而发生 问题 ，气泡扩 大会堵塞管子，或 撕 裂成 大胶 条而 堵塞 后面 的管 子。另一种是 预硫化 橡胶 ， 它可 牢牢粘结在低碳钢管上。 试验证明，一种耐磨性 强，另一种弹性好。 所使甩的3 m钢管都以耐磨缝强韵橡 肢 为 标 准衬里，这种胶衬可 以更换，明 显 节 约 费 用 。 2 ． 接 头 水 砂充 填系统的接 头是薄 弱环节，为 了 适 用于胶结骨料一 水砂骨料 ，试验 了各 种 接 有 色矿 山～ 1 9 9 1 。 3 头，以减少管道 维修量和防止 _觅填 斟泄漏 。 根据试验，g 0 。 弯头的大约寿命如下 椽腔 衬接头 聚 氯醪衬 接头 淬 火钢对 接头 表 面硬 化接头 70 h l 0 0 h 2o o h 4 0o h 表面硬化 接头是 最 廉 价 的，到1 9 8 5 年 底，采用缓流箱 取代 了弯头。缓流箱 靠充填 料 紊流 进行 工作 ，紊 流可以减慢充填 料流 速 和 破坏 流动方式 ，从而减轻管逋 磨损 ，稳定 流动条 件。估计 缓流箱 的最短使 用 寿 命 达 4 0 00h。 对于 其他接 头，采用 表面硬化管 。充填 系统的延伸 ，就其 接头，要求高度标 准化 ， 共采甩 六种 弯头 和六 种长厦不 等的直管 ，很 少采用阀门 因 为阀 门的维 修量大，全部 线 路有支管的地方都采用接头。 3 ． 充填 孔 全都充 填料 由垂直的充填 孔从地表注入 坑 内，形成 网络 。最上 都的9 0 m孔打在风 化 岩 石 内，有 不 同的衬 砌方法 ，其标准 实践 是 先用天井 钻机钻孔 b 7 3 5 mm， 然后 浇注混 凝 土 ，再反 钻成3 0 0 mm的孔。 维护 时采用摄 影勘 测，以 了解充填孔的 磨损情 况，磨 损严重的部分重新 浇注混碰土 和重新 钻孔 。 目前 ，共有 四条充填钻 孔，每 条 长 2 2 ．0 m。 4 ． 充填 系统 的监测 全部坑内充填系统的监 测都是靠 目测， 这是 一项劳 动强度很 大的工作 ，其工作制度 为每周 7 d ，每天3 班，每班2 人。现正 在 设 法采用过程 控制系统进行监 测。监测主要有 以下四l项作用 t 1 检查管 线有 无堵塞 ， 2 决定 充填 是否 终止 ， 3 检查充填 料类型 ， 4 保证 冲洗水 适量 。 充填管道的 振动也可 以用 来监测充 填系 下转第2 6 页 维普资讯 管 电阻取4 ． 5 Q 。用 “ 等值法 计算 出各 个 节点的襄 电阻和流径 每个 电雷管的 电流。 4 ． 技术 经济 指标 该矿 块在 1 9 8 8 年 4～1 O 月间断续进行采 切，采切量2 7 2 3 t ， 1 9 8 8 年 1 2 月2 1 日进 行 九 爆破，采矿量 4 4 7 3 8 t ， 出矿 品位 p b 4 ． 8 1 ， Z n 1 4 ． 9 。该矿 块品位富， 实 行 配 矿 出 矿。 到1 9 9 0 年 5月末止 ， 实际 出矿量3 5 6 3 9 t ， 平均 日出矿能 力约2 4 0 t ， 班 出矿 能 力 一 般 1 2 o t 右 。 采 准 比2 1 ． 9 m／ k t j 贫 化 率 为 2 2 ． 5 ，损失率为 5 ． 8 ，每 米深 孔崩 矿 量 为1 1 ． 8 t j火 药单 位 消耗量 为0 ． 4 2 k g ／ t I 1 9 8 9 年采 矿直接成本 为1 ． 7 4 元 ／ t 。 三、小结 1 ． 双层补偿空间爆破法是 可行 的， 可以 推广应用。应用此法 可 以大大 增 加 落 矿 高 度，把相邻 的上下两 个矿房合并为 一个 矿块 回采，这将 大大降低采 准 比，集 中放矿 ， 。减 少矿石 损失。此 外，可 以改善 深孔爆破 自由 面条件，起 到补充探 矿的作 用。 上接第1 9 页 统 。把 固定 在小磁体 上的过 载传感器 连在 充 填 管道上 ，该装 置简单，安装或维 修的技术 要求不 高，装置 的输 出信号传递 给过程 控制 系统 ，模拟盘显示 出流动一 不流动 图 图4 。 质量流 和管子振动之 间的密切关 系可 以检 测 出管 子有无破裂和堵塞 。实际上 ，处 理机的 软件可 以用来发 出流动 不正常的警报。 4 中 段 I I l 3 l e 中段 f A I S R 6 6l Sl A 9 中 段 l 0 中段 。 。 ， 。 1 1 中爱 图4 充 填系统监测 示意图 2 6⋯ 2 ． 双层 补偿空 间爆 破法适用于 中厚 或 厚矿体，矿石和围岩中等稳固，矿石解理不 发达， 矿体 倾角7 O 。 以上。凿岩 天井 、 硐 室 布置在 脉 内。 3 ． 双层或多层 补偿 空 间位置 的选 取， 应 满 足下列要求 1 采用 由下 而上分段 起爆 顺序，上下 两层 补偿 空间的距离小 于底 层补偿空间允许 落矿的 高度时 ，两个补偿 空间的高度或体积 应迭加计 算， 各层 补偿 空同独立 分 段 起 爆 时， 应分 别计 算各 自允许 落矿的高度 或体积 。 2 上 层 补偿 空间应尽 可能布置在 矿体 倾角 由急变缓 、膨 大处 ， 以改善各层深 孔的 爆破 自由面条 件。 4 ． 双 层或 多层补偿空 间爆 破的起爆 顺序 以一个系统逐层起爆 为最佳。这不 仅可 以有 效地利用爆破 补偿空间，而且 可以利用预留 在 上层补偿 空间 内的临时小 矿柱 的爆破，消 除 “ 小膈层 现象”。超过 十个 雷管 段数的深 孔爆破 ，最 好采 用毫秒 电雷管 起爆 。 解忠编辑 为 了检 测充填料 中是 否含有骨料 ，采 厨 了充填料频谱检 测法。实践表明 ，含有骨 料 的充填料发 出的放 大噪音 比正常充填料流 的 噪音大得多 。冲洗水 也发出不 同的信号 。不 同的信号反馈 给充填站操作工 ，从而 减少 用 水量、加大充填体强度、缩短采场的养护时 间 C o w l i n g ，B．等1 9 8 9 年发 表 的 “ 改 善 充填 料性 能的计算机模型” 。 采场 的充填 时间非常重要 ，因为 一期矿 房越来越少 ，需要靠 回收矿柱维 持 生 产 能 力 。充填技 术的发展使胶结岩石 充填 的周转 时 间可 缩短3 o d Gr i c e ，A． G．1 9 8 9 年发 表 的 “ 芒特 艾萨矿业有 限公司的充填研究” 。 周 以瑛译 自 I n n o v a t i o n s i n Mi n i n g Ba c kf i l l Te c h n o l o g y ， 1 9 89 ， 3 6 1 3 6 8 解 忠校 有 色矿 山一 1 9 9 1 ． 3 维普资讯
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