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中图分类号婴墨2 U DC 6 2 2 硕士学位论文 学校代码 Q 三圣 密级公珏 超细全尾砂似膏体胶结充填工艺技术研究 S t u d y o nc e m e n t e df i l l i n gt e c h n i q u ew i t hu l t r a f i n ef u l l t a i l i n g s 作者姓名 学科专业 研究方向 学院 系、所 指导教师 高瑞文同≯向 ‘． 采矿工程 充填工艺与技术 资源与安全工程学院 王新民 教授 论文答辩日期碰丝趁答辩委员会主席垄。丝三垒f ／ 中南大学 2 0 1 4 年4 月 万方数据 学位论文原创性声明删y 2 烨s s ㈣s o s v 本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的 研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和 致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明 确的说明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 作者签名卣超兰日期兰丝年』月上日 关于学位论文使用授权说明 本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学 位论文的规定即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以 将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 复印、缩印或其它手段保存和汇编本学位论文。 保密论文待解密后适应本声明。 作者签名重趁羔导师签名皇堑 万方数据 中南大学硕士学位论文摘要 超细全尾砂似膏体胶结充填工艺技术研究 摘要铜坑矿的崩落法或空场法能否平稳过渡到充填法，除取决于 采矿工艺能否平稳转化外，更重要地取决于采用的充填材料是否满足 要求、充填配比参数是否经济合理、所建立的充填制备与输送系统是 否简单、可靠。为此，开展了超细全尾砂似膏体胶结充填工艺技术研 究，本文通过运用现场调研、室内试验、理论分析、数值模拟、工艺 设计等手段对充填材料物化性质、充填配比试验、管道输送可靠性、 系统工艺设计进行了深入的研究。主要完成了以下内容 1 通过调查分析铜坑锡矿现存在的问题，建议铜坑矿使用全尾 砂作为充填骨料的似膏体泵送充填方式； 2 对铜坑矿的砂坪选厂全尾砂的物理性质和化学成分进行了分 析，通过充填配比试验得出最优配比。砂坪选厂全尾砂胶结充填配比 参数为打底或胶面充填灰砂比1 5 ，质量浓度6 6 ％；第一步人工 矿柱灰砂比l 6 ，质量浓度6 6 ％；第二步矿房充填灰砂比1 1 0 ～1 1 5 ， 质量浓度6 6 ％； 3 进行了充填输送管道的选型，并通过对比充填料浆的临界流 速和实际工作流速，理论分析得出该系统管道输送是可靠的。采用 F L U E N T 软件仿真模拟管道输送过程中流速和压力损失变化规律，模 拟结果表明推荐配比充填料浆不通过泵加压，只在重力作用下可以顺 利实现自流输送 4 进行了全尾砂似膏体胶结充填系统工艺流程设计，完成了主 要设施和设备的设计选型，估算整个充填系统投资1 0 7 6 ．7 1 万元，1 5 、 1 6 、1 1 0 灰砂比全尾砂充填料浆 质量浓度6 6 ％ 材料成本分别为 1 0 3 ．5 7 元／m 3 、9 2 ．3 7 元／m 3 和6 7 ．5 6 元／m j 。 关键词全尾砂；似膏体；数值模拟；充填系统 分类号T D 8 5 2 I I 万方数据 S t u d yo nc e m e n t e df i l l i n gt e c h n i q u ew i t hu l t r a f m ef u l lt a i l i n g s A B S T R A C T T h ec a v i n gm e t h o do ro p e n ．s t o p em e t h o dc a ns m o o t h t r a n s i tt of i l l i n gm e t h o d ，i na d d i t i o nt od e p e n do nw h e t h e rt h em i n i n g t e c h n o l o g yc a nt r a n s i ts t e a d i l y , i m p o r t a n t l y ，i td e p e n d so nw h e t h e rt h e f i l l i n g m a t e r i a lm e e t st h e r e q u i r e m e n t s t h a t a d o p t s ，f i l l i n g r a t i o p a r a m e t e r si se c o n o m i ca n dp r e p a r a t i o no ff i l l i n ga n dd e l i v e r y s y s t e m t h a te s t a b l i s hi s s i m p l ea n dr e l i a b l e ．R e s e a r c ho fu l t r a f i n ew h o l e b a c k f i l l i n gp a s t ec e m e n t i n g f i l l i n gt e c h n o l o g y w a s d e s i g n e d ．I t i n t e g r a t e d l yu s eo ff i e l dr e s e a r c h ，l i t e r a t u r es e a r c h ，l a b o r a t o r yt e s t i n g ， p r o c e s sd e s i g n ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o na n do t h e rm e a n sw e r ep e r f o r m e dt o s t u d yo ft h eb a c k f i l l i n gr a t i o ．T h em a i nc o n t e n t sa n dc o n c l u s i o n so ft h i s p a p e ra r es u m m a r i z e da sf o l l o w s 1 T h r o u g ht h ei n v e s t i g a t i o na n da n a l y s i so ft h ee x i s t i n gp r o g r a mi n t h es y s t e mo f T o n g k e n g k u a n g ，t h eb a c k f i l l i n gw a yo fu s i n gw h o l et a i l i n g s a s b a c k f i l l i n ga g g r e g a t e w a s d e t e r m i n e d ；B a c k f i l l i n ga b i l i t y a n d b a c k f i l l i n gs t a t i o nw e r ed e t e r m i n e d ． 2 T h ep h y s i c a lp r o p e r t i e sa n dc h e m i c a lc o m p o s i t i o no fw h o l e t a i l i n g s w a s a n a l y s e d 。砀eb e s tr a t i ow a sc o n c l u d e dt h r o u g ht h e b a c k f i l l i n gr a t i ot e s t ．r e n d e ro rr u b b e rs u r f a c ef i l l i n g r a t i of c o m e n t t a i l i n g s w a s1 5 ，m a s sc o n c e n t r a t i o nw a s6 6p e r c e n t ；a r t i f i c i a lt i b e r i u m s p i k e r a t i o c o m e n t r a i l i n g s w a sl 6 ，m a s sc o n c e n t r 撕o nw a s6 6 p e r c e n t ，R o o mf i l l i n g r a t i o c o m e n t t a i l i n g s W a s1 10 ～1 15 ．m a s s c o n c e n t r a t i o nw a s6 6p e r c e n t ． 3 T h em o d e lo fb a c k f i l l i n gp i p e l i n ew a ss e l e c t e d ，a n dt h r o u g ht h e c o n t r a s tc r i t i c a lf l o wr a t ea n da c t u a lf l o wr a t e ，t h ep i p e l i n ew a sb e l i e v e d t ob er e l i a b l e ．U s eF L U E N T s o f t w a r es i m u l a t ef l o wr a t ea n dp r e s s u r el o s s i nt h ep r o c e s so ft h ep i p e l i n eS i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h er a t i oo f r e c o m m e n d e dc a nr e a l i z et h eg r a v i t yi nu n d e rt h ea c t i o no f g r a v i t y ． 4 P r o g r a mo fp a s t e - l i k eP u m p i n gb a c k f i l li nT o n g k e n g k u a n gw a s d e s i g h e d ；D e s i g no fm a j o rf a c i l i t i e sp r o g r a ma n de q u i p m e n ts e l e c t i o nw a s c o m p l e t e d ．T h et o t a li n v e s t m e n to fb a c k f i l l i n g s y s t e mw a sa b o u t 10 ．7 6 m i l l i o ny u a n ．T h er a t i oo fc e m e n t t h em a t e r i a lc o s t so f b a c k f i l l i n gs l u r r y I I I c l a s s i f i Idt a i l i n g1 5 、d l 1 0 c l a s s i e dt a i l11 6 a n d ． 5 、． t h em a s sc o n c e n t r a t i o no f6 6 ％ 万方数据 中南大学硕士学位论文A B S T R A C T w a s1 0 3 ．5 7y u a n ／m 3 、9 2 ．3 7y u a r g m 3 a n d 6 7 ．5 6y u a r d m 3 K e y w o r d s w h o l et a i l i n g s ；p a s t e l i k e ；n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ；b a c k f i l l i n g s y s t e m C l a s s i f i c a t i o n T D 8 5 2 I V 万方数据 中南大学硕士学位论文目录 目录 学位论文原创性声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I I A B S T R A C T ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．V 第1 章概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1 研究背景、目的及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2 全尾砂胶似膏体结充填技术的发展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 ．2 ．1 全尾砂胶结充填⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．2 似膏体充填⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．3 全尾砂胶结充填关键技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 ．4 主要研究内容及方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 第2 章充填范围内矿体开采现状分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．9 2 ．1 矿山概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 ．2 矿山地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一9 2 ．2 ．1 工程地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．2 ．2 水文地质条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．3 矿山开采现状及需充填区域确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯，9 2 ．3 ．1 开采概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．3 ．2 开拓系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 0 2 ．3 ．3 充填区域确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 第3 章超细全尾砂充填性能评价分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 3 ．1 充填材料选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯_ ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 3 ．2 全尾砂物理化学性能分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 3 ．2 ．1 取样⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 5 3 ．2 ．2 物理力学性质测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 5 3 ．2 ．3 化学成分测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 7 3 ．3 充填料性能初步评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 3 ．4 充填方式选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 8 3 ．5 充填工作制度和充填能力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18 V 万方数据 中南大学硕士学位论文 目录 3 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 第4 章全尾砂似膏体胶结充填试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 4 ．1 试验目的与实验材料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 4 ．2 试验方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 4 ．3 配比试验结果及分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 4 ．4 推荐充填配比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 4 ．5 推荐配比充填浆体的输送技术参数测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31 4 ．5 ．1 浆体体重和泌水率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．31 4 ．5 ．2 塌落度和塌落扩散度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 2 4 ．6 超细全尾砂似膏体胶结充填作用机理研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 4 ．6 ．1 充填体微观结构分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 4 4 ．6 ．2 充填体物相分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 8 4 ．7 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 第5 章全尾砂似膏体料浆管道输送可靠性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 5 ．1 超细全尾砂似膏体料浆管道输送可靠性评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 1 5 ．1 ．1 环境评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．41 5 ．1 ．2 管道自流输送可靠性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 5 ．2 超细全尾砂似膏体料浆管道输送模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 5 ．2 ．1 设计超细全尾砂似膏体自流输送模拟分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 7 5 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 第6 章全尾砂似膏体料浆制备及管道输送方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 5 6 ．1 充填料浆制备及管道输送方案设计原则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 5 6 ．2 充填工艺流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 5 6 ．3 充填制备系统站址选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 6 ．4 充填系统方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 6 ．4 ．1 充填管道与充填钻孔⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 6 6 ．4 ．2 主要设施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 0 6 ．4 ．3 主要设备选型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 1 6 ．4 ．4 控制系统方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 5 6 ．4 ．5 充填制备站总图设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 6 6 ．5 井下管道输送系统方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 6 6 ．6 投资与充填材料成本估算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 8 6 ．7 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 8 Ⅵ 万方数据 中南大学硕士学位论文目录 第7 章全文总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 3 攻读学位期间主要研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 9 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．81 V I I 万方数据 中南大学硕士学位论文第1 章概述 1 ．1 研究背景、目的及意义 第1 章概述 大厂矿务局铜坑锡矿 以下简称“铜坑矿” 是广西华锡集团公司所属的主力 矿山之一，是世界罕见的锡、铅、锌、锑、铟、银、砷等多金属群生富矿区，矿 石品位高，开采价值大。主要有上、中、下三个大型矿体，依次分别为细脉带矿 体，9 1 撑富矿体和9 2 4 巨型贫矿体，目前细脉带矿体己回采完毕，9 1 撑矿体己进入 残采阶段，现主要采用无底柱分段崩落法、分段空场法、大直径深孔阶段空场法、 空场嗣后 废石 充填法等采矿方法开采9 2 4 矿体。 受细脉带、9 1 4 矿体、9 2 撑矿体采用崩落法和空场法开采形成的采空区影响， 矿山当前存在的如下技术、经济和安全难题成为制约矿山经济效益提高和可持续 发展水平的重要瓶颈问题 1 受各种历史原因和采矿方法的影响，细脉带及9 l 群矿体开采范围的上覆 围岩己崩落并沟通地表。随着9 2 矿体开采深度及范围的不断扩大，其崩落范围 将随之增大，若9 2 撑矿体四、六盘区仍继续采用崩落法或空场法回采，其崩落范 围将危及地表工业场地，尤其是东副井及工业设施的安全。 2 9 2 ”矿体采用空场法和崩落法规模化开采已近1 2 a ，已采矿量1 8 5 0 万t 。 根据地测科统计数据分析，9 2 8 矿体在1 2 a 来的开采过程中总体贫化率和损失率 均高达3 0 ％，造成了资源的严重浪费。如继续采用当前采矿方法，损失率和贫化 率将会越来越高。高损失率会造成资源浪费，缩短矿山服务年限；而高贫化率则 增加提升费用和选矿成本，恶化选矿指标，增加尾矿产出率。因此，必须寻求新 型采矿方法和开采工艺，尽可能提高资源回收率，降低贫化率，实现矿山可持续 发展和绿色开采。 3 矿山现保有比较完整的资源基本为四、六盘区和3 5 5 m 水平以下的矿 体。根据矿山总体规划，未来3 年内必须高效回采四、六盘区和底部矿石，才能 满足长坡线和车河线的生产要求，为锌多金属矿体开采的正常接替和矿山可续持 发展提供保障。但由于这些部位矿柱破碎，应力多变复杂，如继续采用崩落法或 空场法，回采难度将加大，不仅增大开采成本，降低回采率，而且生产组织困难， 安全可靠度降低。 4 随着生产重心下移，中段供矿不平衡加剧，如下部资源继续采用崩落 法或空场法开采，会造成上部残矿，特别是 4 5 5 m 水平以上残矿资源回收难度加 大。 为尽可能回收宝贵的矿产资源，保护地表环境和提高地下开采安全，矿山拟 万方数据 中南大学硕士学位论文第1 章概述 将采矿方法由崩落法和空场法变更为回采率高、贫化率低、安全性好的充填采矿 法。根据矿山工程技术人员测算，即使仅一半资源改用充填法，另一半仍然采用 现行方法，也可多采出S n 金属量1 1 4 2 5 t ，延长服务年限2 a ；而若全部改用充填 法，则可多采出S n 金属2 9 2 0 0 t ，延长服务年限4 a 表1 ．1 。崩落法或空场法改 为充填法，除了产生上述直接经济效益外，还可减轻尾矿地面堆放压力，提高资 源回采安全性，保护地表地貌，社会效益显著。 袁1 - 1 崩落法和空场法改为充填法的经济效益对比测算 三_ 鎏矿房空奄 柱嗣后 充填与不充填各5 0 ％完全充填法 撞拯 。、＼ 崩落 儿惯1 1 儿惯口“”儿工儿岷恤 适合充填矿量／万t 1 0 0 0 ．3 0 0 隔离柱1 0 0 0 ．1 5 0 隔离柱 1 0 0 0 开采贫化率肠 开采损失率觞 回采率／％ 年采矿能力历t S n 出矿平均品位脯 按铜坑规划 年采出金属量／t 服务／开采年限组 总采金属量／t 但崩落法或空场法能否平稳过渡到充填法【1 】，除取决于采矿工艺能否平稳转 化外，更重要地取决于采用的充填材料是否满足要求、充填配比参数是否经济合 理、所建立的充填制备与输送系统是否简单、可靠。为此，开展了砂坪选厂高浓 度超细全尾砂结构流体胶结充填实验室试验研究，解决高浓度充填系统设计和建 设所涉及的材料、参数、流程、系统可靠性等关键技术问题，为建成投资合理、 运行成本低、安全可靠的高浓度全尾砂充填系统提供重要基础数据和技术支撑。 1 ．2 全尾砂胶似膏体结充填技术的发展 1 ．2 ．1 全尾砂胶结充填 在2 0 世纪8 0 年代，国内外主要用分级尾砂充填，一方面由于分级后剩余的 尾砂由于无法利用只能堆放在地表，造成环境污染等重大问题。另一方面，分级 尾砂的利用率一般只有5 0 ％左右，一般情况下尚需补充一定量的其它充填骨料， 对于矿山的日常生产造成了一定的影响。为此，近几年国内外学者针对全尾砂的 研究投入了大量的精力，大力发展全尾砂的实际应用[ 2 4 1 。全尾砂充填新技术比 2 5 5 O 7 0 o q 曲 记 铽 m 懿 为 ～ ～ 一 m 一 眦 糯 一 笱 签 符 m 啷 舢 “ 一 弱 於 舒 m 吣 蝴 粥 姗 万方数据 中南大学硕士学位论文第1 章概述 分级尾砂充填技术系统投资小、工艺更简单、充填成本低。在解决矿山生产问题 的同时，保护了矿山环境。 1 ．2 ．2 似膏体充填 膏体输送过程由于料浆浓度高，一般需加压输送，而且膏体在采场内的流动 性差，容易在排浆口堆积从而影响采场充满率。为在保持高浓度输送的同时兼顾 流动性，2 1 世纪初，国内外学者结合大量理论研究和试验数据提出了一种创新 性新的充填技术，即似膏体充填新技术‘5 - 7 1 。该新的充填技术不仅具有充填体整 体性好且强度较高、充填体几乎不可压缩等优点，当采用该技术时，充填料浆的 制备和输送简单且充填成本低并充填料浆不脱水或很少脱水。似膏体充填的关键 技术是在充填料浆的制备工艺中骨料实行粗、细粒级搭配，使料浆具有优良的流 动性，且体积几乎不可压缩。通过表1 ．2 可见，似膏体充填相比低浓度胶结充填、 高浓度胶结充填、膏体充填具有胶凝材料成本低、设备投资小、充填效果好等优 点。 1 ．3 全尾砂胶结充填关键技术 铜坑矿高浓度超细全尾砂充填系统建设需要解决的关键技术问题包括I 1 充填骨料及运输方式 铜坑矿充填骨料首选选矿尾砂，但必须经过综合经济技术分析，确定是选用 全尾砂还是分级尾砂、全尾砂 或分级尾砂 是压滤后干运至充填制备站还是管 道输送至充填制备站进行浓缩沉降 立式砂仓或卧式砂仓 。 2 充填配比参数 为在满足充填质量要求的前提下尽可能降低充填成本，需通过大量室内试验 确定适合不同充填目的 一步骤矿柱充填、二步骤矿房充填、打底充填、胶面充 填 、的配比参数 主要是灰砂比、质量浓度 。 3 兼顾充填质量及采场内料浆流动性的高浓度超细尾砂充填料浆自流输 送技术 为提高充填体质量 充填体强度和充填接顶率 ，降低充填成本，减少充填 泄滤水量，缩短充填体养护时间进而加快作业循环进度，应尽可能提高充填料浆 质量浓度，但质量浓度过高，不仅增加了输送阻力和堵管风险，而且浆体流动性 变差，充入采场后易在浆体出口处堆积，不利于充满采场。因此，应在充填质量 与浆体流动性之间找到一个平衡剧8 ‘1 1 】。同时，可借助表1 ．3 和表1 - 4 所示部分经 验公式来计算铜坑矿的全尾砂管道输送参数[ 1 2 - 1 4 】，为实现高浓度超细尾砂充填料 浆的可靠自流输送提供可靠数据支持。 万方数据 中南大学硕士学位论文第1 章概述 备注表中给出的质量浓度仅为参考值，与颗粒级配密切相关，粒级越细，浓度相应降低。 1 ．4 主要研究内容及方法 本文结合现场调查、室内实验、理论分析以及方案设计等手段，进行了全尾 砂似膏体输送特性及主要技术参数研究。 通过现场调研，确定可能的全尾砂充填骨料来源；测定选择的全尾砂物理力 学性质和化学成分组成，根据测定结果评价全尾砂作为充填骨料的充填性能；测 定不同灰砂比、浆体浓度全尾砂胶结充填体抗压强度、抗拉强度，根据不同充填 目的，推荐最优的充填配比参数。通过现场踏勘，选择多个充填制备站址方案， 通过计算比较各方案充填倍线、运营成本等择优确定充填制备站址；根据采矿能 力、废石充填比例确定全尾砂充填系统年、日所需的充填能力，确定充填系统工 作制度和充填系统小时充填能力；通过水力计算，从最远输送距离、工作流速角 度评价所制定充填工艺流程的可靠性。制定各物料储存、输送、搅拌工艺； 1 充填骨料物化特性测定 1 全尾砂物理力学性质 重点粒级组成、渗透系数、压缩系数 测试 分析； 2 全尾砂化学成分测定分析； 3 全尾砂作为充填骨料的充填性能评价。 2 充填配比试验 1 不同灰砂比、不同质量浓度全尾砂胶结充填配比试验，推荐适合不同 充填目的 第一步矿柱充填、第二步矿房充填、胶面充填、打底充填 、不同充 填方式 自流输送、加压泵送 的充填配比参数； 2 测定推荐配比充填料浆的塌落度、稠度等管道输送参数； 3 测定推荐配比充填料浆体重、泌水率等充填体性能参数。 万方数据 中南大学硕士学位论文第1 章概述 3 充填系统能力确定 1 根据未来采矿生产能力要求，计算年充填量； 2 设定充填系统工作制度，优化确定系统生产能力。 4 全尾砂胶结充填工艺研究 1 充填站址选择 2 全尾砂储存与放砂工艺； 3 胶凝材料储存与输送工艺； 4 胶结料浆搅拌工艺； 5 自流输送可靠性分析 万方数据 遴倏暑蓬圜毯 送毒魁弓 奄噻娟固畦弓簿 暴n ．_ N 摹∞o ．N N寥H 厶．卜H 帽幻I I f 删 摹n 【 送妖露延长叁半 寥o l 竖佟 蓝k 岔 0 啦 H 价寸0 N 岔式i 芷 恕她宴砖 毯稍g 匣k 雠船 套霎如赆求；＼ 盛k蓝k 缎爝意谁 啦．N 苗． l ，N-z ，N．一 号芎葛 c．I‘_o 9．_为．o 竖k 莲蓬HN．0 0卜。．0i。n飞 念嚼 章 嗖斜瑙蛏碴喇暴龚，荽霉毒谁 臻念8 霹特 n辞9．宁n_n．o；『 祭熙* 越蛏惺 蔷婴善心一小I彳。 。兰I-s蝎96I詈 oⅢ口．艇巢硎邪S忐 一鼍。．趟瑙潋媾露}娶口彳 一 。 一刭80式．o ．T。雨一扑一卧上i．。万一扑再、 峰， 一H．≤一篱 墨。一 一96．卟u∞。。．一。i、 ≤ 、I 一 、 卦酥∞凑寺、 棰婶佰＆ 喇喽嚣林 坷拭琳丰t 巨_ I I 、 口翅驰 - 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C a 型。 2 ．3 矿山开采现状及需充填区域确定 2 ．3 ．1 开采概述 9 2 4 矿体采用空场法、崩落法、组合崩落法 或称中深孔崩矿围岩弱化诱导 顶板崩落连续采矿法，图2 ．1 以及嗣后局部空区的废石散体充填等回采技术己 开采1 2 a ，形成了众多难采矿段和残留矿体。由于地压活动频繁，采场空区大范 围垮落，矿体资源回收技术、安全难度大增，出矿品位低，垮落区内地质资源储 量难以统计、开采利用。截止2 0 1 2 年6 月末9 2 矿体保有储量1 ～7 盘区范围内 2 0 5 7 ．9 万t ，S n 0 ．6 6 5 ％，S n 金属1 3 ．6 9 5 万t ；盘区范围外尚有5 3 0 万t ，S n 0 ．4 6 4 ％， S n 金属1 ．5 3 7 万t 。 9 万方数据 中南大学硕士学位论文第2 章充填范围内矿体开采现状分析 图2 ．1中深孔崩矿围岩弱化诱导顶板崩落连续采矿法 2 ．3 ．2 开拓系统 铜坑矿采用侧翼主井和副井相结合的联合开拓方式。二期建设时，增加一条 主斜坡道为矿山无轨设备提供通道。 1 供气系统 铜坑并下压缩空气最大消耗量约为3 0 0 m 3 ／m i n ，压缩空气站设在2 4 竖井旁的的 工业场地内，目前站内建成5 0 0 m 3 ／m i n 的压气站，布置5 台排气量为1 0 0 m 3 ／m i n 的空压机。 2 通风系统 铜坑矿井下采用机械抽出式通风方式，各中段设置矿体下盘或上、下盘专用回 风巷。新鲜风流由1 4 竖井、2 “竖井、东副井、斜坡道等各进风井巷进入井下，经 本中段石门进入盘区巷道、出矿运输巷等，分别清洗各工作面后，再通过采场回 风天井进入上中段回风联道、专用回风道，最后在主扇作用下，通过总回风道、 总回风井排出地表。井下通风系统分为三个区域，分别为2 “回风井区域、3 0 回风 井区域、溜破通风系统。 2 4 回风井系统主要服务5 0 5 m 水平运输中段与细脉带生产区域，总回风井为2 “ 风井，总回风道布置在5 9 8 m 中段，2 台F S 2 0 0 ．7 1 B 轴流式风机并联安装于地面 2 ”风井口，总回风量1 1 0 m 3 ／s 。 3 4 回风井系统主要服务4 5 5 m 、4 0 5 m 、3 5 5 m 、3 0 5 m 生产中段，总回风井为3 4 1 0 万方数据 中南大学硕士学位论文第2 章充填范围内矿体开采现状分析 风井，总回风道布置在4 5 5 m 中段，I K 5 8 N 0 3 6 轴流式风机安装于地面3 “风井口， 总回风量2 6 6 m 3 ／s 。 井下矿石主破碎站设有专用破溜风井回风，回风量为3 2 m 3 ／s 。 目前全矿通风效果良好，能满足井下生产的通风防尘要求。 3 供水、排水、排泥系统 矿山井下最大生产用水量为9 0 0 t ／d ，矿区缺乏水源，设计采用循环用水。 根据铜坑矿水文地质报告，目前矿山最大涌水量为2 6 4 0 0 m 3 ／d 。其井下水仓主 要设在5 0 5 m 、3 5 5 m 、3 0 5 m 中段，采用分级接力式排水。在5 0 5 m 中段车场设置 主水泵站，并配置4 台离心式耐酸水泵，污水经过净化处理后可再次用做生产用 水。 3 5 5 m 水平排水站，水仓容积为2 4 0 0 m 3 ，站内装有4 台2 0 0 D I I ．4 3 x
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