黄梅磷矿高浓度全尾砂充填技术研究.pdf

分类号 U DC 密级 编号 十约大学 C E N T R A LS o U T HU N I V E R S I T Y 硕士学位论文 论文题目黄筮盛壁高逛廛全垦壁壅填垫盔塑窥 学科、专业苤壁兰猩 研究生姓名蓝益蕉 导师姓名及 专业技术职务至堑氐 塾撞谴昱2 分类号 U DC 黄梅磷矿高 硕士学位论文 密级 编号 浓度全尾砂充填技术研究 A s t u d yo fH i g hd e n s i t yt o t a lt a i l i n g sb a c k f i l l t e c h n o l o g yi nH u a n g m e iP h o s p h o r u sM i n e 作者姓名 学科专业 学院 系、所 指导教师 薛希龙 采矿工程 资源与安全工程学院 王新民 教授 答辩委员会主 中南大学 二零一二年四月 一令一一，平四月 原创性声明 本人声明，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单位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已在论文中作了明确的说明。 作者签名 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名棰壶画导师签名塞避日期丝年竺月鲨日 中南大学硕士学位论文摘要 摘要 黄梅磷矿经过多年开采，由于没有使用得当的采矿方法，而且开采后 没有对采空区进行有效处理，现已经产生了地面大面积沉降和塌陷。同时， 黄梅磷矿选厂每年尾矿产出率55 ～6 0 ％，直接排放到尾矿库里，尾矿库库 容已经基本饱和，同时尾矿库渗水对矿区下游居民的生产生活产生了巨大 的影响。为了解决以上问题，本文针对黄梅磷矿的具体情况，展开了以黄 梅磷矿高浓度全尾砂充填为核心的关键技术研究。通过现场调研、文献检 索、室内试验、工艺设计等综合手段，对黄梅磷矿的全尾砂充填配比、充 填系统方案设计及采场充填技术进行了全面深入分析和研究，完成的主要 研究成果及结论有以下几个方面 1 通过对矿山工程地质条件、水文地质条件及开采现状的调查及 分析，评价了矿山现有的采矿方法，确定了适合黄梅磷矿全尾砂胶结充填 的上向水平分层充填法。 2 通过室内充填材料配比试验，对充填材料的物理化学性能进行 了分析，最终确定了最优的充填组合配比。结果显示，浆体质量浓度均为 7 8 ％，一步矿柱采用采用灰砂比为l 8 的料浆充填，2 8 d 抗压强度为 1 ．7 3 M p a 。二步矿房采用全尾砂非胶结充填，2 8 d 抗压强度为0 ．2 4 M p a 。每 一分层采用灰砂比为1 6 的料浆充填2 0 c m 厚的胶面，2 8 d 抗压强度为 2 ．5 5 M p a 。通过对推荐配比料浆的流动性试验，塌落度及塌落扩散度值表 明，推荐的充填料浆配比具有良好的输送性能，完全满足泵送要求。 3 对黄梅磷矿的高浓度全尾砂充填系统工艺流程进行设计，在大 充填倍线条件下采用工业充填泵对充填料浆进行加压输送，管道输送系统 可靠稳定。 4 在 1 6 0 m 中段的1 0 ～1l 勘探线间I I p 磷矿层选取试验采场，进行 上向水平分层充填法现场工业试验。通过现场工业试验对采场的滤水工 艺、采场充填时的封堵工艺及采场内充填管道的布设工艺进行综合分析。 5 充填系统总投资约3 4 7 ．15 万元。矿石综合采矿成本为7 3 ．6 5 元／t 。 该项技术推广后，回收率可达到8 0 ～8 5 ％。矿山服务年限可延长7 ～8 年， 累计新增产值约2 ．0 3 2 ．2 5 亿元，经济效益十分明显。同时解决了尾砂地 面堆放带来的占地、尾矿库管理、环境污染等问题，为实现矿山的全面可 持续发展提供了重要的提供了重要的保障。 关键词全尾砂充填，充填材料，试验采场，加压输送，采矿方法 中南大学硕士学位论文 A B S T R A C T A B S T R A C T A f t e ry e a r so fp h o s p h a t em i n i n gi nH u a n g m e i ，a st h e r ei sn om e t h o do f m i n i n gu s e dp r o p e r l y , n e i t h e re f f e c t i v et r e a t m e n ti ng o a fo fm i n i n g ，p a r t sh a s g e n e r a t e dal a r g ea r e ao fs u b s i d e n c ea n dc o l l a p s e ．A tt h es a m et i m e ，t h e c o n c e n t r a t o rt a i l i n g so fp h o s p h a t eo r e ，w h i c ha n n u a l l yp r o d u c t i v i t yi s5 5 - - 6 0 ％， a r e p o u r e di n t ot h et a i l i n g sr e s e r v o i rd i r e c t l ya n dt h ec a p a c i t yh a v e b e e n s a t u r a t e d ．1 1 1 ew o r s e ，t a i l i n g s e e p a g ew a t e rw h i c hh a sc o m et ot h el o w e r r e a c h e so ft h em i n eh a sa ne n o r m o u si m p a c to nt h e1 i v e so ft h er e s i d e n t s ．I n o r d e rt os o l v et h ea b o v ep r o b l e m ，b a s e do nt h es p e c i f i cs i t u a t i o no f H u a n g m e i p h o s p h a t em i n e ，w ec a n l et ot h es t u d yo ft e c h n o l o g y , t h ek e yo fw h i c hi st h e s t u d yo fh i g hd e n s i t yr a i l i n g sb a c k b a c k f i l l i n gt e c h n o l o g y ．B yf 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 ，a n di n t e g r a t e dm e a n s ，w e h a v et h ei n d e p t ha n a l y s i sa n dr e s e a r c ho ft o t a lt a i l i n g sb a c k f i l l i n gr a t i oo f H u a n g m e ip h o s p h o r u sm i n ea n db a c k f i l l i n gs y s t e mp r o g r a m m ed e s i g na n dt h e m i n i n gf i e l db a c k f i l l i n gt e c h n o l o g y ．1 1 1 em a i nr e s e a r c hr e s u l t sa n dc o n c l u s i o n s a r ea sf o l l o w i n gs e v e r a la s p e c t s 1 B yt h ei n v e s t i g a t i o na n dt h ea n a l y s i so fg e o l o g i c a lc o n d i t i o n so fm i n e e n g i n e e r i n g ，h y d r o l o g i c a lg e o l o g i c a lc o n d i t i o n sa n dt h em i n i n gs t a t u s ，a n d e v a l u a t i o no ft h ee x i s t i n gm i n i n gm e t h o d ，d e t e r m i n a t i o nh a sb e e nr e a c h e dt h a t t o t a l t a i l i n g sc e m e n t e db a c k b a c k f i l l i n go fh o r i z o n t a ll a y e r i n gm e t h o df i t H u a n g m e ip h o s p h o r u sm i n e ． 2 B Yb a c k f i l l i n g m a t e r i a l P r o p o r t i o n i n gl a b o r a t o r yt e s t i n g ，o n p h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e sa n a l y s i so fb a c k f i l l i n gm a t e r i a l s ，a n du l t i m a t e l y d e t e r m i n e sa no p t i m a lc o m b i n a t i o no fb a c k f i l l i n gr a t i o ．R e s u l t ss h o ws l u r r y d e n s i t yo f7 8 ％，t h ef i r s ts t e p ，p i l l a rw i t hl i m e ．s a n dr a t i oo f1 8s l u r r y b a c k f i l l i n g ，a n dc o m p r e s s i v es t r e n g t h1 ．7 3 M p a ，2 8d a y sl a t e r ．T h es e c o n ds t e p ， s t o p eU S e Sn o n c e m e n t e dt o t a lt a i l i n g sb a c k f i l l i n g ，c o m p r e s s i v es t r e n g t h ，t h e2 8 d a y sl a t e r , o fw h i c hi SO ．2 4 M p a ．T h et h i c ko fA d h e s i v es u r f a c ei s2 0 c m ．A n d l i m e s a n dr a t i oo fe a c hl a y e ri s 1 6a n dt h ec o m p r e s s i v es t r e n g t h ，2 8d a y sl a t e r , i s 2 ．55 M p a ．I tg o tt h ef l o wf e a t u r ee x p e r i m e n t a t i o no ft h eo p t i m i z e d p r o p o r t i o n s l u r r y , t od e t e r m i n es l u m p ，d i f f u s i b i l i t y , w h i c hs h o wt h a tt h eo p t i m i z e d p r o p o r t i o ns l u r r y w i t h g o o dp e r f o r m a n c e o f t r a n s m i s s i o n ，m e e tt h e r e q u i r e m e n t so fp u m p i n gt r a n s p o r t a t i o nr e q u i r e m e n t s ． I I 中南大学硕士学位论文 A B S T R A C T 3 T h r o u g ht h ed e s i g no fh i g hd e n s i t yr a i l i n g sb a c k f i l l i n gs y s t e mi n H u a n g m e ip h o s p h a t em i n ew i t hl a r g es t o w i n gg r a d i e n t ，i n d u s t r i a lf i l l i i n gp u m p i s a p p l i e dt op r e s s u r et r a n s m i s s i o nb a c k f i l l i n gs l u r r y a n dm a k es u r et h e r e l i a b i l i t ya n ds t a b i l i t yo fp i p e l i n et r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ． 4 S e l e c t i o nt e s to fS t o p ei s a tI I pp h o s p h a t el a y e r ，w h i c hl o c a t e st h e l e v e lo f16 0m e t e r s ，b e t w e e nt h ee x p l o r a t i o nl i n e s1O ～11 ，w h e r et h eu p w a r d h o r i z o n t a l s l i c i n g a n d f i l l i n g a s i n d u s t r y t e s t s h a p p e n s ．w e h a v et h e c o m p r e h e n s i v ea n a l y s i sb yt h e f i e l dt e s to nw a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g yi n S t o p e ，s e a l i n gt e c h n o l o g yo fS t o p eb a c k f i l l i n ga n dp i p e l i n el a y i n gt e c h n o l o g y o f S t o p eb a c k f i l l i n g ． 5 T h et o t a li n v e s t m e n to f t h eb a c k f i l l i n gs y s t e mi s3 ．4 715m i l l i o ny u a n ． T h ec o s to fi n t e g r a t e do r em i n i n gi s7 3 ．6 5y u a np e rt o n ．A f t e rt h ep r o m o t i o no f b a c k f i l l i n gm e t h o d ，r e c o v e r yr a t eC a nr e a c h8 0 - 8 5 ％．M ．i n es e r v i c el i f ec a nb e e x t e n d e d7o r8y e a r s ，a n dt h eo u t p u tv a l u ew i l la d du pa b o u t2 ．0 3 - 2 ．2 5b i l l i o n y u a n ，e c o n o m i cb e n e f i t so fw h i c ha r eo b v i o u s ．W h i l ei ta d d r e s s s e st h ei s s u e s l i k et h et a i l i n g ss t a c k e dt h ec o v e r i n gg r o u n d ，t a i l i n g sm a n a g e m e n t ，a n d e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n ，w h i c hp r o v i d e sa ni m p o r t a n ts a f e g u a r dt oa c h i e v e c o m p r e h e n s i v es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fm i n e ． K e yw o r d s t o t a lt a i l i n g sb a c k f i l l i n g ，b a c k f i l l i n gm a t e r i a l s ，t e s t i n gS t o p e ， p r e s s u r et r a n s m i s s i o n ，m i n i n gm e t h o d I I I 中南大学硕士学位论文 目录 目录 摘要⋯．．。．．．．．．．．。．．．。。．。．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．。。。。。。。。。。．．。。。．．．．。．．。．。．。．。。⋯⋯．．．．。。。．I A B S T R A C T ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．Ⅳ 第一章概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 课题来源与研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 国内外研究现状及进展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．1 全尾砂压滤干堆技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 1 ．2 ．2 高浓度全尾砂充填工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 1 ．2 ．3 充填材料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。4 1 ．2 ．4 充填料浆的制备与输送工艺⋯⋯⋯。．．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 ．3 高浓度全尾砂充填技术发展趋势⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 ．4 主要研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 ．5 研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 第二章黄梅磷矿开采技术条件分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 2 ．1 矿山概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 0 2 ．2 矿区地质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 2 ．2 ．1 地形地貌⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 l 2 ．2 ．2 地层构造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．3 矿床水文地质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 2 2 ．3 ．1 地表水系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．3 ．2 含水层和隔水层⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．3 ．3 裂隙、岩溶发育情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 2 ．3 ．4 构造破碎带的水文地质意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15 2 ．3 ．5 地表水与地下水的动态特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 2 ．3 ．6 矿坑涌水量计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 2 ．4 矿床地质特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．17 2 ．5 矿石质量特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．18 2 ．5 ．1 矿物成分⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18 2 ．5 ．2 矿石化学成分⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 2 ．6 矿床开采技术条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 9 I V 中南大学硕士学位论文目录 2 ．6 ．1 岩体风化特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯19 2 ．6 ．2 工程地质岩组划分⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯19 2 ．6 ．3 岩体结构面划分⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 2 ．6 ．4 岩体稳固性评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 2 ．6 ．5 矿石围岩的物理力学性质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 2 ．7 矿石储量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 2 ．8 矿山开采现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 2 ．8 ．1 开采概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 2 ．8 ．2 开拓运输方式与生产采区⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 2 ．8 ．3 采矿方法及评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 2 ．9 推荐的采矿方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 5 2 ．1 0 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 第三章充填材料配比试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。3 2 3 ．1 磷矿全尾砂充填性能评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 2 3 ．1 ．1 磷矿全尾砂物理化学性质测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 3 ．1 ．2 充填材料性能初步评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 3 ．2 磷矿全尾砂配比试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 4 3 ．2 ．1 试验目的与试验材料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 3 ．2 ．2 试验方法与方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 3 ．2 ．3 充填体力学性能试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 3 ．3 充填浆体的流动性能参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 7 3 ．3 ．1 浆体体重和泌水率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 3 ．3 ．2 塌落度和塌落扩散度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 3 ．4 充填材料单耗⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 9 3 ．5 推荐最优配比及其料浆技术参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 0 3 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 0 第四章充填料浆的制各与输送系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 4 ．1 充填料浆制备站站址的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 2 4 ．2 充填方式的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 4 4 ．3 充填料浆的可泵性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 4 4 ．4 充填制备工艺流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 5 V 中南大学硕士学位论文目录 4 ．5 充填能力计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 6 4 ．6 管道输送系统计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 7 4 ．6 ．1 基本参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 4 ．6 ．2 输送管道设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 8 4 ．6 ．3 管道输送系统可靠性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 4 ．7 充填制备工艺方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 1 4 ．7 ．1 主要地面设施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 4 ．7 ．2 主要设备选型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6l 4 ．7 ．3 总图方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 4 ．7 一．尾矿供料平衡计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 4 ．8 井下管道输送系统方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 5 4 ．9 经济效益分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 9 4 ．1 0 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 第五章试验采场充填技术研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 5 ．1 试验采场地质概况及开采技术条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 2 5 ．2 采场采矿工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 2 5 ．2 ．1 矿块布置及结构参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 5 ．2 ．2 采切工作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 5 ．2 ．3 回采、通风⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 5 5 ．2 ．4 采场顶板地压管理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 6 5 ．2 ．5 出矿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 7 5 ．2 ．6 充填⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 7 5 ．2 ．7 采场生产能力与分层作业循环图表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 8 5 ．2 ．8 主要技术经济指标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 9 5 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 1 第六章结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 6 ．1 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 6 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一8 3 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。8 4 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 9 攻读学位期间主要的研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 0 V 1 中南大学硕士学位论文第一章概述 1 ．1 课题来源与研究意义 第一章概述 磷矿资源是我国的重要战略资源，它在农业生产和化学工业中发挥着极其重要的 作用。随着经济全球化进程的加速，面对资源稀缺日渐显现的挑战，全面分析和判断 我国磷矿资源分布及开发利用现状，对我国磷化工产业和农业的可持续发展具有深远 的意义【l ’2 | 。同时，如何开发利用好有限的磷矿资源也备受国内外的广泛关注。 磷矿石是生产磷肥的主要原料，世界上约9 0 ％的磷矿用于生产各种磷肥，约7 ．3 ％ 生产磷酸盐饲料和洗涤剂，其余用于其他化工、国防、轻工等工业。我国是世界上农 业大国，磷矿资源消费结构具有自己的特点，磷肥生产占8 2 ％，黄磷占1 1 ％～1 3 ％，其 它磷制品占5 ％～7 ％。近几年我国磷矿产量呈增长趋势，主要是由于国家农业政策的调 整，农民种粮积极性的提高，加大了化肥使用量，并且国家对化肥生产企业实行优惠 政策，国内化肥工业企业得到了快速发展【3 】。 黄梅磷矿隶属于湖北黄麦岭磷化工有限公司，湖北省黄麦岭磷化工集团公司位于 湖北省大悟县，是集采选、化肥、化工于一体的国有大型一档企业，中国化工百强企 业，全国十佳矿山，湖北省优秀企业。黄梅磷矿位于湖北省黄梅县和安徽省宿松县交 界处，在黄梅柳林乡塔畈村境内。矿区面积0 ．9 0 4 1 k m 2 ，保有资源储量6 7 0 余万t ，资 源丰富，矿石平均品位1 9 ．3 4 ％，矿石可选性好，可作为公司稳定的矿石来源之一，矿 山设计生产能力2 0 万讹，实际生产能力1 0 万仇左右。 黄梅磷矿矿体开采条件相当复杂，区内断裂构造较发育，共有断层十余条，其中 对矿层有较大破坏作用的6 条断层为F l o 、F 4 、F 1 3 、F 1 4 、F 1 6 和F S 2 ，其中F 1 0 、F s 2 为 导水断层，对矿床开拓工程影响较大。此外，在 2 0 0 m 平硐以上矿段，由于多年来使 用空场采矿法，且开采后未对采空区进行有效处理，岩体的应力状态发生改变，已经 造成部分区域大面积沉降和塌陷。随着开采深度继续加大，如不采取有效的措施，很 可能造成上部山体失稳，不仅破坏地形地貌，而且危及深部资源的安全回收，并且对 井下矿石的安全回采也构成了极大的威胁。 其次，在即将投产的 2 0 0 m 中段以下部分区段矿石顶板较为破碎，破碎带延伸范 围较广，矿岩稳固性较差，巷道掘进时支护材料消耗量大，工人作业安全性差，不利 于生产的连续性和出矿的均匀性。 第三，由于矿体顶板较为破碎，如继续采用现有的采矿方法 浅孔留矿法、分段 空场法和低分段后退式巷道采矿法 会造成矿石回收率低，贫化率高。据调查，该矿 平均回收率仅为5 0 ％左右，贫化率则达到1 6 ％。在顶板破碎严重地带，后退式巷道采 矿法常常由于顶板的冒落和塌陷而造成矿石的大量损失和贫化，矿产资源浪费十分严 蕈。 中南大学硕士学位论文第一章概述 第四，黄梅磷矿每年产出的尾矿 尾矿产出率5 5 ～6 0 ％ ，直接排放到尾矿库里， 尾矿库库容已经饱和，维护运营费用巨大。为解决尾矿库容压力，矿山引进压滤机设 备，部分矿浆经压滤机浓缩后产出的滤饼，直接堆放，不仅占用了土地资源也污染了 环境，更为严重的是尾矿堆场剩余服务年限只有2 a 左右，另外寻找尾矿干堆场难度较 大，如能将其结合采矿方法的改进，将尾矿用于井下充填，则不仅可解决尾矿堆放压 力，而且可以从跟本上改变矿山技术水平和面貌。 为了解决以上问题，同时解决资源短缺、达到保护环境的目的，采用先进的高浓 度全尾砂充填采矿技术，使资源得到安全高效的综合回收利用。 高浓度全尾砂充填技术在确保矿山开采安全的情况下，同时具有环保、矿石回收 率高及地压控制效果好等多重功效，在有色、稀有和贵金属矿山，以及矿床赋存条件 复杂、地表需要保护和有自然发火倾向的其他金属非金属矿床的开采中具其他技术所 不能替代作用。 本研究不仅可以寻找一种经济、合理、安全、高效的采矿方案以解决黄梅磷矿在 矿石回采过程中遇到的安全问题，根除选厂尾砂堆放的难题，确保该矿在顺利达产的 同时，在现有基础上提高矿石的回收率和降低贫化率，而且可以为黄麦岭磷化工有限 公司其他矿山和国内外类似矿山提供参考，具有显著的经济效益和社会效益。 1 ．2 国内外研究现状及进展 矿山充填工艺与矿山安全和矿山企业的经济效益密切相关，该项技术已经成了当 前采矿领域最前沿研究课题之一。矿山充填工艺是一个复杂的系统性工程，涉及充填 材料选择、充填材料配比的优化、充填料浆制备及输送、采场充填工艺等各个环节。 若其中任何一个环节出现问题，都可能会造成严重后果，不仅影响了正常生产，影响 了矿山的经济效益，而且还可能酿成重大安全事故，严重影响矿山可持续发展【4 。5 】。 多年来，尾砂胶结充填把分级脱泥尾砂作为主要的骨料，尾砂分级脱泥利用率一 般只有5 0 ％左右，而分级后的细泥尾砂在尾矿库中堆坝更加困难，维护程序复杂，维 护费用昂贵。为了提高尾砂的综合利用率和充填料浆的浓度，2 0 世纪7 0 年代末，国 内外专家开始探索试验利用高浓度全尾砂充填技术。 2 0 世纪8 0 年代，南非、德国等国家率先进行了全尾砂胶结充填技术的试验研究， 并且取得了一系列成果，在南非西德瑞分登金矿等一些矿山进行应用，全尾砂在井下 脱水后，砂浆质量浓度可达到7 0 ％～7 8 ％t 6 I 。 上世纪8 0 年代末，广东凡口铅锌矿在我国首次试验成功了全尾砂胶结充填工艺， 并于1 9 9 0 年建成了我国第一个全尾砂充填系统，尾砂的利用率可达9 0 ％以上[ 7 1 。其主 要充填工艺流程为来自选厂的尾砂浆体 质量浓度为1 5 ％, - - 20 ％ 经巾为9 0 0 0 m m 的高效浓密机一段沉砂 质量浓度达5 0 ％ ，再进入6 8 m 2 圆盘真空过滤机二段脱水， 获取的湿尾砂滤饼含水率2 0 0 ／旷2 2 ％。滤饼由6 5 0 m m 宽的皮带输送机送至卧式砂仓。 2 中南大学硕士学位论文第一章概述 充填时，用电耙耙运至中暗贮料仓，经C W Z I I 型带破拱架的振动放料机，均匀供 给计量皮带运输机送至双轴叶片式搅拌机与水泥浆初步搅拌，再经高速强力搅拌机二 次强力活化搅拌。制备好的均匀高浓度全尾砂料浆通过巾为1 2 5 m m 管道自流进入钻孔 和井下充填管路，以滨汉流体形式充入采场【8 】。 金川集团公司二矿区1 9 9 3 年成功试验了全尾砂膏体泵送胶结充填工艺，为充填法 矿山又找到一条充分解决尾砂堆放的新途径。该充填工艺采用两段搅拌，一段为双轴 叶片搅拌机搅拌，二段为双螺旋输送机搅拌。其工艺流程为选厂尾砂浆用高效深度 机胶水除泥，使全尾砂浓度达到5 0 ％，通过管道到达充填搅拌站立式砂仓贮存。充填 时，将砂仓中尾砂浆放出6 0 0 ／o - - , 6 5 ％，用大型水平带式真空过滤机制成含水率2 2 ％- - - 2 4 ％ 的湿尾砂滤饼，经皮带输送机送至双轴叶片搅拌机搅拌，细石及棒磨砂由振动给料机 给料，水泥及粉煤灰预先己在制浆桶内制成灰浆放入双轴叶片搅拌机一起搅拌，充填 骨料及水泥浆经双轴交叉叶片交替推滚抛掷前进，搅拌时间不到半分钟，已初步形成 膏体，排料进入双螺旋输送机进一步搅拌，制备成良好均匀的膏体胶结充填料再经泵 压输送至采场充填[ 9 1 。 全尾砂的综合利用在充填技术发展史上具有非常重要的意义，一方面，全尾砂中 有较多的微细粒级，脱水难度增加，严重的影响了充填体的强度，这些技术难题的解 决促进了胶结充填技术的进一步发展；另一方面，