尾砂膏体充填关键技术及装备.pdf

Leap Unlimited Create A Better Future 飞 跃 无 限共 赢 未 来 尾砂膏体充填关键技术及装备 2023-2 目 录 企业概况 01 专业完善的研发和试验体系 02 “个性化” 膏体充填工艺设计 03 膏体充填成套系统及装备 04 “一键充填”智能控制技术 05 “远距离防堵管/深井减压输送”技术 06 07“绿色、高效、低成本”胶凝材料研发技术 01企业概况 中国绿色矿山 充填开采领域翘楚品牌 矿山固废膏体充填及安全无害处理 技术与成套环保装备的 【 核心业务 】 飞翼股份有限公司坐落于 长沙国家级宁乡经济技术开发区 试验 研究 生产 制造 安装 调试 系统 服务 材料 运营 - 1.2 核心优势 1.2.1 技术研发能力 2012年成立湖南省矿山充填装备工程技术研究中心 2013年拥有行业首家院士专家工作站 完善的工艺、装备、控制、材料四大研发体系及实验研究中心 与国内40余家科研院校、设计院开展紧密合作 与国内矿山各专业权威院士、顶级专家建立紧密的产学研合作 - 1.2 核心优势 1.2.2 技术研发成果 授权专利300余项，其中发明专利70余项，实用新型专 利230余项，涵盖工艺、装备、控制、材料四大领域 承担及参与国家或省部级科研课题六项 主编或参编矿山充填国家与行业标准五项 - 1.2 核心优势 1.2.3 充填工程资质 金属非金属矿山采掘施工作业 安全生产许可证 矿山工程施工总承包叁级职业健康安全 管理体系认证 质量管理体系 认证 环境管理体系 认证 煤矿、冶金行业 工程设计乙级 工程勘察丙级建筑施工安全生产许可证 - 1.2 核心优势 1.2.4 企业荣誉奖项 飞翼股份先后荣获“湖北省科技进步特等奖”、“新疆科技进步一等奖”、“中国黄金协会科学 技术特等奖”、“中国有色金属工业科学技术一等奖”、“湖南省科技进步二等奖”、“国家火炬 计划重点高新技术企业”、“国家专精特新小巨人企业”、“国家知识产权优势企业”、“国家AAA 环保认定企业”等数十项国家及省部级荣誉。被评为“湖南省质量信用AAA级企业”、“湖南省企业 信用评价中心AAA级企业” ， “飞翼”商标被评为“湖南省知名品牌”。 榆林市泰发祥麻黄梁煤矿充填系统（总包）300泵煤矿矸石充填 榆林市榆阳区金牛煤矿充填系统 （总包）250泵风积砂粉煤灰 湖北武钢资源集团大冶铁矿有限公司15米深锥铜矿尾砂 榆林市常乐堡矿业有限公司（EPC）300泵煤矸石粉煤灰 华润电力锡林郭勒煤业有限公司100泵煤矸石粉煤灰 中国神华神东煤炭上湾、补连塔煤矿（EPC）200泵煤矸石粉煤灰 昆明风景矿业有限公司14米深锥铜矿尾砂 桃江久通锑业有限责任公司9米深锥锑矿尾砂 神木市神广煤业有限公司（总包）230泵煤矸石粉煤灰 项目名称关键设备充填介质 飞翼股份部分充填项目 1.3 项目业绩 - 充填项目成功案例300余项，涵盖煤矿、金属矿、化工矿等 充填系统运营项目20余个，煤矿5个，金属13个，化工矿4个 - 1.4 业务模式 实验 分析 系统 设计 设备 制造 实地 勘察 工程 建设 系统 运营 胶凝 材料 持续 服务 承接全矿山领域膏体充填EPC、BOT、设备总包、项目运营等工程 提供矿山充填全产业链、一站式解决方案 - 1.5 关键技术 01 02 03 04 专业完善的研发和试验体系 个性化设计，一矿一例 安全、高效、人性化的成套装备 “一键充填”智能控制技术 “膏体远距离防堵管/深井减压输送”技术05 06“绿色、高效、低成本” 胶凝材料研发技术 让环境更绿色 让技术更环保 让作业更安全 高效让开采更 02专业完善的研发和试验体系 - 2.1 技术团队 公司拥有国内唯一的省级充填装备研究平台“湖南省矿山充填装备工程技术研究中心”，组建了“院士 专家工作站”，拥有一支始终致力于矿山充填技术革新的专家技术团队国务院政府特殊津贴专家3人，博士 10余人，硕士50余人，同时与国内外科研院校建立了长期稳定的合作关系，可为矿山膏体充填提供专业的、 系统的解决方案。 - 2.2 充填实验室 飞翼股份拥有先进的膏体充填研究实验室，依托专业的实验设备、科学标准的实验方法，可以进行一系列 实验研究，包括物化性质分析、絮凝沉降试验、配比试验、环管试验以及现场半工业试验等，为系统方案设计 和建设运行提供强有力的基础支持。 - 2.2 充填实验室 真密度粒级组成化学成分毒性浸出试验 毒性浸出试验激光粒度析仪XRD物相测试分析仪 2.2.1 物理化学性质分析 - 2.2 充填实验室 絮凝剂 型号 絮凝剂 用量 最佳 稀释浓度 量筒试验沉降曲线 0a-诱导期 ab-自由沉降阶段 bc-干涉沉降 cu-等速压缩阶段 Ho Ha Hb Hc 0 tatbtctu a b c u 11.1215.9818.59.44 不同浓度下XG9020效果图 2.2.2 静态（量筒）沉降试验 - 溢流水含固量底流浓度流变参数 2.2.3 动态浓密沉降试验 2.2 充填实验室 浓密机试验模型流变仪 - 溢流水底 流存 料 飞翼股份建有1m浓密机半工业性试验，可进行现场实际工况模拟 200ppm，无跑浑现象， 可直接回选厂使用 6878可调， 实现高浓度底流均匀出料 泥层高度达8.442m，底流 浓度78，经剪切循环后 正常排放至尾矿库 2.2.4 半工业浓密试验 2.2 充填实验室 - 最佳配比坍落度泌水率 试块养护单轴抗压强度测试 2.2.5 配比试验 2.2 充填实验室 流变参数 - 直管段沿程阻力弯管段沿程阻力向上输送阻力停泵再启阻力 料浆制备压力测试管路布置 2.2.6 环管试验 2.2 充填实验室 免洗管 - 半工业性模拟实际充填，对试验及设计参数进行检验，同时测试沿程阻力。 2.2.7 充填模拟系统 2.2 充填实验室 - 新型环保充填胶凝材料粉磨试验研发生产线可开发应用于不同矿山的新型环保充填胶凝材料，并可模拟工 业前端工艺。 2.2.8 新材料研究 2.2 充填实验室 03“个性化” 膏体充填工艺设计 - 3.1 全尾砂膏体充填工艺流程 强力搅拌桶强力搅拌桶 充填工业泵充填工业泵 深锥浓密机深锥浓密机 井下空区井下空区 螺旋输送机螺旋输送机螺旋称螺旋称 水泵水泵 蓄水池蓄水池 除尘器除尘器 选厂尾砂选厂尾砂 稳流给料装置稳流给料装置 水泥筒仓水泥筒仓 尾矿库或露天矿尾矿库或露天矿 絮凝剂制备絮凝剂制备 - 3.1 湖南宝山有色金属矿业（EPC总承包） 湖南省第一个全尾砂膏体充填系统 项目特征防止采空区塌陷和地表位移，置换矿 柱，提高回采率 充填排量80100m3/h 充填距离3500m 充填材料尾砂、胶凝材料、水 项目概况 获中国有色金属工业科技进步一等奖 - 现 场 应 用 效 果 溢流水清澈， 含固率200ppm 3.1 湖南宝山有色金属矿业（EPC总承包） - 现 场 应 用 效 果 底流浓度7274 3.1 湖南宝山有色金属矿业（EPC总承包） - 充填挡墙 充填体 底流浓度7276 3d采场情况 3.1 湖南宝山有色金属矿业（EPC总承包） - 3.1 湖南宝山有色金属矿业（EPC总承包） 充填挡墙拆模后情况 - 15万t/a胶固粉生产线 矿渣基胶凝材料矿粉、激发剂、石膏等； 灰砂比110，3d2MPa， 28d5MPa; 节约水泥50以上，节约充填成本20以上。 3.1 湖南宝山有色金属矿业（EPC总承包） - 废废 石石 选厂尾砂选厂尾砂水泥筒仓水泥筒仓蓄水池蓄水池 破碎机破碎机 振动筛振动筛 15mm15mm 给料机给料机 深锥浓密机深锥浓密机 螺旋称螺旋称 水泵水泵 充填工业泵充填工业泵 双卧轴强制式连续双卧轴强制式连续 搅拌机（二级）搅拌机（二级） 充填工作区充填工作区 除尘器除尘器 15mm15mm 螺旋输送机螺旋输送机稳流给料装置稳流给料装置 3.2 尾砂粗骨料膏体充填工艺流程 絮凝剂制备絮凝剂制备 - 3.2金川二矿全尾砂废石膏体充填系统 充填工艺复杂充填骨料采用棒磨砂，浓度为 7880，就当前所用的物料粒径而言，该浓度偏低，泌水率 达 29.534.7。现行充填过程中，每条进路需经三次充填、三次脱水，造成井下排水工作量大、作业繁杂。 充填体强度分布不匀由于充填物料级配不合理，泌水率高，采场多次充填过程，料浆分层离析明显，导致充 填体接顶效果不佳且强度分布不均。充填体强度进路方向差值最大可达 1.82MPa，变化幅度达 23；竖直方向 差值最大 4.33MPa，变化幅度达 98，降低了充填体整体稳定性。 充填管道磨损严重粗颗粒物料含量较多，为避免堵管料浆流速达3.54.2m/s，且管道内料浆呈非满管流状态， 管道磨损严重。现有统计数据表明，单个钻孔每输送 50 万 m3 料浆便报废，增加充填钻孔费用，并且，受到工 业场地限制，还将面临“无孔可打”的局面。 充填材料成本高充填料浆泌水量大，脱水离析严重，导致水泥大量流失（或上浮至顶层），为保证充填体强 度，必须加大水泥用量。 造成以上问题的根本原因在于充填料浆物料级配不合理，保水性差，充填料浆泌水离析严重，尾砂膏体充填 是解决这些问题的有效途径。 项目背景 - 3.2金川二矿全尾砂废石膏体充填系统 1. 尾砂处理能力2500t/d，-200目占88； 2. 膏体制备输送浓度 7779； 3. 膏体制备输送流量 80100m3/h； 4. 尾砂废石为4060； 5. 各材料用量尾砂501.1kg/m3、废石751.7kg/m3、 水泥310kg/m3； 6. 充填体强度28d5MPa。 工艺流程 主要技术参数 - 3.2金川二矿全尾砂废石膏体充填系统 - 3.2金川二矿全尾砂废石膏体充填系统 NGT16深锥浓密机FPP4000H - 3.2金川二矿全尾砂废石膏体充填系统 - 3.2金川二矿全尾砂废石膏体充填系统 碎石全尾砂，79充填料浆（尾砂碎石水泥）搅拌溢流水，200ppm - 3.3 “合理级配”的膏体充填工艺流程 底流粗砂底流粗砂 制滤饼制滤饼 粗、细尾粗、细尾 砂按比例砂按比例 混合搅拌混合搅拌 溢流细砂溢流细砂 浓密浓密 尾砂通过旋流器预先分级； 粗、细砂分别处置，粗尾砂 过滤制备滤饼，细尾砂浓密 机浓缩； 综合考虑充填体强度、尾矿 处置（无尾矿山）等条件下 的较优级配； 通过调节确保骨料级配的稳 定性。 旋流器分级旋流器分级 全尾矿浆全尾矿浆 - 3.3凡口铅锌矿细粒级尾砂全回收利用及充填站改造工程项目 项目背景 现有4个充填站，6套充填系统，能力5565m3/h，浓度6175不等，其中1套为全尾砂充 填，其余5套为分级尾砂充填。 充填站分散，人员多，效率低，工人工作强度大。 尾砂利用率低，全矿尾砂利用率约5560，其他排放至尾矿库。 自动化程度低，充填配比全靠人工估算，充填质量无法保证。 尾矿库（丹霞山景区）将于2025年退出，尾砂必须全部用于井下充填。 综上，为了降低充填成本，保证充填质量，增加充填能力，改善矿山生产环境，设计对充 填系统整体改造升级，实现尾砂百分百处置。 - 3.3凡口铅锌矿细粒级尾砂全回收利用及充填站改造工程项目 充填站内共设置5套搅拌泵送系统，4用1备或3用2备， 可以根据实际需要灵活使用，单套制备能力为100m3/h。 根据采矿工艺需要，共设置3种不同配比的充填料 人工底部结构、胶面、首层、假巷，采用分级粗尾砂， 灰砂比13，充填料浆重量浓度76； 矿房采场、单边是充填体另一边是矿石的间柱采场， 采用粗细比46的分级尾砂与细粒级尾砂混合砂，灰砂比14， 充填料浆重量浓度70； 间柱采场，采用粗细比10.612.6的分级尾砂与细粒级 尾砂混合砂，灰砂比17，充填料浆重量浓度62。 工艺流程 主要技术参数 普通浓密机普通浓密机 深锥浓密机深锥浓密机旋流器旋流器 分级尾砂堆场分级尾砂堆场 充填泵充填泵 陶瓷过滤机陶瓷过滤机 搅拌槽搅拌槽 选厂全尾砂选厂全尾砂 溢流（800目）底流 溢流 底流 底流 水泥水泥 水水 充填钻孔充填钻孔 接后续处理 工艺 接后续处理 工艺 溢流水 - 3.3凡口铅锌矿细粒级尾砂全回收利用及充填站改造工程项目 04膏体充填成套系统及装备 - 底流浓度高，底流输出稳定 沉降效率高、沉降效果好 可实现循环造浆，避免压耙 溢流水澄清度好（300ppm） 同等处理量投资少 4.1 尾砂浓密系统 4.1.1 深锥浓密机 - 4.2 絮凝剂制备添加系统 模块化设计 PLC智能控制 添加量精确5 添加量随时可调 混合箱、溶液箱 分体式设计 干粉料斗 加湿器 螺旋给料器 混合箱 溶液箱 放料阀 电控箱 投料泵 - 4.3 胶结料输送计量系统 连续供料变频可调 联合破拱料流稳定 一流称量技术 计量精度工业应用1 不间断监测仓容 - 强力搅拌桶 （全尾砂） 双卧轴强制式间歇搅拌机 （碎石或矸石） 针对不同物料，选择不同的搅拌设备 4.4 膏体制备系统 4.4.1 搅拌设备 双卧轴强制式连续搅拌机 （尾砂碎石） - 高压力大方量量身定制高可靠性 最大压力可达 25Mpa 最大方量可达 400m3/h 根据不同矿山 工况定制化设计 关键元器件 为知名品牌 锥阀活塞式工业泵 S阀活塞式工业泵 4.5 膏体泵送系统 4.5.1 工业泵 80m/h工业泵市场占有率70 70 90 150m/h工业泵市场占有率90 - 4.6 管路及阀组系统 承压25MPa 材质 Q345B/合 金钢 连接 高压法兰 金属密封 末端管路快卡连接 法兰管路快卡管路 从源头彻底解决了各子系统之间不相 匹配的问题，实现集中、高效、便利 管理，保证了系统运行的可靠性。 05“一键充填” 智能控制技术 - 5.1 智能化控制系统 一键充填系统主要包含充填生产一键启动、充填全流程正常 生产稳态控制、充填生产一键停车三部分内容。 生产管理系统包括充填报表管理平台、手机APP移动端管理 平台、充填生产数据分析预警及展示平台等。 3D数字孪生系统提升企业形象，对充填站进行全方位展示。 安全故障预警系统实时监测设备运行状态参数（如温度、压 力、振动、转速等），分析设备健康状态，预判设备故障征兆， 并进行预警、报警和故障诊断。 管路压力在线监测系统对充填系统管路压力实时在线监测。 视频监控系统对关键位置进行视频监控，含大屏显示系统。 - 5.1 智能化控制系统 一键充填全流程智能生产控制是建立在对充填工艺充分理解和 消化的基础上，对人为操作模式通过智能化控制系统来拟人化的实 现，主要包含充填生产一键启动、充填全流程正常生产稳态控制、 充填生产一键停车三部分内容。 一键充填智能化控制系统可实现各生产参数的动态稳定控制， 系统正常生产过程中工艺出现波动自动纠偏，充填浓度流量等各指 标稳定、配灰精确，充分将操作人员解放出来，实现调度中心统一 监控。出现特殊情况，自动化系统提醒操作人员进行人工干预，避 免出现大的故障，保证充填生产的“安全、可靠、稳定”运行，逐 步实现矿山充填无人化、近无人化。 5.1.1 一键充填系统 - 5.1 智能化控制系统 5.1.1 一键充填系统 任务的制定与 下达 系统和管路的 选择 自动确定 运行时序 充填前的 管路润滑 料浆连续 配制泵送 运行响应 故障预案 结束时的 管路清洗 充填过程 整理归档 生产调度 系统 自动确认或 人工确认 按照生产配方和 工艺参数自动运行 系统根据异常信号 自动判断处理 - 5.1 智能化控制系统 5.1.2 生产管理系统 随着工业互联网、工业4.0概念的提出，工业界需打造从业务到 生产执行的扁平化管理，领导不再只是看“过时”的生产报表，不 再只是对风险及隐患发生后的时候监督。同样，矿山充填行业也可 以通过先进的大数据分析技术、数据可视化技术、移动应用技术打 造智慧充填，达到精细化、扁平化、实时实地化管理的要求。 智慧充填 数据采集及共享充填站大数据平台。 数据分析及可视化通过灵活、生动的图表，让数据具有活力。 数据可视化多端展现数据可视化共享在安全权限的范围内应满 足手机端、PC端、大屏多端展现，不在拘泥于固定场所，为管理 层提供随时随地掌握基层数据、督导工作的能力。 - 5.1 智能化控制系统 5.1.2 生产管理系统 生产管理 权限管理 配方管理 生产记录 报表管理 班组管理 设备管理 充填工业泵、深锥 浓密机、搅拌桶、 陶瓷过滤机、胶管 等设备定期、定量 管理，到达期限提 示人员保养、更换。 能耗管理 充填站电耗、 灰耗统计，按 班报、日报、 月报累计，计 算充填单耗等。 数据分析 充填平均流量 充填平均浓度 充填体积 矿房充填率 充填应用灰与 实用灰对比 报警信息 报警信息定义 推送管理 报警记录 - 5.1 智能化控制系统 5.1.3 3D数字孪生系统 数字孪生平台的主要功用 对充填系统进行学习和创新数字孪生通过各种 数字化的手段，将设备的各种属性映射到虚拟空 间中，加速操作人员对充填站设备物理实体的了 解。 对充填站进行全面的测量、分析和预测。 将生产经验数字化通过数字化的手段，将原先 无法保存的专家经验进行数字化，并提供保存、 复制、修改和转移的能力。 提升企业形象，对充填站进行全方位展示。 06“膏体远距离防堵管/深井减压输送”技术 - 6.1 远距离防堵管输送技术 1、管道压力测定实时监测管道压力，及时发现堵管位置。 2、智能化控制整套系统包括充填站、充填泵、阀组和沿线压力检测系统实现自动控制技术，降低因人为失 误操作产生堵管的可能性。 3、满管流输送管路系统拥有立管排气等专利技术，保证管路充满料浆实现满管输送，减少堵管机率及充填 料离析。 4、合理的管路设计考虑料浆特性和流速计算得出合理管路材质和管径。 - 6.2 深井低压满管流控制技术 随着浅部资源的日趋枯竭和社会对矿产资源 需求的不断增加，越来越多的矿山开始朝深部开 采，面对深井或超深井开采，充填系统也迎来了 新的挑战，充填钻孔破坏与管道磨损成为新的研 究课题，研究表明，真空不满管输送是造成管道 破损的主要原因，如何实现低压满管流是解决问 题的关键。我司研发设计了一种基于节流增阻措 施的低压满管流控制技术，能够实现千米以上深 井的满管流输送，可以有效预防堵管、爆管，同 时延长充填管道的使用寿命，降低管道运营维护 检修工作量。 07“绿色、高效、低成本” 的胶凝材料研发技术 - 7.1“绿色、高效、低成本” 的胶凝材料研发技术 “以废治废”“不烧不磨”适用面广泛降本增效 工艺流程简单，只需搅拌 生产工艺简单，仅需将原材 料与激发剂进行搅拌即可， 无需生产水泥过程中的烧制、 磨制； 生产过程环保，无污染。 以废渣为原料胶凝材料原 料主要由各类固化物废料组 成，如工业废渣等； 治理废弃物对废弃物的综 合利用的同时，又可对废弃 物（尾矿）进行治理。 配方可定制生产胶凝材料 的激发剂与原料，可根据当 地需求更换配方，无需特定 配方； 适用于不同应用场景如道 路铺设、建材制备、采空区 回填等。 降低成本相比于水泥制造 生产流程，施工工艺的简易 化，施工效率得到提高，同 时，设备投资大大减少，电 费和人工成本大大降低； 增加效益相比水泥在使用 过程中用料更少，起效更快。 胶凝材料是指经过自身物理化学作用后，在由可塑性浆体变成坚硬石状体的过程中，能把散粒或块状的物料胶结成一个整体的材料。 无机胶凝材料自公元前2000年，就已有应用，主要以石灰、石膏等为主； 19世纪初，水泥由英国发明，具有很强的通用性，自诞生之日以来，水硬胶凝材料广泛应用于各个领域，但由于烧制水泥的过程中，会产生大量污染， 由此推动了新型胶凝材料的研发。 20世纪80年代，德国引领新型胶凝材料向缩短凝固时间、低成本、高强度、易输送、易生产、工艺简单等方向发展。 当尾矿细度极细时水泥等传统充填材料将不起作用。 飞翼股份的核心产品“高效”胶凝材料 公司所属企业拥有一支核心技术团队，是国内较早开始胶凝材料研发的团队之一，积累了二十多年的科研经验，技术水平在国内同行业中处于领先地 位。 飞翼股份可以生产高效（细粒）胶凝材料，产品符合土壤固化外加剂标准。 飞翼股份高效（细粒）胶凝材料的特点与优势 背景介绍 - 7.1“绿色、高效、低成本” 的胶凝材料研发技术 高效胶凝材料 工艺特性 胶结强度高 充填体最终强度是水 泥的2倍以上 全量化 可胶结10m以下的尾矿，水泥难以处理37m以下的尾矿（强度低、成本高） 效益高 处理同等数量的尾矿所需要的材料用量是水 泥的1/3至2/3 充填成本大幅度降低 无害化 原材料无害化，主要为冶炼渣 和电厂灰 生产过程无害化，混合搅拌， 无环境污染 使用过程无害化，可与尾矿中 的游离金属离子反应以固态形 式固定，不易渗透入土壤 效率高 充填体强度3天可达1MPa以上，强度 是水泥的3-5倍，提高采矿效率，满足 矿山快速安全开采要求 飞翼致力于尾矿膏体充填及安全无害处理技术领域 的革新和开发 从源头上解决尾矿污染、溃坝事故、地表塌陷、占 用耕地、资源回收率低等一系列环保、安全难题 建设绿色矿山 推动绿色经济 让环境更绿色 让技术更环保 让作业更安全 高效让开采更