高深度膏体充填在多姆金矿的应用.pdf

高浓度 膏体 充填 在 多姆 金矿 的应 用 加拿大普 拉塞尔多姆公 司总经理R． J ．佩里 巴蒂工 程公司工程 经理D． L ．丘彻 摘要 最 近几 年 。在 检验 各种 地下 充填 支护 系统方 面 已做 丁大 量 的工 作 期 改 善岩 层 支护 ．降低采 矿成本．本文叙述丁普拉塞尔多姆公司多姆矿利用膏体充填料的性质来开发 高密度充填系统 ， 解决待灿 理 的大 空场 ，以期 在整个 矿 山 内为下 代 多姆矿 工 形 成稳定 的岩 层条 件 。 导 言 由于在安太略 省北部波 丘派因 潮西 面一个 穹形露 头发现 肉眼可见的黄 金 。1 9 0 9年成 立了 多 姆 D o me 金 矿 。露头下面 的矿石 。使加拿 大这个 最主要 的金 矿之 一得 以开采到现 在 ，长 达 8 0年 之久 。在此 期间 ，共 采出矿石 d 6 0 0余 万 t ，回 收 黄 金 l 1 5 0万 盎 司 1盎 司 3 1 ． 1 0 3 g ，白银 2 0 0万盎 司 。目前该矿仍在 继续开 采 。 日产矿石 3 5 0 0 t ， 矿石来 自地下矿和露天 矿 。 在矿 山生 产期间 ，采 用过不 同的地 下采矿 方 法 。从一个 含有单脉和 多脉构造 的复 合矿床 开 采 矿 石 。 3 0年代 ，引进了上 向分 屡充填采 矿法 ，用 砂 子 充填 ，后来 改为水力 充填 ，以便支护采空 区以提供工作 底板 。上 向分层 充填 采场共充填 1 8 0万 t 砂子和 7 3 0万 t 水力 充填 料 。 6 0年代末 以前 。留矿法 用得很 广泛 ，主要 用于急倾斜薄 矿 体 。大 约与此 同时 ，引进 了小直 径深孔大量 采 矿法 ，其 优点是生 产成 本低 。深 孔爆 破往往 用来 回采 留矿法老采 场的矿壁 和底 柱 。结果形 成 了大的 空场 。由于 地层条件 所限 ，只是较 小 的空场进行 了充填 。 到 7 0年代 末 ，由于 大空场数 目不断增加 ， 对整个矿 区的稳定性 产生 了严 重影响 。由于金 价较高 ， 空场 附近的 经济 可采矿量相 应增加 。 为 了开采这 部分矿石 ，需要对 空场进行 充填 。 3 6 充 填材 料 的选 择 图 l是 一个大采 空场 的平面和 剖面 。该 采 空场 在垂 直方 向跨越 几个 水平 ，与之相交的大 多数 平巷 和天 井保持 完好 。空场 的大小和形 状 对 充填工 作提出 了特 殊要 求 。为了对这些空 场 进行 有效 的充填 ，充填料 必须具 有以下特性 弹性 模量高 ，足 以阻止岩 壁 冒落 ，充填 7求平平面囤 图 l 9 0 5采 空场 的平 面与 剖 面 1 9 9 】 年第 】 期 维普资讯 图 2 在连续搅拌机内搅拌的高浓度膏体充填料 体暴 露后能 自立 ； 不渗透 ，充填体 内不会积 聚静水压 ； 在 平巷 或 天井 内能形 成 稳 固的密 封 塞 ， 不必 构筑挡墙 I 容 易在 地下长 距离 输送 ； 经 济 ，因 为充填费 用是 一项 直接支 出。 通过 对现有 充填方法 的考 察 ，建议采 用能 满 足设计要 求的高浓度 尾矿 充填 。充填料是经 过脱 水的全 尾矿 ，含水 量仅 l 8 ～2 3 重量 百 分 比 ，其 稠 度类 似 浓水 泥灰浆 或牙 膏 图 2 曾经考虑过其它 普通 充填 系统 ，由于 以下 原 因均未 采用 水 力充填 可资 利用的充填料数 量不 足 ，不 能满足上 向分 层 充填 法的需要 }为了浇 注 充填料 ，所有巷 道都要 构筑全断面挡墙 ；由 于水灰 比高 ，胶 结充填 的强度 低 。 废 石充填 地下 掘进所得的废石 量有 限 ，从 地表开采废 石的 费用很高 ，还 要把废 石 运至 深部采场 ，既复 杂 ，又费钱 。 冲积砂 可供利 用的数量有 限。 采 用高浓度 尾矿 充填 的优点很 明显 1 ．选 矿厂尾 矿 回收率高 ～ l O 0 ，充填 速度 可能加快 I 2 ． 需要在地 表尾 矿库 处理和堆存 的固体体 积显 著减少 ； 3 ．膏 体充填 的水灰 比低 d ． 5，1 ，为 了胶 结充填而加 入的水 泥 ，单位体积 所获得的 强度 较大 ； d ． 由于膏体 充填 料稠度 大 ，安息角也 大 ， 能在 巷道 内形成 密封 塞 } 国外金属矿山 5 ．由于空隙较少 ，充填 体质量均 匀 ，抗 压 强度较大 。 充填系统的发展 1 9 8 2年 ，多姆矿开始 执行一 项发展高 浓度 充填 系统 的计 划 ， 以便对大 空场进行 事后 充填 。 该 系 统 以 正 在 南 非 地 下 使 用 的 尾 矿 离 心 机 t a i l s p i n n e r 为基础 。 南 非在地压 高的缓倾 斜采 矿场 用尾 矿作 地层支 护材 料 ，使 用这 种离心机 脱水 已获得成 功 。 离心机原 本是加拿大 J O Y公司研制 的 ，是 硬岩 连 续 采 矿概 念 的一个 必 不 可少 的组 成 部 分 。由于 该机结构紧 凑和坚 固 ，非常 适合在恶 劣的地下 环境进行 脱水 ，很快便 在南 非得到认 可 。 多姆 矿的开发计 划分三步实 行 ，每一步都 有特定 的主题 ，以逐 步完成地 下充填 料脱水系 统的全面 评价和更好 地了解 细粒 膏体 充填料的 特性 。该 计划的要 点如下 第一 步 在地 表选矿 厂附近安 装原型设 备 目的用离 心机 处理多 姆矿 的尾矿 ，确定 脱水程度 和设备 的性 能特 征 。 成 果 制备 6 0 0 0 t 脱水膏体 充填 料 ， 平均重 量浓度 7 7 。 第二步 在地表通 向地下 采矿场 的放 料 钻孔 附近安装 试验性 设 备 目的 每天 2 4 h 、每周 阳 连续 运转 ，根 据磨 损率 、维修费 、动力 费等确 定该系统 的经 营 费用 I 考察 膏体 充填料 在采 矿场 的流动性 能和 在平 巷 内形 成密封塞 的情况 ； 对膏 体充填料 进行物 理性 能分析 。 成果 制 备 并 在 一 个 地 下 采 场 浇 注 大 约 1 ． 5万 t 充填 料 。 第 三步 在 地下安装 生产性 脱水 系统 目的 对整个试验系统的性能和生产率 进行评 价 ，包括给 料 、溢流和水泥 的输送或 处 理 I 研究高浓 度 膏体 充填料 在原地 的性 质和 效能 ，包括细粒 充填料 液化的 可能性 。 37 - 维普资讯 成 果 制 备并在 一个 地下 采场浇注 9万 t 充 填料 ； 评价 今后可采 的矿石储 量 。 开 发 计 划 的 试验 结 果 离 心机性能 在 第一步 ，用离心机使 尾矿脱 水制 成高浓 度充填 料的能力 已得到证 实 ，消除 了起 初关于 尾 矿细 度会 影 响充填 料 浓度和 回收率 的担 心 。 离 一 L - 机底流 的重量浓度 为 7 6 ． 5 ～7 8 ，取决 于离心机 的内部形 状和 充填料 的物理性 能 。工 作 效率以 固体 物料制成高 浓度尾矿 的回收率来 表示 。为了连 续运转 ，离 心机 必须在 超平衡条 件 下工作 ，即给入的 固体 量要 多于 回收量 。因 此 ，尾矿不 可能全部 回收 。在连续 排料以及碗 状 离 一 L - 机 给 料 浓度 高 的情 况 下 ，回 收 率 可达 7 5 ～8 0 。 表 1 是 试验 期间测得的 典型 数据 尾矿离心机性能 表 1 输 绗料参数t } f } 料m 世 敞度 蛤 料选 度 袋 体 吲 l 『【 】 仓 ／ rai n 删体O／ h 转 速 r ／ rai n 输出 料参散 庙流 敞j c 底流述 度 袋怵 【 i I I1 仓 ／ mi a 固体 t ／ h 槛流 皿 敞也 溢流垃度 -浆体 黄I g N仓／ r a m 体 t ／ h 回牧 率 5 8 士 2 ％ 8 0 士 l 5 7 6 ． 5 ％ 3 9 l d ．3 3 2 ％ 4 l 4 2 7 7 离心机 的机 械可 靠性 很高 。对原 始部件 的 一 次 磨损率作 了测定 ，实行预防性检 修 ，离心 机 的平均 利 用率超过 8 0 第二步和 第三步都 按 2 4 h 7 d或 5 d作业 。辅 助设备 如泵 、给料机 等 和选厂给料 的可 靠性 小一些 不 过 ，总利 用率 达到 6 8 。对 一个 试验性装 置来说 ，情 况 是好 的 。 经营费 用 很难精 确计算现 场试验 的经 营费 ，因为该 系统一直 在不断改进 ， 延 误难 以控制 。 不过 ， 有 些费用还是 定下来 了，按 1 9 8 5年美元计算 ， 经 38 营费估算 如下 高浓 度充 填 经营 费 估算 值 劳力 1 ． 6 8 美元／ 每吨 浇注充 料 承 抛 2 ． 2 5 维修、 劳力与材料 台计 5 ． 5 3羹 元 劳力 费用按 1 4 t ／ h生 产率计 算 。 充填 料密封 塞 在平 巷形 成 稳固 的充填 料密封 塞 ，对于 多 姆矿高浓 度充填 的成 败至关 重要 在充填过 程 中，可以仔细观 察充填料 流入平 巷 、放矿点 和 一 个 废 弃漏斗 的情 况 在 所有情 况下 ，高浓度 充填 料能灌入上 述空 间若 干英尺 ， 向后 向上 朝 眉线 倾斜 。到眉 线后 ，坡 度迅速 增加 ，从而 把 空 间堵死 。 最 终安 息角 d 2 ～7 O 。 ， 取决于充填 空 间的外形 、充填 料水分 和水泥含 量 。采场底 部 密封 塞加入 3 水 泥 ，在此 之 上大量 浇注 的充 填料 加入 2 ～2 ． 5 水泥 。 浇注方 法 同采用 别的 充填 料一样 ，在项 目设 计阶段 如果对 充填 料 注入采 场的方 法 没有 仔 细考虑 ， 膏体 充填 的优点 如 孔隙 比低 便 可能 消失 。 多 姆矿采用重力浇 注法 ，通 过直 径 2 0英寸 1 英 寸 一2 5 ． 4 ram的塑料 管向采场顶 部卸料 充填 料固有 的劲 度 形 成～7 0 。 坡 面会 限制 充填 料 从落点横 向分布 而引起麻烦 。 浇 注 充填 料时 ， 高 浓度膏体充 填料象熔 岩那 样缓慢流 动 ，剪切 阻 力大 ，以致 在放 料点下面形 成锥状 堆积 ，最 后 成为陡坡 锥体使 管子堵 塞 ，无法 卸料 。选 择脱 水地点 时 ，必须 考虑 这 一情况 ，尽 可能 提高灵 活性 多 点卸料 或通过 管道 或钻孔 将 充填料泵 入采空场 ，可达 此 目的 。 可 泵 性 在 第三 步 ，为 了考 察高浓度 充填料 的可泵 性 ， 在地 下试验 了一台 正排量 泵 4 5英尺 ／ h ， 将 充填 料横 向注入采场 。根据 类似 的膏体泵送 资料 ，预计 每英 尺管道 的压力 损失 为 2 ～ 3磅／ 英寸 1 磅／ 英寸 一6 ． 8 9 4 7 6 k P a 。不过 ，由于 泵 的机械 问题 ，试验无 确定结 果 。由于管道压 力增加 ，不能 保持活塞 与管道 间的密封 ，达到 的 最 大 泵 送 距 离 为 l 5 O英 尺 1英 尺 一 1 9 9 1 年 第 1 期 维普资讯 0 ． 3 0 4 8 m ，小时 输送 能力不到 6 t 据 认 为，使用更适 合输送 细料的泵 ，输 送 距离和 输送 能力可 以更太 。但 是 ，投资和经 营 费将使 充填 成本显著提 高 。然而 ，这并不排 除 在采 场平缓 或需要 密实 充填 的情 况下 ，采 用正 排 量泵 。 水 泥搅 拌 为了胶结而加 入充填料 的水泥或其 它粘 结 剂 ，是 充填成本 的重要 费用项 目。为了最大 限 度 提高 粘结剂 的效 用 ，不 仅水灰 比要低 ，而且 粘结剂 必须均匀地分 布在 充填料中 。由于膏体 充填料 的触变浓度 和两 种组分 的细度 ，很难 有 效地进 行搅拌 ，连 续操 作时尤其如此 。 为了在地下脱水系统连续搅拌高浓度充填 料 和粉状水泥 ， 研 制了一 台直径 1 6 英 寸 、 长 2 0 英尺 的条带刮 板 r i b b o n f l i g h t 螺旋输送 机 ， 机 内有可以调节 的反 桨 b a c k p a d d l e 。该 机在搅 拌过程 中 ，对 充填 料施 加很大剪力 ，并 使充填 料有适 当停 留时间 。搅 拌效 率 尚难 测定 。地下 取 得的胶结 充填 料试样 的强 度 ，比实验 室试样 的强度 低 l 5 ～2 0 ％。据推测 ，主 要原 因是搅 拌 不好 。 后 来在 主搅拌机一 输送 机增 加一个 反 向 刮 板 ，并采 用一 台直径 1 0英 寸、长 2 0英尺 的 双 螺旋输送机 ，以提 高搅拌效果 。 膏 体 充填 料 的特 性 抗压 强度 多姆矿 的技术人 员和外单位顾 问 ，在实验 室和现场对高 浓度 充填 料作了 广泛 试验 ，以测 定 尾矿水 泥 比不 同的充填料的强度 。在 充填 料 水 灰 比优化条 件下 ，加入少量水泥 也能获得 很 高 的强度 。研 究结 果证 实 了这一点 。图 3是 强 度与 养护 时间 的关 系 ，试样是在地 下脱水过 程 中直接取 得的 ， 并在 地下养 护到试验前两 天 。 结 果表明 ，强度 随时 问增加 ，与 混凝 土的情 况相 似 。 水泥 含量 对高 浓度充填料性 能的影响 如图 4所示 。同典型 的水力 充填 料相 比 ， 在强度相 同 时 ． 高 浓度充填 料的水 泥含量可减少 1 ／ 2 2 ／ 3 。 粒度 多姆 矿高浓度 充填料 与普 通水力 充填 料的 国 外 金属 矿山 o 二一 ] 二 ≥ 二二 二 - 二 二I 养护时 问H 图 3 抗 压强 度与 养 护 时 间的关 系 水泥古 量 尾矿 一 球坭 图 4 2 8天后 的抗 压强度 与 尾矿 水 泥 比 的关系 粒 度分 布情况表 明 ，高浓度 充填 料的粒度很 细 图 5 。 水力 充填 料的 固有特 点是分 级均 匀 。 高 浓度 充填 料 的特 点是分 级 良好 ，在大 多数情 况 下 ，抗 剪强度大 。 牡窿 岬 图 5 粒 度分 布 曲线 设 计标 准 麦吉 尔 Mc Gi l 1 大学对 高浓度 充填 料作 了 大量 试验 ，在此 基础上提 出 的下列数据 ，原则 上 可作 为高 浓度 细粒尾 矿 8 0 一2 0 0目 充填 的设计参数 3 9 维普资讯 橱 匠楼 量 孔职 l 七 聚台力 庥擦 f 0 密度 t 轴抗压强度 尼 矿术扼 比 t 水分 t 9 5 7 2 ． 】 磅／ 英- f 6 6 MP a 0 ． 59 9 l 7 ． 4磅 ／ 英 寸 I 2 0 ． 3 k P a 2I _ 8 a 1 5 9 2 ． 9 9 k g ／ m 6 2 3 5磅／ 英- f 2 9 - 9 3 k P a - 3 0 l 9 ．0 5 生 产设 备 开 发计划 完成 后 ，对所获资料 与经验进行 分析 的结果表 明 ，应在 地下安装 以脱水尾矿 作 充填料 的第二 套充填 系统 ，作 为现 有水力 充填 系统 的补充 。 充填料脱 水系统 安在 l l 0 0水 平 ， 流程详 见 图 6 。 由于 后来增加 2台离 心机 ， 生产能力 已从 每天 3 4 0 t 提高 到 l 0 0 0 t 。 质辩 回罩 图 6 地 下充 填料 脱 水系 统 的工 艺 流程 充填 料准 备 炭浆 回路 排出的全部 尾矿 ，通过 一台浓密 机使浆体 浓度提 高到 5 8 士2 ％ ． 再 用 F c S O 处理 ，使氰化物含量降到允许极限以内。然后 送 往地下 脱水 。 地下 给料 系统 从选 矿 厂用 2条直径 2 英寸 管道将 尾矿 送往地 下 ， 流 速 7 5 ～2 2 5美国加仑／ rai n 1美 国 加仑 一3 ． 7 8 5 L ．存 入 一台 8英尺 l 2英 尺搅 拌槽 ， 然后泵 往离 心机 。 每 台离 心机 由一 台 1 英寸 1 英 寸无 填料盒 S R L离 心泵 给料 。用 电磁 流量计 监测 ，用橡胶夹 阀控 制 。 脱水装置 三 台 2 4英寸 尾矿离 心机 安 在一个 普 通 基 座结构上 ，直径 l 6英寸 、长 2 0英尺 的搅拌一 输 J 0 送 机 也 安 在 同 一 基 座 上 图 7 。 离心 机各 用一 台变速 液 压驱 动装 置驱 动。 液压动力 组装有 5 0马力 1马力 一0 ． 7 4 5 7 k W 电机和速 度控制 电缆 ，用来调整 离心机转 速 。 图 7 1 1 O 0水平 高 浓 度充 填料 制各 站 安 有 搅拌 螺旋 输送 机和 充填 料 离 心机 离心机底 流 高浓度 充填 料 直接 卸入 1 6 英寸 搅拌一 输 送机 ， 加入 干水 泥 ， 然 后用 l 0英 寸 双螺旋输送 机运往 充填井 ，卸入 采空场 。溢 流 汇集于一个 流槽 ，用一 台 S RL离 心泵送 往废 料 处理 系 统 。 脱水装 置采 用组合式 结构 ，便于装 配和检 修 离 心机 可 以整机取 出检 修 ，同时 安上一 台 备用设备 ，不必 停止 作业 。 水泥输 送 系统 水 泥或其它 粘结材 料 通常 为 5 0 ／ 5 0硅酸 盐水泥和 c型粉煤灰混合物输送系统每天要 提供～ 3 0 t 物料 。 从 地表一个 4 5 t 贮 仓将干料装 入容量为 2 t 的编织袋 ， 在地下用箱式车运往现 场 ，卸入斗仓 图 8 。实 践表 明 ．用这一方法 在地下处理 散装 物料 ，既方 便又经 济 ，因为编 织袋可使 用 多次 。 废 料处理 脱 水 过程损失 的废料 溢 流中的 固体 物质 译 者注 有许 多排放 方法 ，包括 以稀释 1 9 9 1 年 第 1期 一 『 一 抢 嚣 一 三 一 _ 一 厂 二 一 ● 侵 羁 1 F ● l ， 一 ● _J ● 1 _ ● ●● ● ● 1 ● ● j1 维普资讯 液的形式 泵往地 表 存放在 地下废坑 道 内 用 化学 方法 处理 后放 人 生 产采 场或返 回原流 程 。 由于 目前和今 后脱 水地 点距 地表 的深 度不大 ， 决 定将废料 泵回选矿 厂废弃之 。 起 先 试 图 用 工 作 压 力 为 4 2 5磅／ 英 寸 的 多级离 心泵 ， 由于泵 的维修工作量 很大 而告吹 。 于是在 1 1 0 0水平 井 1 3 下 1 3 5 0英尺 脱水 站安 了一台正排量 液压 泵 ， 将废料 泵往地表 。 该 泵 由美 国制造 ， 能在管 压～ 2 2 0 0磅／ 英寸 的条 件 下输 送磨蚀性 浆体 。该系统按每 分钟输送 ～ 2 0 0美国加仑 设计 ， 通 过 3 英 寸 8 O号钢 管将 浆 体 送往地 表 ， 工 作压力 9 0 0磅／ 英寸 。 泵 的总安 装 功率 为 3 0 7马力 ，用两 台空 气隔膜泵 作辅 助 泵 。通过 一个 隔膜 氯丁橡胶 袋将液 压直接 传给泵送介 质 ，与 浆件接触 的 只有安在 进料和 排料管的 一系列球 形止 回阀 。 其它 图 9是 1 1 0 0水平 脱水站 的总配置 ， 包括主 要设 备、脱水装 置和正排 量泵 。图中还标有其 它辅 助设施 ，如搅拌槽 、马达控制 中心和一个 小 的隔音操作 室 。 擅 挥螺旋精 迭机 图 9 1 l 0 3 水平 充填科脱 水 系统 平面 配置 目前 正在 为建立下 一个脱水站 作准备 ，计 划 1 9 9 0 年 投入使 用 。如图 l 0 ，该站布置 紧凑 。 为了减少开挖工 程量 ， 液 压排量泵 仍在 儿0 0水 平 ，通 过 P L C进行 遥控 。今后 计划将全矿 的排 水系统和污 泥泵送 系统 协调起 来。 国 外金 属 矿 山 图 1 0 9 0 0水平 充填 料脱 水 系统 平 面 配置 结 语 从多姆 金矿开发 和应 用高浓 度充填 系统的 实践可得 出 下结 论 高浓度 膏 体充填料 可 以有 效地 用来充填 大的空场 ，特别 是充填难 以容纳水力 充填料的 空场 。 地下制 备膏体充 填料 的工艺 系统和硬件 对该矿是 适 用的 ，生产 成本 减也不贵 。 地下 充填设计是 科学 的 ，可 以利用 细粒 充填料 进行支 护 ，而且 水 泥用量不 多 ，经 济上 无大 负担 。 地 下充填所 用的粘结 材料 是生 产成 本的 一 个 主要组 成部分 ，为了使成本 减至晶低 ，必 须 准确计量 ，并使粘 结 剂与高浓度 充填料 充分 搅 拌 。 不 应 过分 强 调 充 填 料 浇 注 方 法 的重 要 性 ，对 高浓度 充填料来 说更是 这样 。 充填料脱水工 艺 的新发展 表 明 ．高浓度 充 填料 的生产成本 可 以大 大 降低 。由于 充填 能力 增加 ，维修 、劳力和 动力 费用较低 ．将促使 更 多的矿山采用这种高浓度充填料作地下支护。 译 自加拿 大 { C IM B u l l e t i n M a y 1 9 90， 53 ～ 58 胡 际平译 王 漱荚较 4 1 ’ 维普资讯