澳大利亚坎宁顿矿膏体充填站的设计及其系统布置.pdf

／一夕 澳大利亚坎宁顿矿膏体充填站 ‘ ≥ ； 的设计及其系统布置 澳大利亚 B HP世界矿产公司坎宁顿矿高级工程师B． E． J ． 斯基勒斯 ． 摘要 澳大利亚的第一座膏体 充填站 坎宁顿膏体 充填 站 由于其全面设计 、充填 站 的装备以及井下输送，均有别 于世界上任何其他一个膏体 充填站。然 而．值得肯 定的 是充填站能够按照设计运行．并且在坎宁顿矿充填站的给定 综合条件 下，井 下输送 不需 要真空泵。过去的两年是设计完 善及建设该充填站并使之投 入运行的 过程。阐述 了利用 全尾砂以及掭加水泥的膏体边形成边向井下输送的过程．探讨固定式充填站选择的基本 解 笺 堡 ， 垄 璺 红 ／ 关 键 词 堡 壹 垦 塑 ，垄 璺 整 一 jL 7 ／ 。 。 ， 1 引言 坎宁顿 C a n n i n g t o n 矿在可行性研究 期间，进行 充填研究，以评估最适合该矿体 的充填形式。由于缺乏集料来源而没有选用 块石胶结充填，同样，由于要分离出矿物而 进行磨矿的细粒特征，无法获得足够多的粗 充填料，所以，也不能采用水砂充填。 1 9 9 5年 1 1月，在一个环路 充填实验管 道中，对尾砂样品进行 了测试，还对水泥各 种掭加比例的全尾砂进行无侧限抗压强度试 验。 试验结果表明坎宁顿矿尾砂适合于作 膏体充填料。 采用膏体充填还有以下优点 可以将尾砂对环境的长期影响程度 降到最低 ； 最大程度地降低后续的尾矿坝构筑 费用； 能够获得水泥及尾砂之间更好的搅 拌效果 ； 2 6 相对于构筑挡料墙及地下水处理而 言，可以降低成本。 由于坎宁顿矿的地理位置，整个水泥费 用极大地受其运输费用的影响，一步采场及 二步采场充填的水泥用量都必须降到最低限 度，从而保证 降低 整个充填成本。 布罗肯希尔 B HP 世界矿产公司的膏 体充填站于 1 9 9 7年 1 2月成 功地投入运行， 目前正在充填井下采场。 2 坎宁顿矿的地理 位置 坎宁顿矿 为 B HP世界矿产公 司所属企 业 ，由昆士兰西北的一座地下矿及其运输精 矿 至 市场的有关 外部机构组 成，生产 铅 、锌精矿。 因为坎宁顿矿区大雨过后洪水容易泛滥 成灾，因此所有地下通道和地面外部设施都 提高到 已知及预测的洪水位置以上。矿体以 上地面的平均海拔高度为 2 6 7 m，平均最高 和最低气温分别是 1 2月份 3 5 ℃ ～2 5 ℃和 7 月份 2 5 ℃ ～1 0 ℃ 。 1 9 9 8 年 第 5 期 维普资讯 膏体充填使得坎宁顿矿能够限制尾矿对 地表的侵占，因此降低 了第一年生产需要修 建尾矿坝的基建投资。由于坎宁顿矿地理位 置的特殊性 ，运送 水泥到矿 里费用 十分 昂 贵。挑战就在于优化与采矿参数相关的水泥 费用，采场结构参数不 同所要求的充填体强 度也不同。该充填站设计成能够根据物料塌 落度的限制而调整水泥含量。充填系统的修 改完善将贯穿坎宁顿矿的始终，以最大程度 地优化水泥用量。 3 膏体充填站 矿山选厂生产能力是 4 2 0 0 t ／ d ，其中约 6 0 ％的尾砂，即 2 5 0 0 t ／ d要 充填 到 井 下。 矿石原地重 度在 3 ． 3 t ／ m ～3 ． 9 t ／ m3之间变 化，将固体颗粒约占 5 5 ％、重度为 1 ． s t ／ m3 的尾砂 输送 到 搅 拌槽 。尾 砂 粒 级 4 3 ％ 在 2 0 t a a以下 ，7 9 ％在 8 O “ m 以上 。 膏体充填站设计的充填能力为 3 7 8 0 t ／ d 或 1 5 8 t ／ h ，充分考虑 系统发 生故障和进行 维修所产生的影响。搅拌槽具有 1 0 ～l 2小 时充填料的储备能力，以弥补出现任何不可 预见的选矿厂故障或尾砂供给管线的干扰所 产生的影 响。整个 充填站 的安 装功率 大约 8 5 0 k W，其中最大的单机功率 为 5 5 0 k w 的 真空泵电机。 3 ． 1 充填料塌落度 膏体充填站是根据配料来设计的。配料 是相对于一个连续系统选取的，因为坎宁顿 矿的尾砂试验表明充填料的塌落度对其固 体物料百分比或含水量十分敏感。与坎宁顿 矿充填料相比，其他矿的膏体充填料的塌落 度曲线没有表现出塌落度对含水量同样的敏 感程度 图 1 。选用一螺旋 流量搅拌 机分 配混合的尾砂并进行适当地搅拌水泥。减小 搅拌机的传动装置的尺寸，可以更好地调节 传动装置的功率信号范围，进而达到较好地 控制充填料塌落度的 目的。 雷外金晨矿 山 8 2 舯 a7 8 萎 7 4 7 2 塌落 度数据 --～ ～I ＼ 班宁 博 矿 尾 砂 ． 、 ． x ＼ L 0 l、 塌落度／ 英寸 图 1 充填料 的塌 落度 曲线 3． 2 充填站工艺流程 坎 宁顿矿膏体充填站主要有以下几个部 分组成 4个水泥筒仓 ，2台圆盘过滤机。1 个汹涌 式缓 冲仓，膏体计 重仓．水 泥计 重 仓，螺旋流量搅拌机以及安装在井下两个钻 孔前端的配料储仓。4个水泥筒仓 总容量为 l 0 5 0 t ，由于季节性雨水可能对该地区公路 运输保障的影响，因此，要求坎宁顿矿具有 较大的水泥贮存能力。 在圆盘式过滤机给料槽 中添加絮凝剂， 有助于 尾 砂 的脱 水 及 充填。固 体 浓度 为 8 5 ％的滤饼 送到一双 向输 送带上．如 果需 要，滤饼能够送 回搅拌机贮存筒仓中。正常 情况下，输送带给容量为 l 0 的汹涌式缓 冲仓提供充填料．配料系统将计重元器件安 装在螺旋流量搅拌机前端的水泥及尾砂配料 计重料仓中。 配料计重料仓直接将物料输送至搅拌机 中，然后按照 要求 的塌落度稠度 浓 度 ， 将计量好的水添加到料仓中。螺旋流量搅拌 机完成搅拌及排料的整个循环大约需要 2 ～ 3分钟的时间。 每次膏体配料约 3 。利用搅拌电机的 功率曲线来标定膏体充填所需的塌落度，其 变化范 围为 1 5 2 mr a～2 5 4 r r a n 。这样做 的 目 的是为了防止不合要求的物料从钻孔进入而 引起堵塞。 3 ． 3 塌落度控制及排料 利用螺旋 流量搅 拌机转矩 来调 节塌落 2 7 维普资讯 度，在试生产过程中，对功率曲线进行标定 和换算。当注 入搅拌 机的 固体 物料浓 度为 8 5 ％的膏体中加入水泥后，膏体往往显得 比 较稠硬。这能从搅拌机功率 曲线测定 出来。 加水使 固体浓度为 7 9 ％、重度 2 ． 3 t ／ 、塌 落度为 2 2 9 mm时，对照塌落度取样校准滤 波功率曲线信号。经多次试验，对照塌落度 标 定 功 率 曲 线 已 经 成 为 可 能。功 率 为 9 ． O k W 的设定值 等价于坎宁顿 矿尾砂 的塌 落度值 为 2 0 3 mm-2 2 9 mm。 每次的胶结膏体先倒入排料仓中，然后 再送往钻孔。排料仓用一个柔软管与钻孔连 接起来，以便用计重元件操纵滚刀闸阀。只 有当料 仓 中达到 设定 的荷载时， 闸阀才开 启．并保持到一个较低的下限值时为止，然 后关闭闸阀。在料仓与充填管路之间的充填 料形成真空密闭的状态。在坎宁顿矿膏体不 用泵送 ，而是利用膏体的重力作用在钻孔中 形成负压，惜此将充填料输送到井下采场。 3 ． 4 控制软件 在 自动配 料或 手动配 料过 程中，采 用 C i t e e t 软件来监控膏体充填站的运行状况。 通常在开始充填采场或往搅拌汽车中倾卸充 填料时才采用手动方式配料。3 2 5 m 水平以 上的浅部采场往往用汽车运送充填料，这种 浅部采场占坎宁顿矿矿产资源的 2 0 ％。 为坎 宁 顿矿 膏体 充填 站 开发 了 4个 C i t e c t 监 控屏 幕界 面，它 们是 过 滤机 给 料；过滤机 ；配料；井下充填管线布置。 4 井下充填管线布置 膏体充填通常表现为柱塞流动特征。流 动模型 及环流试验 表明 ；2 0 0 ram直 径管道 的柱塞流比 1 5 0 mm直径管道的阻力小得多。 2 0 0 m m标称管道的流动阻力估计为 1 0 k P a ／ m～2 0 k P a ／ m。 由于 2 0 0 mm 管 道中阻力 较 小，地表下 3 2 5 m处膏体可能会有较好 的水 平横向流动。当物料流到 3 2 5 m水平时，仪 2 8 器显示管道中能达到大约 3 MP a的压力。 目前，按照先一步采场后二步采场的顺 序将膏体充填到采场空区中。采场一般 2 5 m ～ 5 0 m高，其底面积为 2 0 m2 ～2 5 m2 。水泥 添加量随着 充填体 的暴露面积 高度 及宽 度及其 自由暴露时间而变化。坎宁顿矿还 得研究实际的充填体强度与强度模型之间的 联系。通过降低充填高度和最大程度地延长 养护时间，可以将水泥用量 和充填成本 降到最低。例 如，一个高 2 5 m、宽 4 0 m 的 采 场，要 求 胶 结 膏 体 充 填 体 的 强 度 为 4 0 0 k P a 。该膏体充 填强 度，虽 然可 以通过 两种方案达到，即 3 ％水泥量及 2 8天养护 期或者是 4 ％～4 ． 5 ％的水泥量及 7天养护 期 。但是由于两种方 案的水泥含量不 同，它 们的充填费用也就 明显不同。同理，对于 同 样 4 0 m跨度的采场，当采场高度由 2 5 m变 为 5 0 m时，要 求胶 结膏体 充填体的强度为 6 0 0 k P a ，则要求 相应 的膏体 充填料 中必须 加入 4 ％的水泥，其充填体养护 2 8天 所 以，只要开采顺序允许，通常较小的暴露面 积和较长的养护期不 失为一种最廉价的选 择。未暴露的二步采场则采用 2 ％水泥的膏 体充填即可。坎宁顿矿 的膏体充填在 2 8天 养 护 期 后， 其 无 删 向 抗 压 强 度 可 达 到 0 ． 7 M_P a ～0 ． 8 MP a 图 2 。 4 ． 1 充填主干管线安装 通过靠近卸料仓的两个地表钻孔将膏体 输 送 到井下。 北部 钻孔 以8 0 。 角 向北倾斜 ， 养护时问 ， d 图 2 膏体充填强度曲线 1 9 9 8年第 5期 维普资讯 而南部钻孔则以 7 0 。 角向南倾斜。每个钻 孔 都延伸到 3 2 5 m水平，且两钻孔相距 1 5 0 m， 以便增大膏体 充填 整个矿体的有效范围。每 个钻孔 的半径 为 5 0 0 m n ，扩大钻孔上 部 口 径使薄壁管能够套进去，即使在风化带也能 保证钻孔畅 通。从风化带 下部 7 5 m 处直至 3 2 5 m水平的钻孔 也进行了扩孔，以便另一 条薄壁管能够套进去。这后一段薄壁管的安 装是要保证大约一个月后，即厚壁铸管安装 到钻孔中前，保持钻孔的畅通。 地表的主要充填管线 由长度为 6 m～9 m 的 1 6 0 管道 以楔形焊接 而成。在安装到钻 孔中之前，先将短管焊接 成 1 5 m 长，用一 打桩架和若干个卡子将钻孔上部要焊接的管 道固定住，焊接前要进行热处理，每次焊接 平均要 4小时才能完成。 每个钻孔 管线 的总重量 为 5 2 t ，一旦管 线安装就位，就将 加固板一端焊接 在底板 上，另一端焊接在管道上，以保持在底板安 装之前 管道 处于原 位。一旦安 装好井下底 板，就将管道灌浆定位。在每一水平，利用 1 6 0 坡 口管道． 以法兰盘连接延伸到 3 2 5 m 水平。 目前，充填管线布置 系统从 3 2 5 m水 平分别延伸至 3 7 5 m水平和 4 0 0 m水平。 4 2 在各个水平的充填管线布置 每 个 水 平 都 安 装 管 径 为 2 0 0 mm 的 舯 管 道。 规 定 采 用 Vi c t u a l i c型快 速 接 头耐 压 管 以及 H P 7 0 ES 卡箍。其耐压能力测定为 1 0 MP a ，所有管道卡箍以及管道托 架都经过 电镀 处理。每段 6 m 长的 8 0 管沿着巷道顶板 中心线 用三个 托架悬挂起来。每个托架 由两根直 径为 2 5 mm树 脂锚杆 和两个 “ C” 型槽钢及锚杆组成。每当充填管线 经过水平拐角处时，还得对管道进 行侧 向加固。在 3 2 5 m水平， 由地 表延伸至此的钻孔出口处，安装了 国外金属矿山 流动／ 停止的多普勒 开关 以及应变仪。无论 是北部 的钻孔还是南部 的钻 孔一旦 发生堵 塞．信 号就 会 反 馈 到 充 填 站，于 是 采 用 6 ． 9 MP a 的高压清理机来疏通堵塞的管线。 沿着各水平每隔 5 0 m，就安装一些 “ Y”型 的侧 向构件 ，并摆放一段空管子 以备用高压 清理机时使用。 所有安装在井下的管线都要求采用标准 长度的管道和标准的弯管接头。井下管道标 准化保证了各个水平的任何管线无需做任何 调整便能完成井下管道的更换工作。采用标 准管道也简化了管道库存管理。管道长度都 是 6 m，弯头有 1 1 1 t 4 ’ 、2 2 1 ／ 2 ’ 及 4 5 。 三种规 格，这些部件都能按照要求焊接到任何管道 上 去 。 5 试 生产采场 膏体充填站 始建于 1 9 9 7年 7月， 1 9 9 7 年 1 2月竣工。该工程的施工 由联合建筑公 司、Mo n a d e l p h o u s 公司和南十字电器公司共 同承担。G o l d e r s膏体工艺公司在 生产流程 图方面提供帮助，并提供 了充填站设计 和充 填站的详细说 明，在建设及试生产期间，也 给 予了 援助。G o l d e r s公司承包 了 B l I P工 程，提供充填站控制软件程序，G o l d e r s 还 图 3 3 2 5 m水平膏体充填的排料情况 维普资讯 承包了 MAMI C ．提供结构及力学设计。 试生产 采 场 高 2 5 m．从 3 5 0 m 水平 到 3 2 5 m水平 ．1 9 9 7年 1 2月 1 0 ～2 1日，大约 2 4 0 0 0 t充填 料 输送 到 井 下试 验 采 场 图 3 。所布置的充填钻孔经试运行证 明非常成 功，其启动和清理都没有出现任何故障．试 运行 以后．充填站需要进一步的调整，在充 填站 内的各转运点要更好地防止泄漏。试产 期间从操作人员获取的信息表明．还应完善 进路通道和维修平台。降低生产费用具有潜 在售 勺 可能，因为试运行期间观察表明．不添 加絮凝剂就能获得要求的生产能力及经圆盘 过滤机过滤的滤饼浓度达到 8 5 ％。 充填 开 始时，先 向钻 孔 中输送 空气 及 水，以湿润光措充填管道壁。一旦管道壁充 分湿润 ．非胶结膏体送经搅拌机和钻孔，用 人工配料方式进行控制选择。只要充填料一 送到采场，膏体 充填站 就进入 自动配 料状 态．然后开始在采场以重量为 5 ％的水泥进 行胶结膏体充填。每间隔 4小时，要对螺旋 流量搅拌机进行冲洗，以保证搅 拌机和搅拌 机下面料仓内都不发生堵塞现象。为了避免 硬化的膏体流入管道造成潜在的堵塞，经常 性地冲洗螺旋流量搅拌机就显得非常重要 。 为 了节省构筑时间和费用．同时叉能承 受充填载荷，进行膏体充填时，有必要构筑 简单的隔离墙 在 3 5 0 m水平，采用废石 或 围岩构筑隔离墙，即沿着进路平巷堆放 5 m ～ 1 0 m宽的废石或围岩，并尽可能与巷遭顶 板之间接顶密实。曾在巷遭顶板与废石堆之 间．放置石膏袋以阻挡可能的充填料 泄漏。 原以为石膏袋能形成纤维水泥凝固 可是随 后并没有凝固．充填以后．实践表明．并不 需要纤维水 泥．有 些膏体的 确从小 隙缝 挤 出，然而这种现象并不十分明显。坎宁顿矿 的采场底部面积大约 2 5 m2 5 m，因此，要 使该采场的充填体每升高 l m．需要 花费将 近 1 2 2小时的时间。 6 结语 坎宁顿矿膏体充填的投产及早期生产业 已表明实现了充填站的各项设计指标以及 井下管线布置。设计允许适当地控制充填料 的塌落度．以便控制水泥用量，从而最大程 度地降低生产费用。采用螺旋流量搅拌机的 功率信号对塌落度进行标定，充填料无需真 空泵就能输送到井下。 目前正在研究开采顺 序及采场形状， 目的是使充填体所需水泥量 最小、充填暴露时间最短。 参 考 文 献 D 汕 R L F n 7 ．1 m．J B 越 d l 氐 E 】I 弼 5， i d “ * m 一 ， 叫 ． p P 6 4 8 2 ‘ Mc G r a w - H i ll N w Y o r k Go l d e r舡 1 L a b o r o fy l啪 L o o p T e s t i n g o f C⋯“ 舯 啦l T i l i a g s f o r S u ab il it y* a P B k fi l l Go l d e rs 话1 9 9 6 Ir e l i mi n a l3 E a g i r e e r i n g o f t h e C．n i n l g u n M， P a c Bk fi l l S kJ G 0 I ． I P 越 T h n o lc ．g y , 1 9 9 7 I ta i2 e d I s t g n o f Un d e r g n d Dis t r i h a l l o a S y u e m - C a a i n g to a Mi a e c 杨鹛 蔡嗣经 收稿 日期1 9 9 8年 7月 8日 智能型胶带输送机 ． 德国C o n t i T e c h公司已把射期识别技术的最新发展用于腔带输送机上。该公司把特别设计的只读 应答器、读／ 写应答器埋嵌在输送机腔带内，当输送机工作或停机时，利用这些埋嵌的应答器和固定 式 、移动式 发送机来 对输送机进行记录和逻辑跟踪 。如果在发送机内加入处理器和开关模块，埋嵌的 应答器会发挥多种控制功能，包括胶带特定段的精确定位、输送机的起动和停车，不同运行参数的电 子赋 值等 ．而且它也能收集停 车、停车 间隔 和其他性能特征 ，包括瞎损和探伤数据o c 蔡晓秀 苏悦 3 0 1 9 9 8年第 5 期 ， 维普资讯