采矿充填技术在白银公司矿山应用实践及前景探讨.pdf

第 32卷第 3期 2010年 6月 甘 肃 冶 金 GANS U METALLURGY Vo.l 32 No . 3 Jun. , 2010 文章编号 1672 -4461 2010 03-0015-02 采矿充填技术在白银公司矿山应用实践及前景探讨 郭生茂 西北矿冶研究院, 甘肃白银 730900 摘要 介绍了白银公司矿山近年来在采矿充填工艺方面进行的试验与探索。对水泥尾砂自流胶结充填、 全 高 水速凝胶结材料自流胶结充填、 气泡全尾砂自流胶结充填工艺的试验与应用、 工艺特点、 技术的优缺点进行了简要 的阐述, 对今后充填技术在白银公司的应用及需要解决的关键技术进行了探讨。 关键词 充填采矿; 胶凝材料; 充填工艺 中图分类号 TD853. 34文献标识码 A Reserch onM ining Filling Technology Application Practice and Prospect ofBNMCM ine GUO Sheng-mao Northwest Institute ofM ining andM etallurgy, Ba iyin 730900, China Abstract This article describesm ining filling technology ofBNMCm ine in recent years . For the filling with ce ment and be - neficiation tailings ,the filling full high water -speed gel knot cementmateria, lthe filling bubble -w ide ce mented tailings test and application of technology , process characteristics, advantages and disadvantages are briefly described. The future technology in BNMC co mpanys m ining filling applications and the need to address the key technologies are discussed. K eyW ords fillM ining ;ce mentitiousmaterials ;filling process 1 充填技术的发展与沿革 随着采矿技术的发展、 矿产资源的匮乏及环保 要求的提高, 胶结充填采矿法应用日益广泛, 充填工 艺是充填采矿法的核心, 它经历了块石胶结充填、 分 级尾砂 即细砂 水泥胶结充填、 全尾砂水泥胶结充 填、 膏体泵送水泥胶结充填及高水速凝全水固化胶 结充填的发展过程。这些充填技术的发展进一步提 高了充填采矿效率, 但现有的充填技术仍存在着各 种各样的技术缺陷 如采用水泥自流胶结充填伴随 着大量的溢流水, 导致充填料离析、 矿区水污染严重 等问题的产生; 采用膏体泵送充填及高水速凝全水 固化胶结充填虽在一定程度上减少了溢流水, 但因 充填工艺复杂, 质量难以得到保障, 充填成本高等原 因, 应用的实例仍然不多, 未能大范围推广。 2 充填技术在白银公司矿山应用实践 白银公司拥有多座大中型矿山, 近年来小铁山 矿、 深部铜矿曾经进行过大量充填技术与工艺试验, 取得了一定成果。 2 . 1 水泥尾砂自流胶结充填 水泥尾砂自流胶结充填是应用最为广泛的一种 胶结充填技术, 也是目前小铁山矿采用的主体充填 工艺。小铁山矿现采用的采矿方法为上向进路式充 填采矿法, 主要充填工艺参数如下 骨料采用选厂分 级 全 尾砂, 胶结材料为普通 325 硅酸盐水泥, 充 填灰砂比为 1 4 1 10 , 充填料浆的重量浓度为 55 65 , 采用管路自流输送到采场。水泥尾砂 胶结充填试验取得成功后, 该工艺在小铁山矿得到 推广。该工艺在深部铜矿露天坑下部高应力区大跨 度空场嗣后充填采矿法中也进行了试验, 并取得了 成功, 但由于深部铜矿资源面临枯竭, 高品位矿石不 多, 加之白银公司尾砂不足, 以及水泥尾砂胶结充填 在技术上还存在一定弊端, 因此未能在深部铜矿得 到大范围推广和应用。 水泥尾砂自流胶结充填的主要优点是工艺简 单, 充填体质量比较稳定, 充填成本适中; 主要技术 缺陷包括以下几个方面 溢流水多 充填浆体含水量过大; 水灰比过 大, 超过水泥水化所需的数倍, 造成水泥水化强度严 重降低; 溢流水还造成巷道泥化、 片帮冒顶现象严 重。 充填效率低 有效充填体积只有 50 60, 40 50 以溢流水的形式流走。 充填体离析严重 由于充填体的含水率过高, 加之输送管道越来越长, 输送过程中材料离析严重, 致使充填体中水泥大量流失, 充填体质量差、 强度 低, 加大了矿石贫化。 自流输送的充填浆体流速快, 管内壁的摩擦 较大, 导致输送管的使用寿命缩短、 输送管的弯接处 易出现尾砂沉积堵塞管路现象。 水泥尾砂胶结充填系统见图 1 。 图 1 水泥尾胶结充填示意图 1 . 立式砂仓; 2. 水泥仓; 3. 水力旋流器; 4. 螺旋给料机; 5 . 冲板 流量计; 6 . 搅拌筒; 7. 电磁流量计; 8 . 浓度计; 9. 下料槽; 10 . 事 故池; 11 . 造浆泵; 12. 砂泵房; 13 . 渣浆泵 2 . 2 全 高 水速凝胶结材料自流胶结充填 全 高 水速凝复合材料也是一种固体水硬性 胶凝材料。该材料具有较强的固水能力, 材料水化 后形成水化产物的体积含水率可达 85 90 , 其 水化产物在如此高的含水率的情况下仍具有较高的 抗拉及抗压强度, 因此高水速凝材料也被称为 /点 水成石 0的神奇材料。其实全水 高水 速凝复合材 料与普通硅酸盐水泥、 高铝水泥、 硫铝酸盐水泥、 铁 铝酸盐水泥一样, 也可以称为水泥家族的一员。若 根据水化产物来划分, 它更接近于硫铝酸盐水泥, 两 者水化产物都是以高硫型水化硫铝酸钙 AFt和低 硫型水化硫铝酸钙 AFm 为其主要水化产物。全 高 水材料可以说是井下充填的一种较为理想的 胶结材料, 它可以固结全尾砂, 井下不需要脱水, 凝 结时间短, 该材料在小铁山矿进行了多次工业试验, 取得了良好的效果。 但全 高 水材料及高水材料也存在一些明显 缺陷, 其主要缺点是材料成本较高, 其次是材料对硫 铝酸盐水泥熟料质量要求严格, 由于硫铝酸盐水泥 熟料生产厂家少, 一些小厂生产的硫铝酸盐水泥熟 料质量不高, 导致全水材料性能大幅度下降, 材料质 量不稳定, 制约了全水材料的广泛应用, 因此未能在 小铁山矿得到成功推广。 2 . 3 气泡全尾砂自流胶结充填 气泡全尾砂自流胶结充填是将气泡轻质土与传 统的水泥胶结充填技术相结合的一种新型充填工 艺。它以全尾砂为骨料, 在用水量大幅减少的情况 下, 利用稳泡时间长、 大量细密而互不连通气泡群的 润滑作用, 使充填料浆的流动性提高、 输送管道的震 动及磨损减少, 采用气泡全尾砂胶结充填井下溢流 水、 充填料浆的材料离析及巷道泥化现象基本消除, 充填体的有效体积提高 25以上 即材料用量减少 25 以上 , 充填体的各项技术指标基本能满足充 填采矿法相关要求。该工艺有效地解决传统水泥尾 砂自流胶结充填法中流动性与用水量之间长期未能 解决的矛盾。气泡全尾砂自流胶结充填技术采用二 次搅拌工艺, 将水泥、 水、 尾砂进行一次搅拌, 然后添 加由发泡剂和稀释水经发泡枪产生的气泡进行二次 搅拌, 通过管道输送送至井下采场, 浇注充填采场。 发泡是将发泡剂按照一定的稀释及发泡倍率生成致 密、 直径 30 300 L m 且互不连通的气泡群。采用 发泡技术, 形成微小的气泡群, 可减少水泥、 尾砂、 水 的用量, 增强充填料的流动性, 解决巷道泥化问题, 减少充填管路堵管、 爆管问题, 可有效减少管道的振 动, 减少磨损, 提高管道使用寿命作用。 该充填工艺在小铁山矿于 2008年以来进行了 多次现场工艺试验, 取得了阶段性成果, 目前正在推 广试验阶段。 3 充填技术在白银公司矿山应用前景 探讨 充填采矿技术是一种资源回收指标高, 环境破 坏小的先进采矿方法, 其许多技术优点是其它采矿 方法难以比拟的。目前白银公司小铁山矿已使用充 填工艺多年, 取得了较好的效果。厂坝铅锌矿随着 开采中段的下降, 深部采矿工艺也将引入充填采矿 法。 采矿充填技术是以充填体结构力学、 充填材料 科学、 复杂多相流体管路输送技术等多学科知识为 基础的一门综合性应用科学, 其技术水平还处在发 展的初期阶段, 目前无论是在相关的基础理论研究, 还是应用实践过程中都存在着大量的空白与不足。 下转第 20页 16 甘 肃 冶 金 第 32卷 图 31082中段 73-79线采场上下盘分区回采方案图 待塌陷处理完毕, 上盘矿体采出矿结束后, 要及 时进行放顶, 对顶柱矿石进行充分回收。同时, 为维 护采场出矿结束后空场的稳定, 保证下盘矿体的安 全回采, 要及时崩落上盘围岩充填采空区, 完成采空 区处理, 维护地压稳定。 8 . 3用掘进废石充填采空区 目前李家沟矿区各中段均在进行开拓和采准施 工, 有大量的废石。如果能够部分利用李家沟矿区 井下掘进废石来充填采空区, 不但能够起到采空区 处理和地压维护的目的, 而且还能减轻李家沟矿区 提升压力, 缓解地表李家沟废石场容量小、 将来废石 无处排放的问题。 8 . 4间柱回收 李家沟 I矿体属中厚矿体, 矿块沿矿体走向布 置, 矿块长度达 90 m , 间柱宽度 12 m。但由于民 采空区的存在, 间柱不够完整。因此为维护采场地 压稳定, 对矿房间柱不予回收。 9结语 李家沟矿区民采空区众多, 且绝大多数为不 明空区, 因此要加强空区探测, 摸清空区的空间形 态, 采取相应措施, 严防再次发生采场塌陷。同时对 探测到的积水空区要有控制地放水, 严防突发性涌 水事故的发生。 李家沟 矿体中间有一宽 2 4m的夹石带, 在其两侧进行上下盘矿体回采时, 中间夹石将遭到 破坏, 混入矿石之中, 加大回采时的矿石贫化。因此 要进一步研究夹石剔除技术, 有效降低贫化率。 大量民采空区的存在, 使李家沟矿区长期存 在采场塌陷的安全隐患。李家沟 I矿体 1142中段 73 -79线采场塌陷的成功处理和安全恢复采出矿, 为今后预防和解决采场塌陷问题进行了有益的尝 试, 获得了较大的成功, 积累了宝贵的经验, 在同类 矿山中也值得推广应用。 收稿日期 2009 -11-20 作者简介 吴祎杰 1971年-, 男, 采矿助理工程师。 上接第 16页 针对白银公司矿山实际, 为更好的应用充填采矿技 术还需在以下几个方面的关键技术加大探索与试 验 气泡全尾砂自流胶结充填工艺中微气泡稳定 技术研究, 特别是提高长距离管路输送微气泡的稳 定性, 保证充填质量。 深井充填管路输送技术相关研究, 采用技术 措施保证充填浆体深井自流输送高效与可靠。 矿山低成本胶结材料研究, 合理利用工业废 渣, 降低充填材料成本。 随着充填采矿技术的不断发展与成熟, 充填采 矿技术必将为矿山高效低成本与可持续发展做出重 要贡献。 参考文献 [ 1] 彭续承. 充填理论及应用 [M ]. 长沙 中南大学出版 社, 1988. [ 2] 王绍周. 粉状物料的浆体管道输送 [M ]. 北京 海洋出 版社, 1993. [ 3] 汪 澜. 水泥工程师手册 [M ]. 北京 建筑工业出版 社, 1998. 收稿日期 2009 -11-20 作者简介 郭生茂, 男, 37岁, 采矿工程师, 1995年毕业于武汉化工学 院采矿工程专业。从事采矿科研与设计工作。 20 甘 肃 冶 金 第 32卷