张马屯铁矿全尾砂胶结充填的试验研究.pdf

张马屯铁矿全尾砂胶结充填的试验研究 谢开维 X 何哲祥 长沙矿山研究院, 长沙, 410012 摘 要 针对济南钢铁集团总公司张马屯铁矿的矿石回采率低、 地表无处建尾矿库 等问题, 开展了全尾砂胶结充填试验研究, 并建成了我国第一座无尾矿库的金属矿 山, 使矿石回采率由60提高到80以上。 关键词 全尾砂 胶结充填 无尾矿库矿山 间柱回采 An Experimental Stydy on Cemented Filling With Full Tailings in Zhangmatun Iron Mine Xie K aiweiH e Zhexiang Changsha Institute of Mining Research, Changsha, 410012 AbstractAimed at the problems such as low ore recovery and no land for tailings pond construction in Zhangmatun Iron Mine of Jinan Iron and Steel Group, an ex- perimental study on cemented filling with full tailings has been conducted, and the first metals mine without tailings pond has appeared in China. T he recovery of ore has been increased from 60 to more than 80. Key wordsFull tailings, Cemented filling, No tailings-pond mine, Intervening pillar mining 1 前 言 济南钢铁集团总公司张马屯铁矿地处济 南市东郊, 地表系工业设施、 民用建筑及良 田, 采矿过程中不允许地表塌陷。 矿山曾先后 采用过水砂充填和块石充填, 但都存在着致 命的弱点, 即充填体呈松散状态, 只对围岩的 塌陷有支撑作用, 而空区之间的矿柱则因两 侧是松散充填体而无法回收, 矿石回采率只 有60 。 此外, 过去的矿石系直接入炉冶炼, 后来实行精料方针, 矿山建立了选厂, 但在距 矿区10km 范围内找不到建尾砂库的合适场 地。 为此, 在该矿开展了全尾砂胶结充填的试 验研究。 2 采场概况 试验研究工作在 F309采场进行, 该采 场能进行矿柱回采并便于检验充填体质量。 采场位于 7线至 8线、 - 300m 水平至 - 240m 水平之间, 垂直高度60m, 矿房长 47m 左右, 宽20m。 矿体上缓下陡, 平均倾角 45 , 采场内有一斜顶柱将采场隔成上下两部 分, 下部从- 300m 水平至- 252m 水平, 高 度48m, 上部从- 264m 水平至- 240m 水 平, 高度24m, 采用中深孔分段采矿法回采, 分段高12m。 第 18 卷 第 4 期 1998 年 8月 矿 业 研 究 与 开 发 MININGR 收稿日期 19971212 3 全尾砂胶结充填工艺 3. 1 充填系统 全尾砂胶结充填料制备站建在矿区内原 充砂井之上, 其充填料制备系统包括有4条生 产线, 即尾砂输送线、 水泥输送线、 供水线和 充填料制备线。 其充填工艺流程如附图所示。 附图 全尾砂胶结充填料制备站工艺流程图 1尾砂池 2抓斗 3贮料仓 4振动给料 机 5胶带输送机 6电子皮带秤 7高位 水箱 8涡街流量计 9电动套调节阀 10 水泥罐车 11水泥仓 12振动给料斗 13 电子螺旋秤 14螺旋输送机 15双轴搅拌机 16高速搅拌机 1 尾砂输送线。 抓斗吊车从尾砂池将 尾砂抓运到贮料仓, 然后由带破拱架的单台 板振动给料机将尾砂均匀地给到皮带输送机 上, 经微电脑多功能电子皮带秤自动计量后 进入双轴搅拌机。 2 水泥输送线。 来自水泥罐车的水泥 自动卸入制备站内 6m 的圆筒水泥贮仓 后, 仓底采用振动给料斗卸料, 经智能螺旋电 子秤自动计量后, 依次送至螺旋输送机、 双轴 搅拌机。 3 供水线。 充填料制备站生产用水系 采用清水泵取用井下排至地面水沟中的水。 先把水泵入容积为30m 3的高位水箱中, 再通 过给水管, 并经满管式涡街流量计计量后加 入到双轴搅拌机。 4 充填料制备线。 尾砂、 水泥、 水经计 量达到要求配比后, 先经双轴搅拌机进行初 步搅拌混合, 再经高速搅拌机进行强力活化 搅拌后, 输至采场充填。 3. 2 充填材料 充填骨料为选厂脱水全尾砂, 其平均含 水率为25. 7 、 比重2. 828t/ m 3, 粒度组成见 表1。 胶结材料为济钢水泥厂生产的425 硅 酸盐水泥, 充填用水为井下矿坑水。 表1 全尾砂粒度组成 粒径 mm 0. 175 0. 088 0. 074 0. 044- 0. 044 分计产率 3. 1515. 9514. 4526. 140. 35 累计产率 3. 1519. 133. 5559. 65100 3. 3 充填体强度的确定 由于张马屯铁矿采用分段空场法回采, 嗣后全尾砂胶结充填, 阶段高达60m。 回采间 柱时, 充填体暴露面积约为2000m 2, 要求充 填体自立性和抗爆破冲击的能力强。 参照国 内外类似矿山的经验, 确定张马屯铁矿全尾 砂胶结充填体的强度应为1. 0～2. 0MPa, 其 中矿房下部充填体强度应达到上限值, 并利 用下述经验公式进行验算。 H 2 aR3c 式中 H 胶结充填体矿柱的高度, m; Rc胶结充填体的设计强度, MPa; a经验系数, H 1000m 时, a 100。 取 H 60m, a 700, 则有 Rc 3 60 2 700 1. 726 MPa 上述验算证明, 张马屯铁矿全尾砂胶结 充填体强度确定为1～2MPa, 其中矿房下部 充填体的强度为上限值的设计是合理的。 3. 4 充填材料配比的选择 为了使充填体的强度达到1～2MPa, 在 室内进行了充填料配比的强度试验。 设计灰 砂比为14, 15, 16, 充填料浓度为54 ～ 65. 3, 试 块 采 用 7. 07cm 7. 07cm 7. 07cm的金属试模, 48小时拆模, 室温养护, 9 第4期谢开维等 张马屯铁矿全尾砂胶结充填的试验研究 按不同龄期对试块进行单轴抗压强度试验, 测试结果见表2。 根据试验, 认为充填料重量 浓度应大于60, 充填料灰砂比为14～16, 其中矿房下部为14, 上部为16。 表2 全尾砂胶结充填料室内配比试验结果 灰砂比 重量浓度 单轴抗压强度 MPa R60R130 1454. 00. 981. 08 1455. 20. 871. 05 1457. 00. 971. 26 1460. 01. 401. 57 1461. 41. 701. 86 1464. 51. 802. 38 1554. 50. 730. 89 1560. 00. 850. 96 1562. 71. 321. 59 1564. 31. 481. 71 1660. 00. 760. 85 1663. 61. 101. 35 1665. 31. 191. 43 3. 5 采场充填 充填之前, 首先在通往采空区的通道上 构筑挡墙, 并安装泄水装置, 在采空区上部通 道口安装充填管, 并在充填管进入采场前的 适当位置安装一个三通管, 并检查整个管路 是否畅通和泄漏。 当充填前的准备工作验收 合格后, 先向充填管内放水, 采场三通管见水 后, 通知制备站放砂充填。 充填完毕后要及时 放水冲洗管路, 以免下次充填时堵管。 充填前 的试管水及充填后的洗管水通过三通管排放 在待充填采场外面。 F309采场充填历时8个 月, 充填 空区24936m 3, 平 均水泥 单耗 为 190. 5kg/ m 3, 试 块 180 天 平 均 强 度 为 1. 42MPa。 3. 6 充填体稳定性检验 为了检验全尾砂胶结充填的可靠性, 对 F309 采场10 矿柱进行了回采。 10 矿柱高 60m, 采用中深孔分段法回采, 分段高12m, 回采矿柱宽5m, 采用 YGZ90型钻机凿扇 形炮孔, ZQ20型风动装岩机出矿, 回采矿 石23500t, 全尾砂胶结充填体暴露总高度 55m, 暴露面积1500m 2。 矿柱回采时, 充填体 不片帮塌落, 抗爆破冲击震动能力较强, 实现 了矿柱的安全回采, 各项技术经济指标达到 了设计要求。 4 社会效益与经济效益 济钢张马屯铁矿全尾砂胶结充填是利用 选厂粒度极细、 且泥化严重的全尾砂作充填 骨料。 解决了该矿因地处济南市郊、 场地狭 窄、 无处建尾矿库的实际问题。 矿山成为既无 尾矿库、 又无尾矿排放的金属矿山, 同时使间 柱得到回采, 矿石回采率可由现在的60 提 高到80 以上。 现张马屯铁矿保有矿石的工 业储量为2150万 t, 按提高回采率20 计算, 可多采出矿石430万 t, 按矿山年产50万 t 原 矿规模计算, 可延长矿山服务年限8年以上, 使投资效益得到充分发挥。 按该矿选矿回收 率算, 430万 t 矿石可选出铁精矿约260万 t, 与外购铁精矿相比, 自产精矿每吨至少便宜 80元, 因此可创效益2亿多元。 5 结 论 济钢张马屯铁矿全尾砂胶结充填的研 究, 解决了矿山选厂尾砂的排放问题, 实现了 矿柱回采, 矿石回采率将由60 提高到80 以上, 并实现了矿山采矿、 选矿、 充填三者互 为依托、 综合平衡的良性闭路循环, 使张马屯 铁矿成为我国第一座不建尾矿库、 不外排尾 矿的金属矿山, 开创了我国铁矿山合理使用 胶结充填法的先例, 同时为我国矿山环境规 划和综合治理提供了宝贵经验。 参考文献 1 杨伟忠. 控制矿柱破坏程度的爆破技术措施研究. 金属 矿山, 1994 3 2 祝绿发. 扇形中深孔爆破在锡矿山南矿的初步实践. 有 色矿山, 1993 2 10 矿 业 研 究 与 开 发第18卷