小铁山矿充填工艺的应用优化与发展.pdf

第 32卷第 5期 2010年 10月 甘 肃 冶 金 GANS U METALLURGY Vo.l 32 No . 5 Oct . , 2010 文章编号 1672 -4461 2010 05-0075-03 小铁山矿充填工艺的应用优化与发展 赵天秀 白银有色集团有限公司 小铁山矿,甘肃白银730900 摘 要 本文针对小铁山矿充填系统设计及生产实际中存在的问题, 通过充填工艺的改进和参数的优化, 提高了充 填接顶率, 保证了充填质量, 确保了安全生产, 降低了矿石的损失和贫化, 避免了西部充填频繁爆管的发生, 降低了 充填成本, 提高了矿山的经济效益, 保证了矿山的持续、 稳定发展。 关键词 充填工艺; 优化与发展; 小铁山矿 中图分类号 TD853. 343文献标识码 A 1引言 白银公司小铁山矿是以生产铜、 铅、 锌多金属矿 石为主, 同时副产品金、 银等贵重和稀有元素的中型 地下矿山。矿区距市区 18 km。是白银公司的主体 生产单位之一。 1986年开始以上向式尾砂胶结充 填采矿法取代崩落法为核心的技术改造, 建成了尾 砂泵送工艺系统、 无轨设备运输系统; 目前, 小铁山 矿正处在良性发展的快车道上, 八中段以下的深部 开拓也在酝酿和准备之中, 前景十分乐观。 2矿山地质概况 小铁山矿属多金属黄铁矿型矿床。主矿体沿走 向长 800m, 斜长 600m, 厚度 1 45m不等, 平均厚 度 5. 5m, 倾角 60 o 80 o。矿床基本为一隐伏矿床, 矿体呈透镜状、 似层状。产出在强烈蚀变的凝灰岩 中, 所有矿体几乎相互平行沿片理产出。上盘为绿 泥石千枚岩, 有时为绿泥石片岩, 下盘为凝灰岩和石 英钠长斑岩。 矿石工业类型主要有块状矿、 浸染矿和黄铁矿 石三种类型。矿体开采技术特点显著 一是矿体形 态极为复杂, 矿体较分散, 厚度小, 多夹石。块状矿 主要呈条带状、 透镜状产出, 易钝化尖灭, 稳固性较 好; 浸染矿多分支, 复合膨胀狭缩和尖灭再现, 变化 大, 稳固性差。二是矿岩稳固性差。除下盘石英钠 长斑岩 MF 0 较稳固外, 上盘千枚岩、 绿泥石千枚 岩、 矿体母岩 -凝灰岩及浸染矿均不稳固, 易抽条冒 落。浸染矿与凝灰岩有一个共性, 就是遇水易膨胀 泥化, 稳固性急剧降低, 这是区别于其它矿山, 给矿 山生产造成很大影响的一个重要特性。三是矿区构 造应力显著, 水平向主应力大于垂直向应力, 最大应 力几乎与进路两帮正交, 这就使回采进路处于最不 利的受力状态下, 片帮、 冒落现象严重。 3采矿方法简述 由于矿岩不稳固, 小铁山矿经过多种方法试验 选择了机械化上向巷道式尾砂胶结充填采矿法。阶 段高度 60m, 分段高度 12 m, 分层高度 4m, 回采顺 序是下、 平、 上。采场沿矿体走向布置, 每 100 m 为 一个回采单元, 穿脉布置在采场中间。进路规格 4 m 4m 拱高 0 . 3 0 . 4 m, 略带弧形 , 进路采用 2 岩石 或氨油 炸药, 火雷管 - 导爆管分段微差起爆 2008年 7月以后由电子激发器替代火雷管起爆 , 实行光面爆破。从上盘至下盘逐条回采, 采用无轨 设备通过分层联络道卸入溜矿井。 4充填系统简介 4 . 1 充填材料 充填材料以尾砂作为骨料, 以水泥作为胶结剂。 骨料是白银公司铜选厂经脱硫和两段分级脱泥后的 尾砂; 胶结剂是白银公司银城水泥厂生产的 425 普 通硅酸盐散装水泥。 4 . 2 充填系统 合格的尾砂以 50 55 的浓度由白银公司 铜选厂附近的一泵站经 12. 7 k m 管道和两个油隔离 泵站泵送到输砂制备作业区制备站砂仓, 水泥由散 装水泥运输车从水泥厂运至制备站。制备站有两个 独立的制浆系统, 每个系统均由一个立式砂仓, 一个 水泥仓, 一个搅拌桶及仪表控制设备组成 图 1。 制备站系统均实行计算机计量和自动控制。尾砂和 水泥在搅拌桶内混合后, 经直径 175 mm、 深 161m 的钻孔和 1724三中段 800平巷 水平充填平巷的 铁管自流到下盘 800充填井, 然后将充填料输送到 待充采场。 图 1 充填系统示意图 5充填设计及存在的问题 5 . 1 充填设计 进路回采结束之后, 在进路口处架设木挡墙, 以 草袋作滤水层为内侧衬, 在挡墙外侧喷射一层 30 mm厚的水泥砂浆封闭挡墙两面及周围岩面, 溢流 槽置于中间。在进路顶板架设一条充填塑料管和一 条检查充填接顶质量的检查管, 充填管路出料口固 定于巷道顶板最高处且距进路端头 8 15 m, 充填 浓度 65 70 及 65 70m 3 /h的流量。充填灰砂 比可根据分层情况分别为 1 10 、 1 6 、 1 4 。每中段 第一分层充填灰砂比为 1 4 , 并铺设钢筋网, 第二分 层接顶 厚约 1m 灰砂比 1 4 , 其余为 1 6 , 以上各 分层接顶 1 4 , 其余部分灰砂比 1 8 。 5 . 2 存在的问题 经过矿山实践证明, 充填接顶率偏低, 一般在 50 60 左右, 空顶高度达 0. 5 0 . 7 m, 有些地 方达 1m以上; 五、 六中段西部充填频繁出现爆管现 象。这些问题的存在直接给矿山生产带来诸多困 难, 其主要表现在以下几个方面 充填空顶存在使相邻进路回采中顶板暴露面 积增大, 引起巷道片帮冒落, 安全状况恶化。 矿石损失、 贫化加大。为了回采安全, 相邻进 路需留一定保安矿柱, 导致矿石损失, 同时因片帮冒 落混入大量围岩造成矿石贫化。 上分层进路充填困难, 易发生跑浆、 漏浆现 象。 增加了采场充填次数, 影响了充填进度, 从而 影响回采速度, 影响矿山生产任务的完成。 频繁爆管威胁作业人员安全, 增加劳动强度, 造成井下环境污染, 增加了成本, 影响采场正常充 填, 从而影响矿山生产的组织与实施。 6充填工艺的优化与发展 6 . 1 充填工艺的优化 在充填工艺中, 密实接顶是巷道式充填法安全 生产需要解决的关键技术。接顶率高, 回采相邻进 路的安全性就高, 从而有利于减少支护量, 加快回采 速度, 降低损失、 贫化率。影响充填接顶率的因素很 多, 其中包括充填料浆的物理力学性质, 如浓度、 流 动性、 脱水性、 沉缩率等; 充填工艺和设施, 如充填管 布设, 充填次数与布浆顺序, 洗管水排放, 脱水方法 等; 进路顶板平整状况及进路长度等等。为此, 我们 通过工艺优化, 并采取相应措施提高了充填接顶率。 改变采场结构形式, /品 0字形布置采场穿脉 巷道 图 2, 利用上层穿脉向下充填。 图 2 /品0字形布置示意图 1. 上分层穿脉; 2 . 充填管; 3 . 待充进路; 4. 挡墙; 5 . 穿脉 这种采场形式的突出优点就是大幅度提高了充 填接顶率, 减少了转层时间。 多点下料, 分次充填。 对于较长的回采进路 35 m 以上 由于充填料 浆在流淌、 扩展和沉积过程中形成自流坡度, 沿进路 纵向出现充填体里高外低现象。为了最大限度消除 自流坡度的影响, 采取等积孔原理, 在进路内充填管 上钻凿不同密度的孔, 使料在整个进路同时下料, 达 到接顶目的; 或者采取爆破切管多点下料的技术措 施, 具体方法是 架管是在预切管点缠绕 8 10圈导 76 甘 肃 冶 金 第 32卷 爆索, 用导爆管引出墙外, 需要切管时用火雷管起 爆。国外断管的一般方法是在停充期间工人到进路 内进行拆管或锯管。现在小铁山矿安全状况好的采 场也采取这种方法。同时, 为了避免浆体侧压危及 挡墙稳固性, 减少充填体沉缩, 进路充填由一次改为 多次充填。根据生产实际确定最多充填次数不能超 过三次。 合理布设管路, 确保充填接顶。 最后一炮打完后, 沿进路顶板中线打好挂钩眼 并用水泥卷装上挂钩 现用短锚杆替代 , 架挡墙前 接好管子并吊挂在挂钩上, 挂钩间距 3 5 m。充填 管出料口置于进路端头 8 10 m范围内的顶板最高 处, 同时安设一条排气管和检查管, 以利充填接顶 图 3。 图 3 充填管架设示意图 1 . 挂钩; 2. 充填管及检查管; 3 . 挡墙; 4 . 穿脉 强化工程质量, 提高巷道平整度。 为了提高充填接顶率, 我们从巷道施工开始抓 起, 强化了工程质量, 采用光面爆破技术力求巷道的 平整, 减少凹凸度。 改进挡墙结构, 降低充填成本。 在生产实践过程中, 我们发现木挡墙有许多缺 点 材料消耗多, 成本高; 从木材准备到挡墙施 工工序复杂, 占用工时和人力多; 受木材长度限 制, 无法构筑过高或过宽的挡墙; 由于挡墙的立柱 和横梁需要坚实支撑点, 多进路回采时, 易造成穿脉 与进路交叉处面积暴露过大, 造成安全隐患。为了 克服这些缺点, 后来采用空心砖挡墙 砖木挡墙 代 替木挡墙。经过实践, 挡墙强度满足充填要求, 且架 设方便, 降低了成本, 取得了显著经济效益。 合理移动充填井位置, 减少爆管现象。 鉴于七、 八中段矿体向西偏移, 加之越往下充填 压力越大, 为了减缓压力, 把七、 八中段充填井通过 在 1560水平铺设一条水平管路由原来的 800井移 到 1000井, 减缓了充填料对管壁的压力, 起到了释 压的作用。 6 . 2 充填参数的优化 为了确保充填接顶率和充填质量, 杜绝西部频 繁爆管现象的发生, 以达到高效、 低耗之目的, 我们 对充填灰砂比、 浓度、 流量等参数进行了合理的调 整。 灰砂比优化。 灰砂比是直接影响充填体强度的一个重要参 数。灰砂比大, 充填体强度高, 但水泥用量大; 反之, 则相反, 但满足不了安全生产的需要。为了满足采 矿方法对充填体强度的要求, 即表层 接顶 1 2 MPa , 第一分层 2 3MPa , 其余为 0 . 5MPa 。经室内 实验及现场实践确定灰砂比为 1 4 、 1 6 、 1 8 、 1 15 四种。1 4充填料用于每中段第一分层, 与钢筋网 一起形成人工假底, 以确保下中段回采到下分层时 的安全。经过实践发现, 由于 1 4水泥用量太大, 水 泥运输车拉运不及, 后改为每中段第一分层先按 1 4充填, 充到 1 m 以上改为 1 6充填。每分层上部 400 500 mm 的一层充填体也用 1 4充填, 以利铲 运机作业。大部分用 1 8充填, 对于单进路或多进 路回采最后一条则用 1 15的胶结充填料或非胶结 的水砂充填料 表 1。 表 1 不同灰砂比试件力学参数 灰砂比力学参数371428 内摩擦角 – 。 20 . 620. 62121 . 3 1 15 内聚力 CMPa0 . 060 . 0750. 0810. 095 单轴抗压强度 RMPa0 . 170 . 2200. 240. 28 弹模 EMPa2 . 785. 757. 278. 59 内摩擦角 – 。 19 . 821. 121. 821 . 9 1 8 内聚力 CMPa0 . 1310 . 1550. 1690. 233 单轴抗压强度 RMPa0 . 3750 . 4530. 1980. 389 弹模 EMPa8 . 349. 9111. 5718 . 34 内摩擦角 – 。 19 . 323. 126. 030 1 4 内聚力 CMPa0 . 4650 . 5350. 5790. 782 单轴抗压强度 RMPa1 . 3101. 621. 852. 710 弹模 EMPa32 . 8538. 1534. 3252 . 17 浓度与流量的优化。 充填浓度和流量是保证顺利输送和确保充填体 强度的关键指标。实践表明, 高浓度、 低流量能得到 高质量的充填体。但浓度过高, 料浆输送阻力加大, 压力损失急剧增长, 导致输送能力减弱。过低, 造成 充填体脱水时间过长, 水泥易离析, 影响充填体质 量; 流量过大, 不仅因出料口端扰动加剧, 影响充填 体质量, 增加管流摩擦阻力, 而且增大对管壁压力, 易造成爆管; 流量过小, 采场充填能力低。因此合理 选择浓度、 流量尤其重要。经过实践及参考其它矿 山经验的基础上确定合理充填浓度 65 70 , 充 填流量 950以东 65 68 m 3 /h, 950以西流量, 五中 段 60 63m 3 /h , 六中段 55 60m 3 /h , 七、 八中段 65 68 m 3 /h 。 新型充填材料在小铁山矿充填中的试验。 上向式胶结充填法的应用, 应该说给小铁山矿 下转第 86页 77第 5期 赵天秀 小铁山矿充填工艺的应用优化与发展 废水中仅 Pb 2 超标, 其他重金属离子均达到排 放标准, 方案一比较简单易行。如有其他污染物超 标, 方案一就不适合, 可采用方案二。 4结语 陇南洛坝铅锌矿对选矿废水实施了许多治理措 施, 并进行了综合利用, 不断降低废水排放量。在不 同阶段对选矿生产起到了一定的积极作用, 但是, 这 些方法都不能从根本上彻底解决问题。随着环保形 势日益严峻, 环保部门提出了 /零排放 0的目标。回 水的反复循环使用, 有害离子不断累积, 直接影响着 选矿生产, 因此, 我们需要一个从根本上解决问题的 方案。不管用何种方法处理污水, 加强生产管理都 是很必要的, 杜绝跑、 冒、 滴、 漏, 杜绝随意放矿, 提高 选矿回收率等都是关键所在。任何一个环节管理不 严都会给环保工作带来层层障碍。 参考文献 [ 1] 张福有, 等. 矿山环境工程学 [M ]. 陕西 陕西科学技 术出版社, 1986. 01. [ 2] 胡为柏. 浮选 [M ]. 北京 冶金工业出版社, 1989 . 10 . 收稿日期 2010 -04-13 作者简介 李晓玲 1970-, 女, 甘肃天水人, 讲师。主要从事分析化 学教学与研究。 上接第 77页 带来了翻天覆地的变化, 极大的提高了矿石的综合 品位, 降低了损失和贫化率, 提高了矿山的经济效 益。但充填溢流水的排出, 不但影响充填体质量及 接顶率, 而且造成巷道污染及巷道安全, 对设备的运 行造成极大的危害, 还造成大量的粘矿堵塞溜井和 选矿矿仓, 给生产组织带来极大的困难, 也造成了安 全隐患。因此小铁山矿与西北矿冶院进行了全水速 凝材料的试验, 取得了一定成果, 具有无溢流水、 充 填接顶率高等优点。但由于该工艺复杂, 操作技术 难度大, 工作强度较高, 而且成本偏高, 此项技术未 能推广应用。目前又与华鑫博越国际土木建筑工程 技术 北京 有限公司合作研究推广气泡轻质土技 术, 现在已经取得了阶段性成果。此技术的优点是 充填浆自流性好、 接顶率高、 无溢流水、 环境污染小、 施工简单、 充填体强度高、 自立性强、 膨胀率大, 大大 提高了充填效率, 降低了成本。如果此项技术在小 铁山矿取得成功, 将极大的促进小铁山矿的发展, 前 景十分乐观。 7结语 通过生产实践表明, 通过对充填工艺的改进和 参数的优化, 在技术上是可靠的, 经济上是合理的, 取得了一定的经济效果。 充填接顶率由原来的 50 提高到 95 左右, 基本上达到了密实接顶。 降低了损失和贫化率, 提高了经济效益。 提高了相邻进路的回采安全, 确保安全生产。 保证了充填体质量, 确保了无轨设备的安全 运行, 杜绝了西部频繁爆管现象的发生。 减少了水泥和木材消耗, 降低了生产成本。 随着科学技术的进步, 新型材料在小铁山矿 的广泛试验与推广应用, 将为矿山带来更大的经济 效益和社会效益。 收稿日期 2010 -09-03 作者简介 赵天秀 1972 -, 男, 1996年毕业于南方冶金学院采矿工 程专业, 采矿工程师。现从事管理和采矿技术工作。 86 甘 肃 冶 金 第 32卷