尾砂胶结充填新工艺在武山铜矿的研究与应用.pdf

2 0 0 8 №3 铜业工程 7 文章编号1 0 0 9 3 8 4 2 2 0 0 8 0 3 - 0 0 0 7 - 0 3 尾砂胶结充填新工艺在武山铜矿的研究与应用 林国洪 江西铜业集团公司武山铜矿，江西瑞昌3 3 2 2 0 4 摘要为满足技改需求，扩大生产能力，武山铜矿的二期扩产设计采用下向分级尾砂胶结充填新工艺试验研 究，通过研究改进胶结充填工艺过程、取消钢筋混凝土人工假底、扩大回采断面来扩大生产规模，提高工作效率。 关键词大断面开采；尾砂胶结充填；工艺研究 中图分类号T D 8 5 3 ’ 文献标识码B 1 前言 武山铜矿原采用的钢筋混凝土假底下向进路式充 填采矿法为主，采场底板铺设3 0 0 r a m 厚的钢筋混凝土， 采空区用非胶结的分级尾砂和江砂进行充填，该工艺’ 工序多，采矿施工断面小，需使用大量的坑木作支护， 木材消耗量大，采矿断面小，生产效率低，采场顶板维 护困难，垮塌在_ 定范围还存在，安全生产压力大。为 取消钢筋混凝土假底，减少坑木消耗，扩大采矿断面， 提高采场单产能力，获取更大的经济效益，适应企业发 展要求和满足武山铜矿正在进行的5 0 0 0 t ／d 生产能力 技术改造，近年与相关科研院校进行技术合作，最终选 定大断面开采条件下尾砂胶结充填工艺采矿法，并在 试验采场进行了一系列的工艺试验研究和应用。 2 试验采场的工程地质概况 试验采场选在南矿带W 4 盘区一2 1 0 m 中段第 三分层以下，分层高度为3 m ，矿石以含铜矽卡岩 C u S K 为主，C u 品位为1 ．8 2 1 ％，矿岩中等稳固，矿 块长8 0 m ，水平呈“哑铃”状，平均厚度为8 1 2 m ， 矿体倾角7 2 7 5 0 ，上盘为花岗岩，很不稳固，下盘 为大理岩，稳固，局部有干溶洞。 3 充填新工艺试验过程研究与应用参数的 选择与确定 3 ．1 工艺研究与应用工作第一阶段 收稿日期2 0 0 8 0 9 0 3 本阶段试验在W 4 盘区一2 1 0 m 中段第三分层进 行，在保留原来充填体底部结构基础上着重对充填系 统运行、充填体性能、充填体的物料分布等情况进行 了解，设计采场充填的密闭墙结构，同时改进了充填 下料、排水方法。本次胶结充填试验工艺流程是对普 通胶结充填工艺进行了改进，其具体的流程为将选 厂送来的分级尾砂在充填站中通过振动筛将尾砂筛 分除杂物，然后利用皮带运输机运送到搅拌器中，水 泥通过螺旋给料器按设计量也输送到搅拌器中，同时 加入定量的水。搅拌后，进入充填管路输送到采空区 内。充填系统总体按7 0 ％的浓度 重量比浓度 进行 充填，采空区分上、下两个部分按不同的灰砂比进行 充填，灰砂比为充下部时按1 4 水泥2 0 ％ ；充上部 时按l 8 水泥l l ％ 。当下部充填到1 ．5 m 高 有假 底时取1 ．2 m 时，暂时停止充填。让采空区充填体的 浆料充分沉淀，然后进行排水，至混浊液面止；接着进 行上部充填充满采空区。充填前后，按正常情况放引 流水引流和清洗水洗管。充填工艺流程见图l 。 图l 充填工艺流程图 万方数据 8 铜韭．工程 2 ∞8 ≥晒3 3 ．2 工艺研究与应用工作第二阶段试验 本阶段在W 4 盘隧一2 1 0 m 中段第四分层进行， 在对第一阶段改进的充填工艺熟悉应用的基础上， 取消原来的钢筋混凝土人工假底，提出新的胶结充 填体底部工艺结构。同时对现场充填体进行取样并 测试其强度，为下一阶段回采断丽的设计提供依据。 技术要求如下。 充填镑 1 8 3 ．2 ．1 底部结构 本阶段取消铺底工艺震，在采用麦康公司提斑的 竖向布筋方式基础上，在底部增加一层钢丝髓，钢丝直 径5 m m ，网度l O O m mXl O O m m ；竖筋采用0 2 0 r a m 钢 簸，网度1 6 0 0 n , a nX1 6 0 0 m m ，竖筋长度1 8 0 0 r a m ，薅端加 焊1 5 0 m mX1 5 0 m r ax 5 m m 厚 的铁块，焊接应牢固，焊 接长度5 0 m m 。底部结构见图2 。 鳖筋 ．，厂 ， 铁块 ◇|氕 ，7 。l l 手j 、『m m ＼塑竺 1 5 01 1 1 1 1 “ 1 图2 胶结充填试验第二阶段底部结构 在第二阶段的试验巾发现，在胶结充壤过程中，叛，形成短的竖筋，将底部的薄层与上郄的充填体连 由于充填物料的沉降作用形成了水平的结构弱面， 接。在竖筋中部区域，有条件时 可利用钢筋搭接部 在充填站出现故障，充填不连续的情况下，结构弱面分 应多设短竖筋，短竖筋向上部分应大于5 0 0 r a m 。钢 表现戈其突熙。导致充填体下郝产生一层究填体薄筋与钢簏、钢簸与竖筋闻用扎丝绑李L 牢弱，竖筋的阙度 层，在下一分层开采时，出现脱层现象。从现场的脱 与规格和原来的锞持一致。经过成本核算，改进后的 层情况看，通常薄层厚度在1 0 0 2 5 0 m m 时，在自身 底部钢筋网比原先的钢丝网成本要低。这样，在一定 重量作用下易产生脱落。虽然在充填俸底郝镱设7 程度上既节约了成本又避免了安全隐患。改进屠翡底 钢丝网，但当充填体出现脱层现象时，由予钢丝网连部工艺结构已经在W 4 盘区- 2 1 0 m 中段第八矜层开始 接的强度低。在爆破后经常随脱层的充填体一同脱 ‘应用，从第九分层目前回采已经揭露出来的顶板来看， 落。对霞采工作造成了一定的安全隐患。为了进一 在局部充填不连续的鲍点，改进磊的底帮结构使充填 步提高充填体质量，改善下部的薄层充填体的脱层体底部脱层有所改善，保持了顶板充填体的完整性。 状况，降低充填成本，对第二阶段试验的充填过程及 底部结构改进后的工艺见图3 。 瘸郝结构进衙了改进。 首先，充填之前加强设备及管路的检查，确保在 充填时各种物料给料的连续性以及充填的连续性。 避免叠理因充填停顿禚导致充填体下部产生薄层的 充填体。同时要控制爆破顶眼与充填体的间距，顶 眼孔底距充填体距离不小于1 5 0 m m 。 其次，为了在充填体蠢现底部薄层时，改羲底帮的 整体性及强度，取消底部的钢丝网，改用a , O O r n mx 4 0 0 l l 搬网度的0 1 0 ～1 2 r a m 钢筋网，钢筋端部向上弯 图3 改进后的底都工艺结构 万方数据 2 0 0 8N 0 3 林国洪尾砂胶结充填新工艺在武山铜矿的研究与应用 9 3 ．2 ．2 充填体力学性能的测试 在取消原来的钢筋混凝土人工假底，对胶结充 填体底部工艺结构进行改进之后，为了了解下向胶 结充填新工艺试验下充填体的强度，获得新的胶结 充填体的力学参数，并为第三阶段回采断面的设计 提供研究依据，进行了充填体力学性能的测试。测 试步骤如下。 1 现场取样。在实验室加工制作现场取样的 模型，模型用P V C 管制作成空心柱体形状。管的内 径7 6 m m ，高度为1 5 2 m m ，厚度5 m m 。两断面打磨光 滑，保持平行。采场回采结束后，在砌筑密闭墙时将 制作好的模型固定于密闭墙内侧，上、中、下竖直方 向分别固定P V C 管模型，并做好标记。充填完成后 5 天在做好标记之处将墙体空心砖取出，然后通过 爆破的方法将预埋的充满充填体的P V C 管取出。 在井下温湿的条件下养护半个月后取回放人养护实 验室养护至2 8 天。 2 充填体试样力学性能测试。将现场所取得 的充填体试样带回到实验室经脱模、加工、打磨得到 标准的充填体试样，将该试样在岩石力学实验室进 行单轴抗压强度测试，得到充填体的物理力学参数， 最终得到灰砂比为l 4 的充填体平均单轴抗压强度 为4 ．1 7 M P a ，灰砂比为1 8 的充填体的平均单轴抗压 强度为2 ．9 2 M P a 。 3 ．3 工艺研究与应用工作第三阶段试验 经过第一阶段、第二阶段试验，下向胶结充填工 艺已经基本成熟，为了适应配合武山铜矿5 0 0 0 t ／d 生产能力技术改造，必须扩大回采断面来扩大生产 规模，满足技改需求。所以必须依据一定的理论知 识和前两个阶段的试验成果满足要求的最佳回采断 面及相应的采场工艺结构参数。 1 试验采场高度的确定。由于在前两个阶段试 验过程中，还没有对顶板充填体的变形、位移以及受力 状况进行监测与分析，所以对充填体受力变形规律不 是十分明确，因此本试验阶段依然保留木支护。矿山 井下用来支护的坑木高度为3 m ，考虑到支护难度，试 验采场的分层高度仍按原来的高度确定为3 m 。 2 试验采场宽度的确定。根据前两个阶段的 试验结果，并参照相关的理论知识可知采场回采过 程中，暴露的顶板充填体的变形呈梁弯曲状态，可以 利用梁理论进行分析。按梁理论，矩形充填体顶板 内最大拉应力为 盯一 3 q 矿1 2 号 1 其中仃一为充填体顶板最大拉应力；q 为充填 体承载层所承受载荷，q r h ；l 为回采断面宽度的 一半；h 为充填体承载层的高度；r 为充填体的容重。 经前面试验测得灰砂比为l 4 的充填体的单轴 抗压强度为4 ．1 7 M P a ，单轴抗拉强度一般为单轴抗 压强度的1 ／8 1 ／1 0 ，取保守值0 ．4 2M P a ，充填体 的容重取2 0 k N ／m 3 ，充填体承载层高度为灰砂比为 l 4 的充填体的高度，将以上数据带人公式 1 ，得 到回采断面宽度为2z 4 ．5 2 m 。由于公式 1 依据 纯梁理论来计算的，没有考虑到充填体中竖筋及底 部钢筋网的作用，所以按照计算得到的回采断面规 格反算顶板充填体的抗拉强度要小于充填体的最大 抗拉强度，因此，第三阶段试验回采断面的宽度可以 确定为5 m 。 3 竖筋高度的确定。第三阶段试验回采断面 的高度依然为3 m ，竖筋截面规格依然保持原来的 0 2 0 r a m ，由于回采断面的宽度扩大为5 m ，所以依然 可以根据卖康公司提供的断面高度为3 m 时竖筋高 度的计算公式来确定竖筋最终高度。 o ．5 2 公式 2 中的z 为回采断面的跨度，h 为竖筋的 高度。将数据带人公式 2 得到h 2 ．1 7 m 。 4 研究与应用主要成果 1 下向胶结充填工艺过程的改进提高了工作 效率，改善了充填体力学性能，保证了回采安全。 2 在大断面下进行回采，顶板充填体具有足 够的稳定性，灰砂比1 4 充填体作为承载层能够起到 人工假顶的作用。 3 大采幅下胶结充填体中的竖筋断面可以减 小，木支柱也可以减少。 4 大断面下充填体内钢筋配置得到了优化。 采用4 0 0 m m 4 0 0 m l n 网度的0 1 0 ～1 2 m m 钢筋网， 可有效控制应力集中、防止充填体人工假顶底部掉 块，增强抗拉性能。 5 回采断面的扩大提高了采矿生产能力，为 5 0 0 0 t ／d 的生产能力技术改造顺利实现提供了技术 保障。 通过本项目研究，改进了胶结充填工艺，将回采 断面从 3 3 m 2 扩大到 5 4 m 2 ，回采断面增加 了2 倍多，生产效率大幅得到提高。如何提高充填 接顶率，进一步扩大采矿断面，提高生产效率是我们 需要进一步研究的主要工作。 下转第1 9 页 万方数据 2 0 0 8N 0 3 景宇，王红征渣选精、尾矿浓缩溢流水沉降澄清试验研究与应用 1 9 厂总排的压力，而且弱碱性水中和了工厂的弱酸性 水，为全厂的环保达标提供了有利条件，更为渣选将 来的改扩建提供了依据。 6 结语 通过试验研究和应用，解决了精、尾浓密池溢 流水的澄清问题，使溢流水水质基本达到国家排放 标准。 溢流水的循环利用有利指标的稳定与提升，同 时还可降低药剂消耗。 根据铜矿物浮选特点，将矿浆p H 值调整至弱 碱性 p H 值8 - 9 ，有利于改善浮选效果。 实现了药剂的自动添加，做到了定点、定量，避 免了人工操作的失误，有利于浮选指标和溢流水质 的稳定。 AT e s tS t u d yo nS e t t l i n ga n dD e f e c a t i o no fO v e r f l o wf r o mS l a gP r o c e s s i n ga n d T a i l i n gT h i c k e n i n ga n di t sA p p l i c a t i o n J I N GY u ，W A N GH o n g z h e n g G u i x iS m e l t e r 五a n g x iC o p p e rC o r p o r a t i o n ，鼠谢3 3 5 4 2 4 ，J i a n g x i ，C h i n a A b s t r a c t T h i sp a p e ri n t r o d u c e sa t e s ts t u d yo ns e t 【l i n ga n dd e f e c a t i o no ft h i c k e n e ro v e r f l o wa n da p p l i c a t i o np r o c e s sa n da c h i e v e - m e n tm a d ei nt h es l a gp r o c e s s i n gp l a n t ． K e yW o r d s o v e r Ⅱo w ；d e f e c a t i o n ；a p p l i c a t i o n 上接第9 页 A S t u d yo nC e m e n t e dT a i l i n gB a c l 【n l lN e w P r o c e s su n d e rL a r g eS e c t i o nM i n i n g C o n d i t i o na n di t sA p p l i c a t i o ni nW u s h a nC o p p e rM i n e L I NG u o h o n g W u B h a nC o p p e r 胁聊五a n g x iC o p p e rC o r p o r a t i o n ，R u i c h a n g3 3 2 2 0 4 ，J i a n g x i ，C h i n a A b s t r a c t I no r d e rt om e e tt h er e q u i r e m e n to ft e c h n i c a lm o d i f i c a t i o na n dp r o d u c t i o nc a p a c i t yi m p r o v e m e n t ．at e s ts t u d yi sc o n d u c - t e di nW u s h a nC o p p e rM i n ef o rp h a s eI Ip r o d u c t i o ne x p a n s i o nb ya d o p t i n gu n d e r h a n dc l a s s i f i e dc e m e n t e dm i r i n gb a c k f i l lp r o c e s st Oi n - c r e a s ep r o d u c t i o ns c a l ea n di m p r o v ew o r k i n ge f f i c i e n c y ． K e yW o r d s l a r g es e c t i o nm i n i n g ；c e m e n t e dt a i l i n gb a c k f i l l ；p r o c e s ss t u d y 上接第1 5 页 每一条轮胎都存在花纹的磨损残留 深度极限。当花纹磨损到这一残留深度极限时，那 么这条轮胎就应该被换掉而不应继续使用。实验证 明，轮胎的花纹残留深度一般不能低于d O m m ，否 则，不论是轮胎的驱动力还是制动性能都要大大降 低，也极易发生打滑现象。 参考文献 [ 1 ] 韦立凡．堆积型铝土矿雨季路面防滑实践．金属矿山，2 0 0 5 ， 1 ． O nM e a s u r e so fP r e v e n t i n gS l i d eo fH a u lR o a di nD e x i n gC o p p e rM i n e Z H A N GZ a n h u a n g D e x i n gC o p p e rM i n eJ i a n g x iC o p p e rC o r p o r a t i o n ，D e x i n g3 3 4 2 2 4 ， a n g x i ，C h i n a A b s t r a c t A c c o r d i n gt oy e a r so fe x p e r i e n c e so fD e x i n gC o p p e rM i n ei nt h er o a dc o n s t r u c t i o n ，m a i n t e n a n c ea n dm a n a g e m e n t ，t h i s a r t i c l ea n a l y z e st h es l i d i n gl ℃a s o n o fh a u lr o a d 8c o v e r e dw i t hg r a v e l sf o rt h eU S eo fl a r g e s c a l et r u c k s ．p r e v e n t i o nm e a s u r e s 哦p u t f o r w a r da c ．，c o r d i n g l y ． K e yW o r d s o p e np i tm i n e ；g r a v e lr o a d ；s l i d ep r e v e n t i o n ；s a f e t ym e a s u r e s 万方数据 尾砂胶结充填新工艺在武山铜矿的研究与应用尾砂胶结充填新工艺在武山铜矿的研究与应用 作者林国洪， LIN Guo-hong 作者单位江西铜业集团公司武山铜矿,江西瑞昌,332204 刊名 铜业工程 英文刊名COPPER ENGINEERING 年，卷期20083 本文读者也读过10条本文读者也读过10条 1. 段龙银.彭小刚.Duan Longyin.Peng Xiaogang 武山铜矿下向胶结充填试验方案探讨[期刊论文]-铜业工程 20071 2. 林国洪.周瑞林.周斌.LIN Guo-hong.ZHOU Rui-lin.ZHOU Bin 武山铜矿分级尾砂胶结充填工艺成功改进与优化 实践[期刊论文]-铜业工程20094 3. 赵传卿.胡乃联.ZHAO Chuan-qing.HU Nai-lian 焦家金矿充填物料的颗粒级配优选研究[期刊论文]-矿冶 2008,172 4. 周瑞林.ZHOU Ruilin 分级尾砂胶结充填在武山铜矿的应用[期刊论文]-有色金属（矿山部分）2010,623 5. 邓代强.高永涛.姚中亮.吴顺川.朱伟亚.DENG Dai-qiang.GAO Yong-tao.YAO Zhong-liang.WU Shun-chuan.ZHU Wei-ya 水泥-分级尾砂充填材料渗透性能研究[期刊论文]-西安建筑科技大学学报（自然科学版）2009,415 6. 韩诗章 大庄子金矿充填尾砂量不足的解决途径[期刊论文]-采矿技术2002,23 7. 罗升.邓新发.LUO Sheng.DENG Xin-fa 国产陶瓷过滤机过滤分级尾砂试验研究[期刊论文]-矿冶工程2007,271 8. 吴已成.赵永和.WU Yi-cheng.ZHAO Yong-he 三中段开采在武山铜矿的研究应用[期刊论文]-铜业工程20093 9. 邓代强.姚中亮.杨耀亮.孟稳权.DENG Dai-qiang.YAO Zhong-liang.YANG Yao-liang.MENG Wen-quan 水泥-分级 尾砂充填料浆的凝结性能[期刊论文]-有色金属2008,603 10. 张义平.王永明.Zhang Yiping.Wang Yongming 非胶结尾砂自然安息角试验研究[期刊论文]-矿业研究与开发 2008,285 本文链接