上下向進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法試驗(yàn)研究

上下向進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法試驗(yàn)研究

云南興宏錦有限公司是一家大型聯(lián)合企業(yè)，通過(guò)勘探、開(kāi)采和精煉進(jìn)行著。這是中國(guó)重要的鉛、鋅、銅基地。礦山深部設(shè)計(jì)開(kāi)采范圍內(nèi)探明鉛鋅金屬儲(chǔ)量200多萬(wàn)t,礦體垂直埋深700~1200m,礦體走向長(zhǎng)度150~300m,厚度5~40m,傾角60°~70°,礦石鉛鋅品位為25%~30%,且富含銀、鍺、鎘等稀貴金屬,礦石價(jià)值高,是國(guó)內(nèi)乃至世界罕見(jiàn)的高品位特富礦。深部礦體的最大特點(diǎn)是礦巖破碎、原巖應(yīng)力大和存在巖爆的可能,因此,深部礦體開(kāi)采選擇采用上(下)向進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法。開(kāi)展全尾砂—水淬渣膠結(jié)充填技術(shù)研究的目的就是針對(duì)采礦方法的工藝技術(shù)特點(diǎn)及采礦方法對(duì)膠結(jié)充填體強(qiáng)度的要求,探尋經(jīng)濟(jì)合理的充填技術(shù)方案,并通過(guò)對(duì)全尾砂、水淬渣的資源化利用,實(shí)現(xiàn)礦山廢棄物的零排放和建成清潔綠色礦山。為此,礦山進(jìn)行了一系列的充填材料試驗(yàn),并研究確定了膏體充填技術(shù)方案。1填充材料1.1礦山尾礦庫(kù)和水淬渣場(chǎng)基本充填材料選擇的原則是就地取材、供應(yīng)充足、成本低廉和有利于礦山生產(chǎn)廢棄物的處理。云南馳宏鋅鍺股份有限公司一直沿用粗粒級(jí)碎石水砂充填采礦法,在50多年的生產(chǎn)過(guò)程中,礦山積存了60多萬(wàn)t的選礦尾砂和100多萬(wàn)t的煉鉛水淬渣,而且以每年25~30萬(wàn)t尾砂和水淬渣的排放量增加積存。大量的工業(yè)廢物堆存在地表,既占用了土地又對(duì)環(huán)境造成污染,同時(shí),受礦區(qū)地形的限制,尾礦庫(kù)和水淬渣場(chǎng)已無(wú)法擴(kuò)容,且礦區(qū)屬于長(zhǎng)江上游水土保持和環(huán)境保護(hù)區(qū),工業(yè)廢物排放和堆存受到嚴(yán)格限制。因此,選擇以全尾砂和水淬渣作為基本充填材料。1.2全尾砂—充填材料物理化學(xué)性能測(cè)試對(duì)選廠全尾砂和冶煉廠煉鉛水淬渣取樣進(jìn)行了充填材料物理化學(xué)性能的測(cè)試,測(cè)試的內(nèi)容包括:全尾砂、水淬渣基本物理力學(xué)參數(shù)測(cè)定;全尾砂、水淬渣化學(xué)成分分析;全尾砂全粒級(jí)激光測(cè)定;水淬渣粒級(jí)篩分測(cè)定;全尾砂沉降試驗(yàn);全尾砂—水淬渣不同配比充填料漿流動(dòng)性(坍落度)測(cè)定等。測(cè)試研究結(jié)果見(jiàn)表1~表4。2用漿砌石和填充體強(qiáng)度試驗(yàn)2.1膏體充填料漿流變模型膏體充填技術(shù)是國(guó)外在20世紀(jì)80年代初期開(kāi)發(fā)的礦山充填新技術(shù)。膏體充填是指具有良好穩(wěn)定性、流動(dòng)性的膏狀充填料在重力或泵壓作用下以柱塞流的形態(tài)輸送的充填作業(yè)過(guò)程。膏體充填料的流變模型近似于賓漢姆體,其流動(dòng)狀態(tài)是非牛頓流體結(jié)構(gòu)柱塞流。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的研究和經(jīng)驗(yàn),膏體充填料漿中-20μm顆粒的含量占重量比例的15%~20%,料漿坍落度在150~250mm。根據(jù)對(duì)全尾砂和水淬渣粒級(jí)分析測(cè)試的結(jié)果,在全尾砂中-20μm粒級(jí)占38.13%,當(dāng)全尾砂∶水淬渣=75∶25時(shí),全尾砂—水淬渣充填料骨料中-20μm粒級(jí)占22.88%,基本符合制備膏體充填料漿的骨料粒級(jí)組成要求。2.2全尾砂—充填料漿骨料配比確定根據(jù)全尾砂、水淬渣存量情況和全尾砂、水淬渣年產(chǎn)出量,從實(shí)現(xiàn)礦山廢棄物的零排放和建成清潔綠色礦山的基本原則出發(fā),計(jì)算全尾砂—水淬渣充填料漿經(jīng)濟(jì)合理的骨料配比應(yīng)為全尾砂∶水淬渣=70~75∶30~25。因此,確定以全尾砂∶水淬渣=70~75∶30~25為骨料配比進(jìn)行全尾砂—水淬渣膏體充填料漿及其強(qiáng)度試驗(yàn)。2.3尾砂水淬渣試驗(yàn)結(jié)果膏體充填料漿性能及充填體強(qiáng)度試驗(yàn)采用的全尾砂—水淬渣膏體料漿配比參數(shù)為灰砂比1∶4~1∶12,料漿濃度78%~82%(重量濃度),骨料配比為尾砂∶水淬渣=75∶25。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。從試驗(yàn)可以看出,灰砂比1∶4、1∶12時(shí),膏體料漿試塊的28d強(qiáng)度滿足采礦方法對(duì)充填體強(qiáng)度的要求,4d料漿凝固,膠結(jié)體具有一定的初期強(qiáng)度。3石膏泵環(huán)管試驗(yàn)3.1充填管路系統(tǒng)泵送環(huán)管試驗(yàn)系統(tǒng),根據(jù)國(guó)內(nèi)外礦山膏體充填的經(jīng)驗(yàn)和馳宏公司礦山膏體充填系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,泵送環(huán)管試驗(yàn)系統(tǒng)選用內(nèi)徑為?178mm、?150mm和?124mm的無(wú)縫鋼管,其管壁厚度分別為8mm、9mm和8mm。管道采用法蘭聯(lián)接,不同管道用變徑管(δ10mm、L400mm)過(guò)渡,配曲率半徑R600mm和R1500mm、R275mm的90°彎頭(壁厚δ10mm)。根據(jù)礦山膏體充填系統(tǒng)的特點(diǎn),環(huán)管試驗(yàn)系統(tǒng)中包含水平管道和上行垂直管道、下行垂直管道3種管道布置形式。同時(shí),為了考察不同材質(zhì)管道的阻力差異,在管路系統(tǒng)中布置了內(nèi)徑?150mm、管壁厚度15mm的內(nèi)補(bǔ)陶瓷管(陶瓷厚度5mm)(包括垂直管和水平管,配曲率半徑R275mm、壁厚15mm90°彎頭)。試驗(yàn)系統(tǒng)管路總長(zhǎng)度為220m(包括垂直管、水平管、變徑管和彎頭),布置2環(huán)。3.2環(huán)管試驗(yàn)全尾砂75%、水淬渣25%、灰砂比1∶4~12料漿環(huán)管試驗(yàn)結(jié)果,見(jiàn)表6。3.3管道阻力的變化(1)傳輸流量與管道阻力的關(guān)系環(huán)管試驗(yàn)數(shù)據(jù)表示,膏體輸送的管道阻力隨料漿流量的增加而直線增大,并且隨著濃度的變化而改變,見(jiàn)表7。(2)材料漿濃度對(duì)管道阻力的影響料漿濃度對(duì)管道阻力的影響十分敏感,膏體濃度增加1%,管道阻力增加50%~100%,特別是濃度較高的時(shí)候。(3)管道管道與管道阻力的關(guān)系在同一骨料配比的組方中,濃度、流量相同的條件下,管道阻力隨輸送管道直徑的減小而增大。3.4泵壓輸送的性能全尺寸膏體泵送環(huán)管試驗(yàn)考察了膠結(jié)充填料漿在管道中靜置一段時(shí)間后重新啟動(dòng)泵壓輸送的性能。全尾砂∶水淬渣為75∶25、灰砂比1∶8、濃度79.18%、坍落度25.2cm的膠結(jié)充填料漿,配制完成后,在管道中靜置13h能夠重新啟動(dòng)泵壓輸送,并在管道中再次靜置11h實(shí)現(xiàn)第二次啟動(dòng)泵壓輸送。4充填流量試驗(yàn)和環(huán)管試驗(yàn)(1)充填骨料配比。全尾砂75%+水淬渣25%,灰砂比:1∶4~16,充填料漿塌落度:20~25cm,充填質(zhì)量濃度:78%~82%,充填流量(流速):60m3/h~70m3/h,水平管道阻力0.4525×10-2MPa~1.4224×10-2M