編制說明-磷資源磷石膏充填技術規(guī)范--

1、貴州省地方標準磷資源開發(fā)磷石膏充填采礦技術規(guī)范/T ××××××編制說明貴州開磷集團股份有限公司中南大學2015.12目次1任務來源12編制標準目的和必要性13 編制過程14標準的主要內容與依據(jù)11范圍12規(guī)范性引用文件23一般規(guī)定24采礦系統(tǒng)布置35磷石膏充填系統(tǒng)36 采場充填87 磷石膏充填水質監(jiān)測85標準水平分析116標準作為強制性或推薦性標準的建議111任務來源×××××××下達×××號文件，委托貴州開磷集團股份有限公司、中南大

2、學負責起草磷資源開發(fā)磷石膏充填采礦技術規(guī)范。2編制標準目的和必要性為規(guī)范、推廣并發(fā)展磷礦山磷石膏充填技術，實現(xiàn)磷資源的綜合開發(fā)利用，降低資源損失率，減少地質災害與環(huán)境破壞，促進綠色礦山建設。根據(jù)磷礦山開采技術條件和回采工藝要求，合理選用磷石膏等充填材料、布置充填加工制備設施、設計磷石膏充填輸送系統(tǒng)、磷石膏充填水質監(jiān)測等，實現(xiàn)磷石膏資源的二次利用。3 編制過程編制單位貴州開磷集團股份有限公司、中南大學，按照任務計劃開展了國內外相關標準的檢索，對國家標準研究所、中國標準化出版社及標準咨詢網(wǎng)等相關標準進行了查詢工作。本標準參照及引用的相關標準有： 無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差（GB/T 173

3、95）、流體輸送用不銹鋼無縫鋼管（GB/T 14976）、工業(yè)金屬管道設計規(guī)范（GB 50316）、GB 3838 地表水環(huán)境質量標準、水質pH值的測定玻璃電極法（GB/T 6920）、水質氟化物的測定離子選擇電極法（GB/T 7484）、水質總磷的測定鉬酸銨分光光度法（GB/T 11893）等。另外還參考了金屬礦山充填采礦法設計參考資料、采礦設計手冊、現(xiàn)代采礦手冊等設計資料。4標準的主要內容與依據(jù)1范圍磷石膏，簡稱PG，其主要化學成分為CaSO4·2H2O，是工業(yè)濕法生產(chǎn)磷酸時產(chǎn)生的固體廢渣，生產(chǎn)1t磷酸大約產(chǎn)出4.55t磷石膏。近年來隨著高效復合肥工業(yè)的迅猛發(fā)展，我國磷石膏的年排

4、放量超過5000萬t，盡管磷石膏的利用途徑較多，但實際利用效果并不理想，我國磷石膏的資源化利用率很低，僅為4.3%4.5%。磷石膏由于含有磷及氟等較多有害物質，如果任意排放，會造成環(huán)境污染。筑壩堆存，不僅占地多、投資大、堆渣費用高，而且對堆場的地質條件要求高，長期堆積會引起地表水及地下水的污染。而采用磷石膏作充填料充填井下，不僅可提高磷礦資源回收率；而且可有效控制地壓，防止地表變形與下沉，減少磷礦空場法開采引起的地質災害與環(huán)境問題，開采資源開采貧化率等優(yōu)點,加之采空區(qū)可以用工業(yè)廢料磷石膏來充填,地面不需構筑大面積的磷石膏庫,從而可以很好地改善礦區(qū)周圍環(huán)境。目前國內用磷石膏作為骨料進行礦山充填的

5、例子并不多，對磷石膏料漿的充填材料選擇、料漿濃度與配比、料漿管道輸送特性研究等內容都鮮有資料可參考，另外磷石膏充填體滲濾水的水質情況未知，磷石膏充填體滲濾水隨充填時間的動態(tài)變化規(guī)律也未知，同時滲濾水對地下水體的影響也未做過相關的評價與標準。鑒于上述情況，有必要制定本規(guī)范，以便磷石膏充填技術的應用與發(fā)展，促進磷資源礦山的資源充分利用。本規(guī)范適用于磷石膏充填采礦法，可供磷資源礦山企業(yè)參考。2規(guī)范性引用文件規(guī)范中引用的文件對于本文件的應用是必不可少的，凡是注明日期的引用文件，僅注明日期的版本適用于本文件，凡是不注明日期的引用文件，其最新版本（包括所有修改單）適用于本文件。3一般規(guī)定3.1充填體要起到

6、如下幾個方面的作用：保護礦柱；減少圍巖的移動與地表的下沉；減少采場上下盤圍巖片冒；回采礦柱時要避免充填料的混入；充填體要支撐礦山地壓。3.2考慮到磷石膏充填采礦活動對附近地表及地下水體的影響，選擇以下指標作為主要監(jiān)測指標：pH、總磷、氟化物等。以上監(jiān)測指標均按照國家標準檢測方法進行。4采礦系統(tǒng)布置采礦系統(tǒng)的布置包括礦塊的采準、切割、回采等工程，這部分的內容在相關的采礦技術手冊與生產(chǎn)法規(guī)上都有詳細的敘述，所以本規(guī)范不再贅述。5 磷石膏充填系統(tǒng)5.1 充填料制備5.1.1 磷化工企業(yè)濕法生產(chǎn)磷酸的過程中會產(chǎn)生大量的磷石膏，磷石膏充填體流動性能強，管道輸送時漿體不易沉降，容易實現(xiàn)滿管運輸，輸送過程中

7、也不易堵管，管道磨損小，可作為充填骨料。粉煤灰SiO2含量高達52.42%，Al2O3達21.84%，具有一定的潛在膠結性能，可作為膠凝材料替代部分水泥，提高充填體后期強度。5.1.25.1.3磷石膏料漿的配比與濃度選擇是建立在詳細的實驗數(shù)據(jù)分析的基礎上的，以磷石膏為試驗原材料，做了磷石膏與普通硅酸鹽水泥膠結充填體強度實驗，結果分別列入表1。表1 磷石膏+水泥膠結充填體強度試驗結果序號灰料比濃度（%）抗壓強度(MPa)泌水率(%)7d14d28d90d11:6600.420.711.201.324.2621:8600.320.620.901.103.9331:10600.210.320.360

8、.874.2041:6630.550.821.291.563.9351:8630.400.681.021.342.4461:10630.270.430.691.022.87分析表1，可以得出以下結論：1）磷石膏充填體90天單軸抗壓強度一般不超過1.5MPa?；伊媳?:6、漿體濃度為60%的磷石膏膠結充填體體重為1.33t/m3，單位充填體水泥消耗達190kg/m3，按噸水泥價格300元計算，僅水泥一項，每立方米充填體成本即達57元。因此單純磷石膏與水泥膠結充填材料成本偏高。2）濃度越高，充填體強度越大。例如，如果漿體濃度由60%提高至63%，90天單軸抗壓強度可提高20%左右。但由于磷石膏膠結

9、充填體和易性強、粘性大，過高的濃度會使管道輸送困難。因此磷石膏膠結充填時最優(yōu)的漿體濃度為60%63%。因單一采用磷石膏與水泥制成的充填體強度不高且成本昂貴，又考慮到水煤灰也具有一定的膠凝性，所以考慮在磷石膏充填料漿中再加入粉煤灰。將水泥、粉煤灰、磷石膏按一定配比充分攪拌混和后，在不同齡期下測試其強度，結果如表2所示。表2 水泥+粉煤灰+磷石膏膠結充填體強度試驗結果序號水泥：粉煤灰：磷石膏濃度（%）抗壓強度(MPa)泌水率(%)7d14d28d90d111:1:6600.320.390.812.005.45121:1:8600.240.320.461.564.20131:1:10600.210.

10、300.441.38141:1:6630.440.690.992.79151:1:8630.330.480.721.72161:1:10630.330.410.641.54從表2中，可以發(fā)現(xiàn)：1）添加粉煤灰后，磷石膏膠結充填早中期強度并沒有提高，但其后期強度（90d）增加明顯，這是因為與水泥不同，粉煤灰在初期階段幾乎不發(fā)生水化反應或參與水化反應的程度較低，因而粉煤灰膠結充填體早期強度不高，粉煤灰的主要作用是提高充填體的終期強度。如水泥：粉煤灰：磷石膏=1:1:8的膠結充填體，與28d抗壓強度相比，其90d強度可以提高1.5倍至2.5倍；2）漿體濃度由60%提高至63%，單軸抗壓強度可提高10%

11、60%。3）水泥：粉煤灰：磷石膏=1:1:8的膠結充填體90d抗壓強度可達1.56-1.72MPa，滿足嗣后充填需要；另外，從圖1中可見充填體達到強度極限破壞后，仍可維持相對較高的殘余強度。綜上所述，磷石膏充填可選用的配比為水泥：粉煤灰：磷石膏=1:1:21:1:10，料漿濃度可在55%63%。圖 1 水泥：粉煤灰：磷石膏=1:1:6、漿體濃度63%的充填體應力-應變曲線5.1.4磷石膏充填體強度采用單軸抗壓強度表示，可在實驗室用標準試件進行測試，采用70.7mm×70.7mm×70.7mm或100mm×100mm×100mm試模，按7d、28d、90d

12、強度，每組3個試塊取其單軸抗壓強度的平均值。在現(xiàn)場取樣時，可在充填生產(chǎn)過程中于采場內預埋試模，按相應齡期取出試樣，同樣每組三個試塊為一組進行單軸壓縮試驗，對取得的單軸抗壓強度進行對比。采場充填時，可從采場充填管下料口位置直接取充填料漿若干，澆灌至置于充填采場附近的充填強度試模中，或者將試模置于采空區(qū)，充填料漿充滿試模，待充填結束料漿初凝后挖模脫模，試件繼續(xù)置于井下養(yǎng)護，待相應齡期后試件拿至地表壓力機上進行充填體強度實驗。根據(jù)表2所示的數(shù)據(jù)，濃度60%，粉煤灰、水泥與磷石膏配比1:1:10的情況下，充填體90d強度可達到1.38Mpa，而上述料漿濃度可在55%63%,故充填體90d強度不得小于0

13、.9Mpa。5.1.5據(jù)統(tǒng)計每生產(chǎn)1t磷酸就會產(chǎn)生5t磷石膏，然而這些磷石膏的利用率不到20%，大部分都是被堆放在堆場，所以可以直接利用這些堆場作為磷石膏的儲存地。而水泥作為膠凝材料因為暴露空氣中容易板結，所以需要另建水泥倉進行儲存。磷石膏堆場的有效容積是指磷石膏堆場應有的有效容積，也就是指按本充填系統(tǒng)所負擔的充填量，而要求磷石膏堆場具有的合理有效容積。它與充填制度、磷石膏的堆存和運輸條件、回采方案所要求的一次連續(xù)充填量等因素有關。水泥倉的有效容積應根據(jù)水泥的堆積角和陷落角來計算：式中：V料倉的有效容積，m3；K料倉的有效容積利用系數(shù)，一般可取0.9；某種型式的料倉由材料的堆積角、陷落角與倉壁

14、組成的各段理論有效容積，m3；水泥倉、粉煤灰倉的有效容積要保證滿足連續(xù)一次最大充填量是參考金屬礦山充填采礦法設計參考資料以及采礦工程師手冊。磷石膏充填料在雙螺旋攪拌機中充分攪拌是水泥、粉煤灰在葉片高速轉動時，其顆粒盡可能地水化吸收水量，同時生成的凝膠體盡可能能使料漿的黏度增加。但攪拌機不單是一個保證簡單的料漿濃度問題，對于高濃度料漿的攪拌桶，還需要注意密封筒身，抽風或排氣，增加進料口和清洗口，使用高強度和耐腐蝕的材料。5.2 充填料漿的輸送工藝5.2.1無縫鋼管強度較高且耐磨性好，但成本較高。普通鋼管成本低但是抗內壓強度低、耐磨性差，適用于短距離料漿輸送。管道具體材質類型的選擇要視礦山的實際條

15、件，綜合生產(chǎn)安全與經(jīng)濟合理進行選擇，結合礦山生產(chǎn)的實際經(jīng)驗，磷石膏充填料漿充填主要管道可選用無縫鋼管、充填支管為了便于拆卸可用普通鋼管（支管與充填采場下料口之間因為與外界相通可用PE管連接）。充填料漿的輸送還需要充填管件的協(xié)助，但充填管件的使用方法可參考其他類似礦山充填采礦法，故未在正文中再列章節(jié)敘述，常用的充填管件有：1. 短管。一種輔助管，大多是鑄鐵制成。短管管徑、管厚、接口均與干管之直管相同，一般安設與管路或三通管下端（直管之前）。2. 彎頭。在干管系統(tǒng)中有10°、15°、及30°三種。管路拐彎時，可通過幾個彎頭和短管及偏口組合而成。彎頭多用高碳鋼或鑄鐵制成

16、，外部厚度一般要比內壁大1.52倍。曲率半徑不可太小，一般為7001500mm。3. 三通。一般常用30°、45°兩種。4. 平口。制作材料為高碳鋼，其兩端直徑不等，一端較大，另一端較小，管壁厚度向小直徑端加厚。一般平口加在彎頭與短管之間，以減輕充填料漿對短管的磨損。平口壁厚磨損到6mm左右時，即應拆下更換。5. 偏口。高碳鋼制成，用來調節(jié)管道彎度，特別是30以下彎時，組合一部分偏口與短管即可解決。偏口夾角有3°、6°、8°三種，安裝方法與平口相似。6. 法蘭盤。鑄鐵和鑄鋼的法蘭盤多與充填管整體鑄造。由于充填管在磨損后需更換，故法蘭盤厚度和所用

17、的螺栓數(shù)量較通常的供水管為少。7. 伸縮管。在豎井主干管道安裝中，當有通向水平段的三通時，在三通和短管間可安設伸縮管。8. 掏泥管。常設置在水平管段、轉彎處以及易于堵管的地點，一般用鑄鐵管或鋼管制作。9. 安全閥。為了充填工作的安全，在通往充填工作面的支管上安設安全閥。10. 閘板。每一條注漿干管不允許同時向兩個充填工作面供料，閘板起切斷同時供漿的作用，它與常與安全閥一起使用。當向兩個工作面同時供料時，放下閘板，安全閥的一條通路即切斷，另一條通暢供漿。11. 管墊。管墊有油浸馬糞紙、木制的及橡膠制的。紙墊裝在采場管道內，充填過程中多不回收。膠墊多裝于主干管，一般用厚34mm軟膠板制成。12.

18、快速接頭。5.2.2通常采用礦山充填能力選擇充填管道的直徑（內徑），充填管道在工作時間內要足夠保證采場空區(qū)獲得足夠的充填料漿。但是磷石膏充填料漿輸送至采場形成充填體的過程中會發(fā)生泌水與沉降現(xiàn)象，也就是說實際形成的充填體體積要比事先由料漿體積估算的要小些。所以確定充填管的內徑，要考慮充填料漿泌水與沉降的影響，以及充填料流失的影響，確保充填的料漿能足夠充滿采場，即管道供應的充填料漿量要比實際采場需求量略大些，可以參考采礦設計相關資料進行估算。標準正文中的礦山充填能力與管道充填內徑的關系數(shù)值，是結合實際礦山的生產(chǎn)能力和管道選用情況，在年充填工作時間330天，一天充填工作12小時的背景下計算所得。5.

19、2.3充填主管是指位于豎井、斜井、石門等場所的主干管線，充填主管的壁厚為延長使用期限應適當加大些?；诓煌碚摚艿辣诤裼嬎愎接泻芏?，參考金屬礦山充填采礦法設計參考資料，對于充填料漿輸送管道壁厚的計算可用下式計算：(2)式中：t-管道公稱壁厚，mm；p管道允許最大工作壓力，Mpa；管道抗拉許用應力，Mpa，通常取最小屈服應力的80%；E焊縫系數(shù)；F地區(qū)設計系數(shù)；T服務年限，a；C1年磨蝕量，mm/a；C2附加厚度，mm；k壓力系數(shù)；D管道內徑，mm?；谏鲜?，以管道服務年限10年的時間為背景，可以計算出不同內徑范圍內的管道在不同的管內最大靜壓下的壁厚選擇范圍。5.2.6 管道防磨損措施是參考

20、金屬礦山充填采礦法設計參考資料以及深井礦山充填理論與管道輸送技術等資料。5.2.7 實際生產(chǎn)過程中，充填倍線是個經(jīng)常變化的值，但最大的充填倍線要滿足充填輸送要求，應采取措施盡可能做到滿管運輸。5.2.8 充填泵的選擇方法是參考充填采礦技術與應用上的工程實例以及金屬礦山充填采礦法設計參考資料上有關充填料輸送的相關內容。6 采場充填6.1采場充填前的準備工作在采場天井、小充填平巷或回采進路中運輸、吊放、安裝或維修管路時，因受斷面限制作業(yè)條件差，因此采場充填所架設的管道盡量重量輕、長度小，選用直徑為3 6吋管。同時由于采場充填工作面隨著回采的進行而經(jīng)常移動，故充填管的安裝、拆卸頻繁，并要求迅速完成，

21、因此，最好采用快速接頭。充填主干管要用專用的充填井架設。充填井的支護形式主要依穿鑿巖層的物理機械性質、井筒服務年限等因素而定，常用的支護方式有混凝土支護，在巖層堅硬的地方不需要支護。由于剛剛進入充填采場的充填料成似流體狀態(tài)，具有較強的流動性，所以需要砌筑擋墻將充填區(qū)與巷道隔離開來，一是防止料漿流失造成井下污染，同時，利用充填擋墻將充填料漿與相鄰工作面隔開，以免造成料漿涌入采場造成事故，造成礦石損失貧化；二是由于充填料漿下放到充填采場后，需要脫水，以使充填體盡快達到預期強度，所以充填擋墻應具有濾水作用。6.2采場充填礦房采場充填以及礦柱采場充填的配比是按照表2所得的充填體強度結果以及礦房充填強度

22、更高要求而來的。另外，整個采空區(qū)的充填流程是參考金屬礦山充填采礦法設計參考資料上有關采空區(qū)充填的敘述內容。7 磷石膏充填水質監(jiān)測依據(jù)不同的采礦方法、水文地質條件，結合當?shù)爻涮钏膶嶋H排放情況，選取最有代表性的取樣點、力求以最低的采樣頻次，取得最有時間代表性的樣品，達到反映環(huán)境區(qū)域受磷石膏充填活動影響程度和規(guī)律的目的。7.1樣品監(jiān)測項目參照國家標準GB 3838-2002 地表水環(huán)境質量標準，磷相關工業(yè)水污染物監(jiān)測指標，結合磷石膏的相關化學特性，選擇能反映磷石膏充填區(qū)域環(huán)境的污染特征，并且考慮實際采樣時的可行性和方便性，選擇以下項目進行監(jiān)測：pH、總磷、氟化物等。以下采樣方法和項目監(jiān)測方法也可按

23、照國家推薦的其他標準進行。表3磷石膏充填水質監(jiān)測指標和方法監(jiān)測指標監(jiān)測方法取樣及保存測定范圍國標編號注意事項pH玻璃電極測定法最好現(xiàn)場測定，否則采樣后應把樣品保持在0-4，并在采樣后6h之內進行測定0-14GB/T 6920總磷鉬酸銨分光光度法采取500mL水樣后加入1mL硫酸調節(jié)樣品的pH1，或不加任何試劑冷凍保存0.020 -1.00mg/LGB/T 11893含磷量較少的水樣，不要用塑料瓶采樣氟化物氟離子選擇電極法樣品用聚乙烯瓶采集和貯存，并且盡量現(xiàn)場測定0.05-1900 mg/LGB/T 74847.2 標準值磷石膏噸產(chǎn)品最大排水量按照磷石膏充填料漿泌水率10%計算，即100 m3/t（充填體）。磷石膏充填料漿進入井下后發(fā)生水化反應，會導致泌水水pH進一步上升，經(jīng)實驗室分析，充填泌出水pH約為11-13。所以建議企業(yè)在平硐出口設置污水處理系統(tǒng)對污水相關項目進行凈化處理，經(jīng)處理后水污染物排放濃度按排放方式應滿足受納水體對水污染物排放控制要求。7.2監(jiān)測點的布設7.2.1監(jiān)測點布設要求a) 監(jiān)測點須能反映礦山充填區(qū)域水系的環(huán)境質量狀況和質量空間變化；b) 為了解磷石膏充填區(qū)域水體未受人為影響條件下的水質狀況，需在研究區(qū)域的非污染地段設置水體背景值采樣點；c) 滲坑、滲井和固體