金屬礦山充填的意義、充填方式選擇【精品PPT】

1、金屬礦山充填的意義、充填方式選擇金屬礦山充填的意義、充填方式選擇及典型應(yīng)用實例及典型應(yīng)用實例 1、充填采礦法的意義、充填采礦法的意義 充填采礦法是在礦產(chǎn)資源的地下開采過程中，隨著礦充填采礦法是在礦產(chǎn)資源的地下開采過程中，隨著礦石的采出，井下采空區(qū)用具有一定物理力學(xué)性能的材料進(jìn)石的采出，井下采空區(qū)用具有一定物理力學(xué)性能的材料進(jìn)行及時填充，從而一方面對采空區(qū)圍巖提供支撐，另一方行及時填充，從而一方面對采空區(qū)圍巖提供支撐，另一方面為相鄰礦體的開采提供條件的一類采礦方法。充填法與面為相鄰礦體的開采提供條件的一類采礦方法。充填法與崩落法或空場法相比，具有明顯的甚至是本質(zhì)的區(qū)別。采崩落法或空場法相比，具有

2、明顯的甚至是本質(zhì)的區(qū)別。采用充填采礦法的意義主要體現(xiàn)在以下幾個方面：用充填采礦法的意義主要體現(xiàn)在以下幾個方面： 可為礦床開采的整體安全提供支撐。可為礦床開采的整體安全提供支撐。 地下資源的開采對地下原有物質(zhì)組成形態(tài)、原巖應(yīng)力場、地地下資源的開采對地下原有物質(zhì)組成形態(tài)、原巖應(yīng)力場、地下水流場等不斷進(jìn)行破壞并達(dá)到新的平衡。當(dāng)這一過程在設(shè)定控下水流場等不斷進(jìn)行破壞并達(dá)到新的平衡。當(dāng)這一過程在設(shè)定控制范圍內(nèi)時，其生產(chǎn)過程是安全的。但這一過程一旦失控，則將制范圍內(nèi)時，其生產(chǎn)過程是安全的。但這一過程一旦失控，則將發(fā)生諸如冒頂、突水、地表塌陷、泥石流或地表水涌入井下、大發(fā)生諸如冒頂、突水、地表塌陷、泥石流或

3、地表水涌入井下、大規(guī)模地壓活動等安全事故。這些安全事故的發(fā)生均與采空區(qū)的存規(guī)模地壓活動等安全事故。這些安全事故的發(fā)生均與采空區(qū)的存在具有密切的聯(lián)系。如對采空區(qū)進(jìn)行高質(zhì)量充填并充分接頂，上在具有密切的聯(lián)系。如對采空區(qū)進(jìn)行高質(zhì)量充填并充分接頂，上述安全事故可得到有效的防控。述安全事故可得到有效的防控?？捎行У乇Ｗo(hù)礦區(qū)及周邊生態(tài)環(huán)境。 對采空區(qū)進(jìn)行高質(zhì)量充填并充分接頂，礦區(qū)地表可得到有效保護(hù)。尾砂或廢石是礦山首選的充填料，所以充填采礦法還給尾砂及廢石等提供了最為有效的大宗資源化綜合利用途徑，可大幅度降低尾砂及廢石堆放占地，減少對礦區(qū)及周邊環(huán)境的污染和破壞。在尾砂產(chǎn)率較低的條件下（35%），還可實現(xiàn)尾

4、廢零排放。地下礦產(chǎn)資源可得到充分回收利用。 充填采礦法可適用各種不同的礦體賦存形態(tài)及復(fù)雜的開采技術(shù)條件，從而最大限度地回收地下礦石資源。與崩落法相比，充填采礦法可降低礦石損失及貧化1015%以上，與空場法相比，充填采礦法可降低礦石損失2030%。對于高品位及高價值礦床，采用特殊的采礦方法及高質(zhì)量充填，可使礦石回收率達(dá)到95%以上。 可提高礦床開采全過程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 礦石回收率的提高可延長礦山服務(wù)年限，從而提高整體礦床開采的總經(jīng)濟(jì)效益。礦石貧化率降低可提高礦石入選品位及精礦產(chǎn)量，從而提高礦山年度經(jīng)濟(jì)效益。 隨著國家對安全生產(chǎn)及礦山環(huán)境保護(hù)要求越來越嚴(yán)格，充填采礦法運(yùn)用越來越普遍。同時通過幾十

5、年的研究開發(fā)及生產(chǎn)實踐，各種高效的采礦方法及裝備、各種充填工藝已在不同類型的礦山得到應(yīng)用并取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)及社會環(huán)境效益。充填采礦法正從高品位及高價值礦床向一般金屬礦山甚至非金屬礦山（如貴州開陽磷礦、湖北荊襄磷礦等）推廣。2 2、充填方式選擇及充填系統(tǒng)設(shè)計要素、充填方式選擇及充填系統(tǒng)設(shè)計要素 關(guān)于充填材料及充填方式目前國內(nèi)外還沒有統(tǒng)一的分類方法，一般可按以下要素分類： 是否添加水泥或其它膠結(jié)劑：膠結(jié)充填或非膠結(jié)充填； 所用的充填材料粒徑： 細(xì)集料或粗集料充填； 充填料漿制備方式： 連續(xù)制備或批量制備； 充填料輸送方式： 管道輸送或非管道輸送； 充填料漿在管道及采場的性態(tài)： 兩相流輸送、結(jié)構(gòu)

6、流輸送、膏體輸送； 根據(jù)充填料漿輸送動力來源：自流輸送或泵壓輸送 國內(nèi)外礦山條件千差萬別。對于某一特定礦山而言，則必須根據(jù)自身的內(nèi)外部條件進(jìn)行相關(guān)試驗及綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后選擇充填材料并采用合適的充填方式。充填方式選擇及充填系統(tǒng)設(shè)計必須滿足以下要求：充填系統(tǒng)能力滿足礦山生產(chǎn)能力要求。 對于采用充填采礦法的礦山，充填是礦山必不可少的主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)之一，為了保證礦山均衡生產(chǎn)，必須做到采充平衡。一旦采充失衡或充填欠帳，將使待充空區(qū)體積增大，從而帶來一系列生產(chǎn)、安全、地壓管理等問題，所以充填材料及充填方式的選擇必須滿足礦山生產(chǎn)能力要求。充填質(zhì)量滿足采礦方法要求。充填質(zhì)量滿足采礦方法要求。 充填質(zhì)量及充填體

7、強(qiáng)度與眾多因素有關(guān)，不同采礦方法對充填體充填質(zhì)量及充填體強(qiáng)度與眾多因素有關(guān)，不同采礦方法對充填體強(qiáng)度要求差別極大。對于礦巖穩(wěn)固性差、礦石價值高的礦山，往往強(qiáng)度要求差別極大。對于礦巖穩(wěn)固性差、礦石價值高的礦山，往往采用礦石回收率高但對充填質(zhì)量要求也高的采礦方法，如上向進(jìn)路采用礦石回收率高但對充填質(zhì)量要求也高的采礦方法，如上向進(jìn)路充填采礦法、下向進(jìn)路充填采礦法等。在常規(guī)的充填方式無法滿足充填采礦法、下向進(jìn)路充填采礦法等。在常規(guī)的充填方式無法滿足要求時，則必須研究采用新的充填材料及充填方式，如尾砂充填強(qiáng)要求時，則必須研究采用新的充填材料及充填方式，如尾砂充填強(qiáng)度難于滿足下向進(jìn)路充填采礦法要求時，則可

8、在充填料中添加破碎度難于滿足下向進(jìn)路充填采礦法要求時，則可在充填料中添加破碎廢石、戈壁集料等粗集料提高充填體強(qiáng)度，由兩相流充填改為結(jié)構(gòu)廢石、戈壁集料等粗集料提高充填體強(qiáng)度，由兩相流充填改為結(jié)構(gòu)流或膏體泵送充填以提高充填料漿濃度等。流或膏體泵送充填以提高充填料漿濃度等。充填成本合理。 對一般礦山而言，充填成本占采礦成本的1525%，目前大型金屬礦山充填運(yùn)營成本為60100元/m3，但對于高質(zhì)量充填礦山（下向進(jìn)路采礦法），充填成本可占采礦成本的2540%，達(dá)120140元/m3。管理簡單、方便。 礦山充填系統(tǒng)與選廠尾砂處理方法、尾砂量的平衡及尾礦庫設(shè)計、井下采礦方法等礦山主體生產(chǎn)環(huán)節(jié)及設(shè)施關(guān)系密切

9、，所以在設(shè)計初期必須統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一布置。在礦山正常生產(chǎn)過程中，充填系統(tǒng)需工藝暢通，運(yùn)行平穩(wěn)，以達(dá)到管理簡單、方便的目的。3、國內(nèi)典型充填系統(tǒng)介紹及生產(chǎn)運(yùn)用概況、國內(nèi)典型充填系統(tǒng)介紹及生產(chǎn)運(yùn)用概況（1）南京鉛鋅銀礦）南京鉛鋅銀礦（2）安徽霍邱地區(qū)低品位鐵礦）安徽霍邱地區(qū)低品位鐵礦（3）甘肅金川集團(tuán)公司二礦）甘肅金川集團(tuán)公司二礦 （1 1）南京鉛鋅銀礦）南京鉛鋅銀礦全尾砂結(jié)構(gòu)流體膠結(jié)充填全尾砂結(jié)構(gòu)流體膠結(jié)充填 該礦地處南京市郊著名風(fēng)景區(qū)棲霞山，距南京市區(qū)19公里，距長江1.5km，滬寧鐵路線通過礦區(qū)，棲霞大道直達(dá)礦區(qū)。礦床位于棲霞鎮(zhèn)及九鄉(xiāng)河正下方。棲霞鎮(zhèn)居民密集。九鄉(xiāng)河最大洪峰流量為200300m

10、3/s。是典型的三下開采礦床。 目前該礦保有礦石儲量約650萬t，礦石品位鉛3%，鋅5%，同時礦石中還含有銀、硫、錳、鐵等多種有用成分，礦石價值較高，資源條件優(yōu)越。礦山采選生產(chǎn)能力35萬t/年。 礦山采用平峒豎井開拓， -525m及-575m為目前開采主要中段。目前主要采用點(diǎn)柱分層充填法。 在項目研究過程中，先后進(jìn)行了以下實驗室試驗研究： 進(jìn)行了全尾砂基本物化性能參數(shù)測定及配比強(qiáng)度試驗。全尾砂粒徑-20m含量達(dá)到45.1%，但不同配比參數(shù)的試塊均凝結(jié)硬化正常。 進(jìn)行了全尾砂料漿輸送試驗，結(jié)果表明當(dāng)濃度從76%降至72%時，料漿的屈服剪切應(yīng)力及粘性系數(shù)產(chǎn)生突變。通過理論計算，得出了不同濃度及流量

11、時充填料漿沿管道的輸送阻力，為充填管網(wǎng)參數(shù)的設(shè)計提供了理論依據(jù)。 進(jìn)行了全尾砂陶瓷過濾機(jī)脫水試驗、全尾砂漿壓氣造漿試驗、全尾砂充填料漿泵壓環(huán)管試驗、L型管道自流輸送試驗。 在上述試驗研究的基礎(chǔ)上，研究采用的充填系統(tǒng)工藝流程為：全尾砂漿在臥式砂池中自然沉降脫水后，由階梯式排水閥排除全尾砂料面以上的澄清水，然后采用壓氣造漿、管道放砂至攪拌機(jī)中。水泥經(jīng)散裝水泥倉底部雙管螺旋給料、螺旋電子秤計量后輸送至攪拌機(jī)中。全尾砂漿及水泥經(jīng)雙臥軸攪拌機(jī)+高速活化攪拌機(jī)兩段攪拌均勻后，最后通過充填鉆孔及井下管網(wǎng)自流輸送至井下采場。南京鉛鋅銀礦全尾砂充填系統(tǒng)工藝流程圖 補(bǔ)充水路雙軸攪拌機(jī)高速活化攪拌機(jī)鉆孔下料斗充填鉆

12、孔南京鉛鋅銀礦充填系統(tǒng)工藝流程圖雙軸攪拌機(jī)雙軸攪拌機(jī)進(jìn)砂管及分配閥排水閥回水泵臥式尾砂倉造漿噴嘴放砂閥放砂管雙管螺旋給料機(jī)電子秤濃度計流量計電動調(diào)節(jié)閥手動調(diào)節(jié)閥放砂管 充填系統(tǒng)投入運(yùn)行后的生產(chǎn)實際表明，系統(tǒng)工藝流程暢通，制備輸送能力為6080m3/h，充填料漿濃度為最大可達(dá)72%，一般為6870%，充填成本約70元/m3。充填站外貌 全尾砂充填料漿進(jìn)入鉆孔 充填料漿在空區(qū)的流動狀態(tài) 充填料漿凝固硬化后充填體表面狀況 該礦充填系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)為： 采用臥式砂池全尾砂自然沉降脫水、階梯式排水設(shè)施排水及壓氣造漿后，砂池中放出的全尾砂漿濃度達(dá)到6770%且穩(wěn)定均勻，從而使充填料漿濃度達(dá)到7072%，在管道

13、及采場中呈結(jié)構(gòu)流動，不產(chǎn)生脫水、離析及分層現(xiàn)象，灰砂比為1 6時，充填后16小時人員即可在充填體上行走，3天即可進(jìn)行上向回采作業(yè)。 充填系統(tǒng)投入使用后，不但實現(xiàn)了真正意義上的全尾砂充填，結(jié)合礦石中其它有用成分的綜合回收利用、生產(chǎn)廢水處理及采礦方法研究等聯(lián)合攻關(guān)，還實現(xiàn)了嚴(yán)格意義上的尾廢零排放，為三下開采及環(huán)境極度敏感地區(qū)的資源開發(fā)提供了成功的范例。（2 2）安徽霍邱地區(qū)低品位鐵礦尾砂充填工程）安徽霍邱地區(qū)低品位鐵礦尾砂充填工程 安徽霍邱縣是我國重要的鐵礦石基地，目前已探明鐵礦石儲量達(dá)到17億噸，遠(yuǎn)景儲量達(dá)30億噸。這些礦床的共同特點(diǎn)為： 礦床儲量大，單條礦脈長達(dá)13km，單個礦床儲量一般達(dá)幾千

14、萬噸，最大可達(dá)35億噸； 品位低，一般為2832%，部分礦床為可選性好的磁鐵礦，還有一部分為赤鐵礦或鏡鐵礦； 地處淮河中下游沖積平原，其上覆第四系覆蓋層厚達(dá)100m以上，且其中含有14層流砂層； 礦區(qū)地勢平坦，地面植被良好，人口較為密集。 由于上述開采技術(shù)條件的制約，上世紀(jì)這些礦床并未得到開發(fā)利用。但隨著對鐵礦石的需求越來越大及鐵礦石價格走高，這些礦床近年陸續(xù)得到開發(fā)。 目前已投入生產(chǎn)的礦山有 安徽金安礦業(yè)公司草樓鐵礦 300萬噸/年 安徽大昌礦業(yè)公司 400萬噸/年 安徽諾普礦業(yè)公司吳集鐵礦 100萬噸/年 正在基建的礦山有 安徽開發(fā)礦業(yè)公司李樓鐵礦 750萬噸/年 安徽金德信礦業(yè)公司周油坊

15、鐵礦 500萬噸/年 正在規(guī)劃并準(zhǔn)備建設(shè)的有 安徽金日盛礦業(yè)公司重新集鐵礦 500萬噸/年 馬鋼集團(tuán)公司張莊鐵礦 500萬噸/年 預(yù)計到2015年，該地區(qū)鐵礦總生產(chǎn)能力將達(dá)3000萬噸/年以上，成為我國重要的鐵礦石生產(chǎn)基地。 這些礦山均設(shè)計采用充填采礦法或準(zhǔn)備改用充填采礦法。 在已投產(chǎn)的礦山中，草樓鐵礦及安徽諾普礦業(yè)公司已率先實現(xiàn)了尾砂充填，其中草樓鐵礦北區(qū)充填站于2008年6月投入使用，南區(qū)充填站于2009年10月投入運(yùn)行，吳集鐵礦充填站于2009年2月投入使用。 經(jīng)實驗室試驗及方案比較，該兩個礦山均采用全尾砂結(jié)構(gòu)流體膠結(jié)充填，充填系統(tǒng)工藝流程如圖。安徽草樓鐵礦充填系統(tǒng)工藝流程圖 鉆孔(兩個

16、）水泥倉頂 +21.0m供水管尾砂倉頂 +22.0m砂倉屋頂 +24.0m排污池底 -3.0m尾砂輸送管溢流口環(huán)形走道 +21.0m排水閥鋼制尾砂倉放砂閥調(diào)濃水路放砂管尾砂進(jìn)料斗電磁流量計電動調(diào)節(jié)閥手動調(diào)節(jié)閥料位計鋼制水泥倉過濾箱散裝水泥罐車雙管螺旋給料機(jī)螺旋電子秤雙軸攪拌機(jī)高速攪拌機(jī)測量管下料斗排污池吊泵電磁流量計手動調(diào)節(jié)閥電動調(diào)節(jié)閥壓氣造漿噴嘴進(jìn)砂口進(jìn)氣管排氣管 全尾砂沉降造漿放砂：全尾砂沉降造漿放砂：選廠全尾砂經(jīng)輸送泵加壓后輸送至充填站立式砂倉中自然沉降，充填前排除全尾砂料面上的澄清水，然后采用壓氣造漿。砂倉中全尾砂造漿均勻后，再由放砂管向攪拌機(jī)供給全尾砂漿。 水泥供料線：水泥供料線：散

17、裝水泥運(yùn)至充填站后卸入散裝水泥倉，水泥經(jīng)雙管螺旋給料及電子秤計量后向攪拌機(jī)供料。 充填料制備與輸送：充填料制備與輸送：攪拌機(jī)選用雙臥軸攪拌機(jī)+高速活化攪拌機(jī)兩段連續(xù)攪拌。全尾砂漿及水泥攪拌均勻后制備成具有結(jié)構(gòu)流特性的充填料漿，通過充填鉆孔及井下輸送管道自流輸送至采場空區(qū)充填。 系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)：系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)： 單套系統(tǒng)制備能力 80100m3/h 充填料漿濃度 7072% 灰砂比 1 41 20可調(diào) 充填體強(qiáng)度（28天） 灰砂比為1 4時 3MPa 灰砂比為1 12時 1.0MPa草樓鐵礦北區(qū)充填站外貌 草樓鐵礦南區(qū)充填站儀表室 草樓鐵礦充填料漿進(jìn)入充填鉆孔 草樓鐵礦首充采場（17#礦房）原位充填

18、體鉆孔取芯樣品 （3 3）甘肅金川集團(tuán)公司二礦）甘肅金川集團(tuán)公司二礦 該礦為世界知名的高品位高價值難采礦床，其富礦段鎳品位達(dá)到1%以上，同時含有銅、鈷等有用成分。開采難度大主要體現(xiàn)在礦巖破碎及原巖應(yīng)力大兩方面，加之礦體水平厚度達(dá)100m以上，所以大面積開采后，地壓顯現(xiàn)十分突出，開拓采準(zhǔn)巷道變形（包括底鼓）嚴(yán)重，大量巷道必須定期翻修方能維持使用。 該礦2009年采礦量420萬噸，全部采用下向進(jìn)路充填采礦法，充填總量140萬m3。為了滿足下向進(jìn)路充填采礦法及高地應(yīng)力條件下采礦的要求，充填灰砂比全部采用1：4。 充填方式有兩種： 一種為高濃度棒磨砂自流輸送膠結(jié)充填，充填量約120萬m3； 另一種為膏

19、體泵送充填，充填量20萬m3。 高濃度棒磨砂自流輸送膠結(jié)充填工藝流程 料位計散裝水泥罐車雙管螺旋給料機(jī)沖量流量計底閥料位計水泥倉臥式砂池抓斗中間料斗圓盤給料機(jī)皮帶上料機(jī)核子秤棒磨砂或沖積砂（戈壁砂）攪拌槽水流量計調(diào)節(jié)閥流量計調(diào)節(jié)閥濃度計 金川公司周邊戈壁集料十分豐富，將戈壁集料經(jīng)棒磨機(jī)磨細(xì)成-3mm的細(xì)砂作為充填料（稱棒磨砂）。棒磨砂在磨砂車間脫水后經(jīng)火車運(yùn)至充填站的砂倉中，充填時由抓斗起重機(jī)卸入中間料斗，經(jīng)圓盤給料機(jī)給料后，由皮帶輸送機(jī)向高濃度攪拌桶供料，核子秤計量。水泥經(jīng)雙管螺旋給料機(jī)給料及沖量流量計計量后添加至到攪拌桶。水通過計量調(diào)節(jié)系統(tǒng)添加至攪拌桶。充填料漿制備輸送濃度7779%，流量100m3/h，最大120m3/h，充填料漿通過充填小井中的下料管、井下充填鉆孔及管網(wǎng)自流輸送至井下采場進(jìn)路中。 膏體泵送充填系統(tǒng)工藝流程 料位計散裝水泥罐車雙管螺旋給料機(jī)沖量流量計水泥倉料位計攪拌槽渣漿泵臥式砂池抓斗中間料斗圓盤給料機(jī)皮帶上料機(jī)核子秤棒磨砂或沖積砂（戈壁砂）尾砂倉單管螺旋輸送機(jī)雙軸攪拌機(jī)雙螺旋攪拌輸送機(jī)液壓雙缸活塞泵流量計濃度計 充填站砂倉中棒磨砂及少量河砂由抓斗起重機(jī)卸入中間料斗，料斗底部經(jīng)圓盤給料機(jī)定量