銅綠山銅鐵礦尾砂膠結充填工藝的改進

銅綠山銅鐵礦尾砂膠結充填工藝的改進

1膠結充填采礦法銅綠山銅礦是中國的大型采礦之一。它也是大冶公司最重要的采礦。該資源十分豐富。二期設計采用露天地下聯(lián)合開采,其中地下開采設計生產(chǎn)能力為2500t/d,基本都是采用膠結充填采礦法開采。投產(chǎn)初期,實際生產(chǎn)能力只有1000t/d左右,實際膠結充填能力僅500～800t/d。最近幾年,該礦山積極與大專院校、科研單位合作,在推廣應用安全、高效的無軌采礦技術的同時,結合尾砂膠結充填工藝系統(tǒng),研究和發(fā)展了“三合一”高濃度膠結充填、全尾砂高水速凝固化膠結充填、高濃度充填擠壓輸送以及全尾砂水淬渣膏體泵送膠結充填等多種充填新工藝,同時新建了一座膏體泵送充填站,推動了該礦山充填采礦技術的發(fā)展,達到了保護古礦遺址和提高采礦強度、簡化工藝、充分回收銅礦資源的目的。2填充設備和參數(shù)2.1充填工藝流程銅綠山礦的尾砂膠結充填工藝曾榮獲國家科技進步二等獎,其工藝流程如圖1所示。選廠產(chǎn)出的10%～18%的低濃度尾砂漿經(jīng)水力旋流器分級后由1#砂泵輸入2#砂泵站砂池,再經(jīng)砂泵送入立式砂倉沉淀脫水和儲存。充填時,立式砂倉中的尾砂經(jīng)造漿形成濃度為63%～67%的尾砂漿,自流送入立式單層葉式攪拌桶,并按1∶6的灰砂比加入水泥,加水混合攪拌成濃度為65%～70%的充填料漿,以50m3/h的流量自流輸送至井下采場充填。充填過程由儀表自動檢測與微機綜合處理系統(tǒng)進行控制。采場內充填料漿脫水凝固后可形成強度3～5MPa的充填體。該工藝具有充填能力大、自動化程度高、物料配比計量準確、操作簡單可靠等特點。但目前仍存在充填料濃度不高、充填體強度變化大、水泥消耗量大、充填成本高及采場脫水和接頂困難等問題。2.2充填材料的輸送和脫水由水泥、尾砂和爐渣混制的充填料簡稱為“三合一”充填料,其中水泥為325#散裝水泥,尾砂為全尾砂,-200目粒級占45%,爐渣為-5mm的破碎爐渣,其摻入量為28%。這種充填料漿主要用于大空區(qū)嗣后一次充填。工藝流程利用現(xiàn)有充填站,將攪拌好的水泥尾砂漿送到混合溝的二次攪拌桶內,地表爐渣經(jīng)移動式皮帶上料、光面雙輥破碎機破碎至-5mm后送入爐渣倉內,再經(jīng)爐渣倉底閘門、溜槽和皮帶倒運至攪拌桶內與尾砂水泥漿混合,用>100mm厚壁鋼管自流輸送至采場。采場脫水采用滲流法和脫水管法相結合,即在采場自上而下安裝兩根>100mm的脫水管,管壁鉆孔并用麻布包裹,脫水管下部經(jīng)進路口封閉墻引出。為提高充填體的強度和整體性,在鑿巖水平沿采場邊界吊放30m長的無油鋼絲繩形成“錨索混凝土壁”。在以后的礦柱回采中,采場暴露面積達1300m2,暴露高度達50m時,整個充填體情況良好,僅有一處發(fā)生片幫現(xiàn)象。充填料漿水泥耗量為260kg/m3,濃度為73%,充填體強度達到2MPa。2.3尾砂膠結充填料漿接頂工藝為保證采場(或進路)接頂?shù)拿軐嵭院涂煽啃?采用了全尾砂高水速凝固化材料膠結充填,即以速凝固化材料為膠凝劑,全尾砂為骨料,以大量水為輸送介質的一種新型膠結工藝。其工藝流程:采用由甲、乙兩種基本材料組成的高水膠固料作為膠凝劑,利用礦山現(xiàn)有的兩套尾砂膠結充填系統(tǒng)把占充填料漿20%的甲料和乙料分別與全尾砂混合制成濃度為65%左右的料漿,由兩個充填站的兩條管路分別輸送到井下充填區(qū)附近,通過三通混合器,把兩種料漿混合后輸送到采空區(qū)充填。當采場面積不超過400m2時,接頂效果較理想,充填體與頂板之間基本沒有空隙。固化材料單耗控制在180kg/m3時,充填體強度可達到1.9MPa。但在大面積采場膠結鋪面時,強度較低,基本不能承載鏟運機運行。2.4充填工業(yè)試驗局部采場充填倍線大,自流難以輸送高濃度全尾砂料漿,因此,采用了高濃度擠壓輸送充填工藝。利用現(xiàn)有的充填系統(tǒng),在充填倍線為2～3的充填管線處安裝一套BJ040型擠壓輸送裝置。該工藝相對簡單、可靠,擠壓輸送裝置易磨損件少。擠壓泵采用液壓驅動,泥漿排量為19.6～54m3/h,活塞壽命為4000m3/套。工業(yè)試驗完成了兩個采場的充填,充填量約1000m3,充填料漿濃度為72%～74%,最大充填倍線為4.9。試驗過程中,系統(tǒng)運行平穩(wěn),設備的生產(chǎn)能力超過40m3/h。這一充填工藝解決了礦山遠距離輸送充填料的難題,節(jié)省了新建一個充填站的投資。此外,因提高了充填料漿濃度和生產(chǎn)效率,年創(chuàng)直接經(jīng)濟效益超過300萬元。2.5充填系統(tǒng)工藝設計膏體泵送膠結充填工藝是為保護古礦遺址而從國外引進的一種新型膠結充填工藝。其工藝流程見圖2,選用選廠全尾砂和冶煉廠的水淬渣作為充填骨料,配比為60∶40。來自選廠的尾砂漿(重量濃度為10%～18%)經(jīng)>15m的高效濃密機一段脫水(重量濃度達45%～50%),再進入3臺32m2壓濾機二段脫水,制成含水15%左右的濾餅,經(jīng)皮帶輸送機送至雙軸葉片式(第一段)和雙螺旋(第二段)攪拌機中;爐渣通過園盤給料機和皮帶輸送至同一攪拌機器,攪拌制成濃度在84%～87%左右的膏體充填料,由膏體充填泵輸送至采場。添加水泥的方式有地表加水泥和坑內加水泥漿兩種,可根據(jù)需要靈活調節(jié),充填管由兩個鉆孔下到井下。充填泵從德國引進,型號為KSP80HD,共2臺,泵的輸送能力為50m3/h,泵送壓力100bar。該工藝的充填參數(shù)見附表。3加強充填料性能及輸送特性的研究(1)高濃度全尾砂(細石)膏體泵送膠結充填作為一項新工藝、新技術,代表了充填工藝發(fā)展的主要方向。在今后的工作中應作為重點,進一步進行以下幾個方面的試驗研究:①研究低成本和低能耗的全尾砂脫水工藝及設備,以簡化工藝。目前采用的高效濃密機和壓濾機二段脫水工藝成本高,能耗大,設備可靠性差;②加強對全尾砂(碎石)膏體充填料泵送特性、制備及輸送工序和相關設備的研究,提高膏體的性能及輸送的可靠程度;③加強對泵送設備國產(chǎn)化、系列化的研究。目前泵送設備只能從德國引進,一次性投資大,且備品備件難解決,維修工作量大,維護費用高。(2)中低濃度全尾砂速凝固化膠結充填工藝是膠結充填技術的重大突破,在采場充填接頂?shù)确矫鎯?yōu)越性尤其突出,但需外購固化劑或就地建固化材料廠,且使用固化材料時,成本高,其充填體強度有賴于加大固化劑的添加量和提高尾砂濃度,因此,要加強高水固化材料的研究和開發(fā),提高固化材料質量,降低其經(jīng)營成本,同時要簡化工藝,發(fā)展單管輸送速凝固化充填技術。(3)加強水泥代用品(如粉煤灰、爐渣等)的試驗研究,進一步降低水泥