郑家坡铁矿充填系统设计

1、郑家坡铁矿井下开采综合技术研究充填设计方案长沙矿山研究院国家金属采矿工程技术研究中心邯邢冶金矿山管理局郑家坡铁矿2009年1月II长沙矿山研究院国家金属采矿工程技术研究中心院 长：邓和平主管副院长：周爱民国家采矿工程中心主任：周爱民科技部部长：褚洪涛国家采矿工程中心副主任：宋嘉栋项目负责人： 宋嘉栋主要研究人员：宋嘉栋褚洪涛 柳小胜刘晓亮欧任泽 林卫星姚中亮蒋志明 胡海波 彭晓华刘淑英邯邢冶金矿山管理郑家坡铁矿局长：刘乔总工程师：岳润芳生产技术部主任：刘海宁生产技术部副主任：陈超矿长：赵运欢主管副矿长：霍志勇矿总工程师：马运时技术科长：邢志强主要研究人员：赵运欢 霍志勇 马运时邢志强 郝凤才

2、目 录1 概述12 充填方案及其工艺选择52.1 充填材料选择52.2 充填方案及其工艺选择53 充填材料试验84 充填系统方案94.1 全尾砂储存供料线114.2 水泥储存给料线114.3 调浓水供给线124.4 充填料浆制备与输送124.5 系统自动控制124.6 系统运行参数134.7 充填系统参数计算135 充填料制备155.1 充填站址155.2 砂仓、水泥仓165.3 搅拌系统185.4 浓密与分级185.5 充填的辅助设施186 充填料输送207 计量与控制248 通讯279 供配电2710 充填井巷工程2811 土建2911.1 主要选用的规范规程2911.2 工程地质2911

3、.3 建筑设计3012 采场充填3113 成本与投资3313.1 投资估算3313.2 充填成本估算34郑家坡铁矿井下开采综合技术研究充填设计方案 长沙矿山研究院1 概述邯邢冶金矿山管理局昌邑郑家坡铁矿位于山东省昌邑市，矿区内共有五个矿体，自下而上编号分别为、1、2、1、2，其中号矿体为主矿体，占总资源量的57.6，其次为2。自南向北分布于5至10勘探线间，走向长度1700余米。垂向上赋存在35米至337米之间。地质总储量：2646.6万吨，平均地质品位：29.61%。1) 号矿体分布于6+10线之间，最大埋深342米，最小埋深40米。赋存标高-35-337米。矿体走向长1700余米，宽度一般

4、为200米左右，最大可达600多米。矿体走向约32°，倾向南东，+8线以南倾角较平缓，在0°12°之间，+8线以北较陡，在13°38°之间。矿体呈现分支复合现象。矿体最大真厚度21.01米，最小1.14米，平均真厚度9.16米，厚度变化系数63.61，属于形态复杂程度中等矿体。矿石平均品位28.67，品位变化系数21.90，属于有用组份分布均匀型矿体。号矿体资源量（332+333）为1544.7万吨。2) 1号矿体分布于67线之间，最大埋深315米，最小埋深253米。赋存标高-248-310米。矿体走向长450余米，宽度平均为185米。矿体走向

5、约34°，倾向南东，倾角在3°11°之间，矿化连续，矿体呈现分支复合现象。矿石平均品位29.93，品位变化系数17.15，属于有用组份分布均匀型矿体。矿体最大真厚度14.69米，最小厚度1.10米，平均真厚度8.23米，厚度变化系数62.69，属于形态复杂程度中等矿体。1号矿体资源量（332+333）为243.8万吨。3) 2号矿体分布于+8+10线之间，最大埋深325米，最小埋深65米。赋存标高-60-320米。矿体走向长800余米，平均宽度220米。矿体走向约30°，倾向南东，倾角在21°38°之间，矿体呈现分支复合现象。矿石平均

6、品位31.30，品位变化系数16.72，属于有用组份分布均匀型矿体。矿体最大真厚度15.70米，最小2.51米，平均真厚度8.92米，厚度变化系数65.87，属于形态复杂程度中等矿体。2号矿体资源量（332+333）为617.5万吨。4) 1号矿体特征分布于+5+7线之间，最大埋深295米，最小埋深170米。赋存标高-165-290米。由9个见矿孔控制，矿体走向长800余米，最小宽度75米，最大宽度420米，平均宽度240余米。矿体走向约30°，倾向南东，倾角在0°10°之间，矿体呈现分支复合现象。矿石平均品位28.07，品位变化系数23.14，属于有用组份分布均

7、匀型矿体。矿体最大真厚度8.84米，最小1.15米，平均真厚度3.57米，厚度变化系数66.48，属于形态复杂程度中等矿体。1号矿体资源量（332+333）为224.2万吨。5） 2号矿体分布于+89线之间，最大埋深244米，最小埋深106米。赋存标高-101-239米。矿体走向长240余米，平均宽度60米。矿体走向北东，倾向东南，倾角为21°。矿石平均品位28.29。矿体最大真厚度3.75米，最小1.59米，平均真厚度2.67米。2号矿体资源量（332+333）为17.5万吨。金属矿物主要是磁铁矿，其次是黄铁矿和微量黄铜矿。磁铁矿含量为2040，一般2030，多为半自形，部分自形或

8、他形粒状，粒径一般在0.10.4毫米，大者可达0.51.5毫米，最小0.0040.01毫米。主要有害杂质SiO2含量较高，在43.3052.98，平均47.29；S含量小，变化较大，最大值0.86，最小值0.13，平均含量为0.42；P含量甚微且变化小，一般为0.050.1，平均含量为0.07，其中硫含量的高低与黄铁矿相关。矿体顶板岩性为含石榴黑云透辉变粒岩，岩石节理裂隙较发育，岩石质量指标RQD值为2645，岩石质量劣等，岩体完整性差，其稳定性较差到中等。底板岩性为黑云透辉变粒岩、花岗岩，RQD值为54.3。岩石质量中等，岩体完整性中等，其稳定性中等。矿层：磁铁矿RQD值为6090，矿石质量

9、等级为好的，矿体较完整，其稳定性中等。工程地质条件属中等复杂类型。矿床水文地质条件中等复杂类型，矿体位于地下水位标高以下，第四系孔隙含水层水量丰富，对开采威胁较大。郑家坡矿床上部地表有村庄、公路和农田，采后地表不允许塌落，且必须控制导水裂隙的发育高度，防止第四系孔隙水的危害，因此矿山必需充填采空区。矿山采用一次建设、分期投产开采方式。设计将8线以北、160m水平以上矿段作为矿山首采段，充分利用目前形成的1#、2措施井与北风井，在首采范围内先形成生产系统，一期的生产能力为45万t/年，8线以南以及8线以北160m水平以下矿体的开采作为矿山的后续投产工程。深部开拓新设三条竖井：主井、副井及南风井，

10、主、副井采用集中布置，井下采用联合井底车场。最终生产能力为80万t/年。中段高度40m，由-80m（回风）、-120m、-160m等至-320m水平，6个生产中段，为保证井下安全开采，设计将-80米中段以上矿体留作安全矿柱（设计）。目前矿山已完成120m、160m水平开拓工程，80m回风巷的部分工程。根据采矿方法的优化选择，矿山采用多矿体组合盘区上向水平分层点柱充填采矿法，并首先在-160m中段的2-5盘区进行采矿作业。待采区斜坡道施工至-152m时，再在其他盘区进行采矿作业。井下矿石运输采用7吨电机车牵引0.75 m³翻斗矿车，运至2#措施井井底车场，经箕斗提出地表。前期开采将采用

11、对角式通风系统，北风井进风，1#措施井回风。在-160m中段采矿的同时进行深部开拓，预计2010年建成投产。选矿厂正在建设，设计选矿工艺为三段一闭路破碎，破碎产品经磁滑轮干选，以提高入选品位，降低生产成本，干选精矿经两段阶段磨矿（最终磨矿细度为-200目占80%）三次磁选，生产出含铁65%的磁铁矿精矿，磁选尾矿经初步浓缩后，一部分用于地下采空区尾矿充填，剩余部分排至尾矿库。选矿厂尾砂原始浓度为11.258%，采用NZG-38中心传动高效浓缩机进行浓缩，脱水后浓度35%左右。37国家金属采矿工程技术研究中心2 充填方案及其工艺选择2.1 充填材料选择充填胶结料由胶凝材料、惰性材料和水三部分拌合组

12、成，胶凝材料是普通硅酸盐水泥，以及近年来开发的高水固化剂、矿渣胶结剂、胶固粉、赤泥胶结充填料等新型胶凝材料，惰性材料有尾砂、河砂（江砂、海砂）、碎石集料和磨砂等。降低充填成本是提高充填采矿法经济效益的一个重要途径，通过对充填材料的合理选择和优化配比，降低充填材料成本是降低充填成本的有效途径。根据郑家坡铁矿的内外部建设条件，可供选择的惰性材料有掘进废石及选矿厂尾砂，掘进废石经破碎加工可作为建筑材料综合利用，矿山尾砂产率为58.665%，矿山周围有多家水泥厂，交通运输方便。因此矿山宜采用尾砂为惰性材料，相应的最合适的充填方式为尾砂胶结充填，胶凝材料为普通硅酸盐325水泥。2.2 充填方案及其工艺选

13、择尾砂胶结充填在国内外应用越来越广泛，从分级尾砂充填发展到全尾砂充填，从低浓度尾砂充填发展到高浓度尾砂充填，以及近年来的膏体充填技术。低浓度尾砂胶结充填的充填料惰性材料为分级粗尾砂，该种充填方式采用两相流管道输送，为了解决井下充填料脱水问题，对尾砂充填料渗透系数要求较高，一般要求渗透系数>10cm/h，所以需对选厂尾砂进行分级。根据选厂尾砂产率和尾砂粒度组成，分级界线可设定为27m，+27m分级尾砂（粗砂）用于井下充填，-27m细泥排入尾矿库。该工艺的优点为：充填能力较大，操作管理简单；充填倍线大，充填范围广；可根据生产需求配制不同强度的充填体，且与膏体充填、高浓度尾砂胶结充填比较，相同

14、水泥耗量，强度较高（若不产生离析）；对全尾砂粒级要求不严格，分级简单。缺点为：分级尾砂充填料浆采用两相流输送，管内流速一般为2m/s以上，即使在较高浓度下输送，充填料浆充入采场后仍需脱水，引起尾砂和水泥流失，充填料在采场中不可避免地产生离析分层等现象，从而使充填质量降低、整体性变差。因产生离析现象，将浪费大量的水泥，污染巷道，增加排水排泥量，降低了矿山整体经济效益；容易堵管。高浓度尾砂胶结充填以膏体充填为代表。膏体充填是将多种充填材料进行优化组合，配制成具有良好稳定性、流动性和可塑性的牙膏状胶结体，在自重或外加力作用下以柱塞的形态输送到采空区完成充填作业的过程。膏体充填料的可泵性是反映膏体充填

15、料是否可泵送的一个综合指标，是膏体充填料稳定性、可塑性和流动性在泵送过程中的具体体现。国内外试验研究结果公认膏体的配料中-20m的含量必须大于15%。膏体充填由于充填料浆的浓度高（大多在75%以上），输送阻力大，一般需要泵送。在我国金川二矿、铜录山铜矿、山东湖田铝土矿等建设有泵送充填系统，但大多因为设备因素停用或者使用效率低。该工艺的优点为：采场不需排水，不离析；相同水泥量，充填体强度高；未加水泥的膏体，管内停运72小时，仍可继续启动，原则上不存在“堵管”；用泵送可以适应不利的矿体条件。缺点为：使用泵送，基建投资较高，操作管理较复杂；因浓度较高，必须泵送，目前设备仍未过关；对充填料的粒度配比要

16、求严格。长沙矿山研究院是全国最早从事充填技术研究的科研院所之一，从1990年开始研究料浆浓度介于低浓度尾砂充填和膏体充填之间的高浓度尾砂结构流胶结充填技术。为了保证井下充填质量，解决充填料脱水问题，必须尽量提高充填料浆制备输送浓度，使充填料浆充入采场后不脱水或少脱水，但浓度不能太高，避免膏体充填时的输送问题。高浓度尾砂结构流胶结充填以略高于尾砂最大沉降浓度的浓度，降低了充填料浆输送阻力，可进行自流或自流为主输送，充填料浆进入采场后不脱水、不离析。高浓度尾砂结构流胶结充填克服了低浓度尾砂胶结充填和膏体充填的缺点，吸收了其优点，提高了充填质量，降低了运营成本。目前在已在南京铅锌银矿、山东张马屯铁矿

17、等矿山相继使用，效果良好。因此，郑家坡铁矿宜采用全尾砂-水泥为充填材料的高浓度尾砂结构流胶结充填。3 充填材料试验为在郑家坡铁矿实现高浓度尾砂结构流胶结充填技术，需进行充填材料试验，充填材料试验内容包括：（1）全尾砂物理参数测定及其粒级组成测定对全尾砂进行取样，测定比重、容重、孔隙率、自然安息角及其粒级组成。（2）全尾砂胶结充填配比优化试验及相关参数测定对不同浓度、不同灰砂比的充填试块进行凝结时间及各龄期的强度测定，同时测定不同配比时料浆容重和试块容重，根据充填体不同强度要求提供最佳充填浓度和配比。（3）充填料浆输送性能试验对不同浓度及配比的全尾砂料浆进行坍落度测定及L型管道自流输送试验，测定

18、其管道输送的料浆流速和流变参数（屈服剪切应力0和粘性系数），分析计算其管道输送阻力，为充填系统设计提供输送方式、流速、输送管道内经和可实现顺利输送时的充填倍线。4 充填系统方案充填系统一般由地面设施（厂房设备、仪表等）和井下输送管网组成，充填系统在允许的情况下，一般采用集中配置，以便于集中管理，减少操作人员，从而降低费用。充填系统主要由全尾砂储存供料线、水泥储存供料线、调浓水供给线、充填料浆制备与输送等组成。其工艺流程示意图见图4-1。工艺流程图见图4-2。图4-1 井下充填工艺流程示意图郑家坡铁矿井下开采综合技术研究充填设计方案 长沙矿山研究院图4-2 充填系统工艺流程图 郑家坡铁矿井下开采

19、综合技术研究充填设计方案 长沙矿山研究院4.1 全尾砂储存供料线首采段-120m、-160m两个中段地质矿量为478.34万吨，两个中段同时生产，可达到45万吨/年生产能力。矿山深部生产能力为年产原矿80万吨。矿山选矿的尾砂产率为58.665%，矿山首采段年产尾砂26.4万吨（33.332 t/h），深部年产尾砂46.9万吨（59.257 t/d），尾砂原始浓度为11.258%。经过NZG-38中心传动高效浓缩机浓缩后，尾砂浓度为35%。矿山尾砂浆采用一台型号QGB-150/6.4，流量150m3/h、扬程640m的渣浆泵输送至尾矿库，泵出口标高+5m。充填用全尾砂即由现用尾砂输送泵直接将全尾

20、砂料浆输送至充填站的立式全尾砂存储仓中。共设置两套充填系统，每套充填系统设置两个立式砂仓，砂仓直径10m，直筒体高度10m，锥底角度30°，仓体总高22m，砂仓容积850m3，四个砂仓交替进砂和充填，以充分发挥系统生产能力。为了加快砂仓中全尾砂沉降，在尾砂管出料口设置进砂缓冲装置。在进砂过程中，同时通过仓顶溢流口进行溢流。砂仓中全尾砂加满后，即可随其自然沉降以达到最大沉降浓度。充填前打开排水设施，以排除全尾砂料面以上的澄清水。溢流水及澄清水自流进入尾矿库沉淀，尾矿库中澄清水通过回水泵输送至选矿厂重复使用。澄清水排完后，即可打开压气造浆喷嘴以对砂池中全尾砂进行压气造浆。待池中全尾砂造浆

21、均匀后，则打开放砂阀通过放砂管向搅拌机供给全尾砂浆。其放砂量由放砂管上电磁流量计进行检测，放砂流量由电动夹管阀进行调节。4.2 水泥储存给料线选用普通硅酸盐水泥（325）作为胶结剂。散装水泥由散装水泥罐车运至充填站后，通过吹灰管吹卸入散装水泥仓中。为了防止各种杂物进入水泥仓，吹灰管上设置有过滤装置。散装水泥仓直径5.0m，仓体总高约21m，有效容积200m3，可储存水泥260t，以满足充填系统连续运行要求。水泥仓顶设置人行检查孔、料位计及袋式收尘器。水泥仓底部设置有螺旋闸门及双管螺旋给料机。充填时打开螺旋闸门，启动双管螺旋给料机即可向搅拌机定量供给水泥。水泥给料量由螺旋电子秤检测。双管螺旋电机

22、采用变频调速，改变螺旋转速即可改变水泥给料量，以满足不同灰砂比及生产能力的要求。4.3 调浓水供给线充填站设置一条供水管道，由高位水池或泵加压供给压力水，以供冲洗设备、疏通管道及调节充填料浆浓度。当充填料浆浓度过高时，供水管上安装有调浓水阀。调浓水经电磁流量计检测，调浓水量由电动调节阀进行调节。4.4 充填料浆制备与输送全尾砂浆、水泥及适量调浓水经各自的供料线进入进料斗后供给搅拌机。搅拌机选用双卧轴搅拌机+高速活化搅拌机两段连续搅拌。两段搅拌机用连接斗进行连续。充填料经两段连续搅拌均匀后制备成浓度适中、流动性良好的充填料浆，而进入测量管。测量管上安装有电磁流量计及射线浓度计以检测充填料浆流量和

23、浓度。充填料浆最终进入充填料下料斗，并通过充填钻孔及井下充填管网自流输送至井下采场空区进行充填。为了防止大块进入充填钻孔并便于冲洗管道，下料斗设置有格筛、冲洗水阀及钻孔排气孔。4.5 系统自动控制为了保证充填料浆制备浓度、流量及配比的准确及稳定，实现料浆的顺利输送，充填站设立较完善的自控系统，以对充填系统各运行参数进行检测和调节，系统检测的参数有：全尾砂放砂流量：电磁流量计检测。水泥给料量：双管螺旋给料机和螺旋电子秤检测。调浓水量：电磁流量计检测。充填料浆流量：电磁流量计检测。充填料浆浓度：射线浓度计检测。水泥仓料位：雷达料位计检测。系统调节的参数有：全尾砂放砂流量：电动夹管阀调节，控制室手动

24、操作或自动调节。水泥给料量：变频调速器调节，控制室手动操作或自动调节。调浓水量：电动调节阀调节，控制室手动操作。4.6 系统运行参数充填料浆制备输送能力 6080m3/h充填料浆浓度 70%±1%系统连续稳定运行时间 810h系统一次最大充填量 600800m3灰砂比 14112可调充填体强度满足采矿作业要求。4.7 充填系统参数计算 （1）充填料浆用量年需充填体积 Q年矿石产量，深部Q=800000吨矿石体重，=3.43t/m3Z采充比，取Z=1。代入上式 得Va=233236m3=23.3万m3日需充填料浆体积T年工作日数，T=330天k1沉缩比，取k1=1.1k2流失系数，取k

25、2=1.05代入上式得，Q=816m3/d按充填系统制备输送能力60m3/h，一次连续最大充填料浆制备量600800m3计算，设立2套充填系统可满足矿山生产能力要求，这时系统每日平均纯运行时间为t=816÷（60×2）=6.8h5 充填料制备充填站占地面积约50×30m，站内布置两套可相互独立运行的充填系统，每套充填系统由两个立式砂仓、一个水泥仓、一套搅拌设备及相配套的配电仪表室等组成。每套充填系统布置两个充填钻孔，两组充填钻孔间距离为14m，两个钻孔自地表+5m施工至-120m水平，两个钻孔自地表+5m施工至-280m水平。5.1 充填站址郑家坡铁矿床由五个矿体

26、组成，矿体呈层状、似层状，以单斜形式平行排列或斜列产出，产状与围岩一致，层位稳定。矿体埋藏浅，常见分支复合现象，走向长达1500米以上，倾角较缓，沿倾向延深200米左右。矿山若要实现自流输送，最佳方案是在矿体的南北部各设置一套充填系统，才能使充填倍线都控制在5以下。矿山征地范围主要为：北风井工业场地、南风井工业场地、1#措施井工业场地、2#措施井工业场地、主副井工业场地，以及生活区，选矿场建于主副井工业场地，尾矿库位于采、选工业场南面，距离约4.6公里处的山沟内。北风井、南风井工业场地位于矿区的端部，对充填倍线极为不利，不适合于建设充填站，生活区也不适合于建设充填站。因此充填站只能建设在1#措

27、施井工业场地、2#措施井工业场地、主副井工业场地。根据矿体的赋存状态和开采方案，前期开采对象为+8线以北、-160m水平以上矿体，目前已经形成的两条措施井和北风井形成独立的开拓系统，深部利用中央主副井和南北风井开拓。充填站建设于1#措施井工业场地、2#措施井工业场地、主副井工业场地时的各中段充填倍线见表5-1。表5-1 各充填站建设位置最大充填倍线表水平主副井工业场地1#措施井工业场地2#措施井工业场地备注-8014.012.78.8-1209.58.16.1-1607.65.44.9-2006.08.58.2-2405.73.84.9-2804.14.75.3-3204.85.15.2从表中

28、可以看出，由于矿体埋藏浅，倾角缓，分布范围大，所以矿山的充填倍线都较大，尤其是回采浅部矿体时，当充填站建于2#措施井工业场地时，矿山的充填倍线总体上要比建于主副井工业场地要小。但是根据矿山的设计规划，2#措施井在前期主要用于提升矿石，其工业场地较小，且主要用于暂存矿石，原征地范围不够，且2#措施井位于矿山最终塌落范围以内，充填设施若布置在2#措施井工业场地，须要留安全矿柱，减少了可采矿量，且充填站离选矿厂较远。充填站建于主副井工业场地时，充填设施均布置在塌落范围以外的安全地带，不压矿；工业场地内不用扩大占地面积，与选矿厂距离近，集中布置，管理方便；充填站位于整个矿体的中部，充填管线短捷；深部能

29、重力自流输送，减少能耗。经上所述，充填站建于主副井工业场地的副井南侧，紧挨公路。5.2 砂仓、水泥仓砂仓是储料和按给定参数放砂的重要设施，它的选型及容积确定，不仅决定着整个搅拌站的生产能力和生产的持续性，而且还平衡供砂与耗砂的波动，以及放砂的状态与浓度。砂仓有卧式、池式、圆筒式及立式砂仓。根据各种砂仓的特点和矿山条件，卧式砂仓一般根据地形，或挖方或填方进行构筑，用于储存干物料，其结构简单，造价低、易调节充填浓度，可保证高浓度输送的需要，但经常是用电耙不连续供砂，故尚另需设一个中间砂仓和连续输送机（带式输送机或螺旋输送机）。而立式砂仓是指贮存饱和砂的立式砂仓，检修造浆喷嘴时，需将砂放空，放砂浓度

30、波动，满仓时浓度高，后期浓度降低。立式砂仓具有基建费用高，对工程地质要求较严等特点，但它具有进料出料最为简单，能连续地均匀地放出较高浓度的砂浆（重量浓度为60%72%），便于实现自动控制，砂仓有效容积大，有效利用率可达7080%。但其结构复杂，造价较高。在郑家坡铁矿采用立式砂仓储砂供砂。立式砂仓总容积应能满足井下一次最大充填量及其连续性的要求，同时考虑供砂的不均衡性等问题，设置两套充填系统，每套充填系统设置两个立式砂仓，砂仓直径10m，直筒体高度10m，锥底角度30°，总高22m，砂仓容积850m3。砂仓由仓顶结构、溢流环槽及溢流管、仓身及爬梯、仓底及其内部的造浆系统与外部的放砂系统

31、及仓座等五部分组成。采用普通硅酸盐水泥（32.5）作为胶结剂，由散装水泥罐车运送至充填站，通过吹灰管吹卸入散装水泥仓中。水泥仓要求密封性好、防潮，飞尘污染少，水泥仓质量稳定，仓容利用率高，仓内粘结少，出仓流动性好。散装水泥仓直径5.0m，总高约21m，有效容积200m3，可储存水泥260t，以满足充填系统连续运行要求。水泥仓顶设置人行检查孔、料位计及袋式收尘器。水泥仓底部设置有螺旋闸门及双管螺旋给料机。充填时打开螺旋闸门，启动双管螺旋给料机即可向搅拌机定量供给水泥。水泥给料量由螺旋电子秤检测。双管螺旋电机采用变频调速，改变螺旋转速即可改变水泥给料量，以满足不同灰砂比及生产能力的要求。5.3 搅

32、拌系统高浓度充填料浆的制备，是通过专用搅拌设备完成的，搅拌直接影响充填体强度和充填料浆的顺利输送，甚至造成堵管事故。设计采用双轴搅拌机+高速活化搅拌机两段搅拌，利用设备对物料的强力机械作用，实现对胶结充填料的活化搅拌，充填料浆经强力活化搅拌，能打破料浆中水泥的絮团状结构，充分发挥水泥的潜力，提高水泥的活化性能，大大改善充填物料的流动性。尾砂与水泥在进入卧轴搅拌机之前，尾砂经电磁流量计，水泥经螺旋电子秤计量。充填料浆经双轴搅拌机+高速活化搅拌机两段搅拌后，经电磁流量计和射线浓度计检测后进入充填钻孔。5.4 浓密与分级根据矿山尾砂的性质，并经充填材料试验后确定，矿山尾砂立即分布良好，全尾砂充填即可

33、满足矿山开采的要求，尾砂不需要分级。矿山从选矿厂排放的尾砂浓度大约11.258%，采用NZG-30中心传动高效浓缩机浓缩后，其浓度为35%。经浓密后的全尾砂浆经三通阀门可直接输入泵入尾砂仓中，亦可打入尾矿库。全尾砂在尾砂仓中在药剂的辅助下，自然沉降浓密，使浓度达到65%左右。5.5 充填的辅助设施充填的辅助设备包括有：放砂系统、生产用水、砂仓溢流水等。放砂系统主要包括放砂喷嘴和松动喷嘴及放砂管线，所需喷嘴的数量及放砂用气量见表。充填料制备站设计生产能力6080m3/h。充填站生产和卫生的新用水量约50 m3/h。砂仓中的进砂浓度为35%，经沉降后的浓度为65%左右，每套系统尾砂仓的溢流水量为3

34、92.31 m3/d，两套系统共计784.62 m3/d。需要在尾砂仓顶四周设置溢流排水阀，接溢流管，将溢流水排往尾矿库或污水处理池。在充填钻孔旁设排污池，收集来自充填站地表及系统的污泥。充填料浆在井下基本不许脱水，前期充填调试期间，在充填挡墙设初期充填时的辅助脱水管。少量溢水通过采场联络巷排走。6 充填料输送根据充填材料试验，郑家坡铁矿全尾砂粒级分布良好，可实现结构流输送，结构留在横断面上的速度为常数，这是因为集料颗粒间不发生相对移动，只有润滑层的速度有变化。因此其流动阻力小，可在一定范围内实现自留输送。充填站位于主副井工业场地的副井南侧，紧挨公路。而郑家坡铁矿矿体埋藏浅，走向长，倾角缓，其

35、充填范围大，尤其是-160m以上矿体位于充填站北侧，输送距离远，高差小，充填倍线大，无法实现自流输送。在矿山不具备在多处建设多套充填系统的情况下，必须通过充填泵提供压力，将充填料浆泵入采场。泵送充填和泵送混凝土类似，但无论在充填料的制备、充填管路的长度、配管的复杂程度、特别是向下泵送等，在泵送工艺和技术上均要比混凝土泵送复杂得多。泵压输送将注意以下问题：（1）向下泵送时，因充填料浆的自重下落，在钻孔中将产生真空段，应设置气门，使管内压力平衡。（2）满管输送。（3）启动充填泵，刚启动时，慢速泵送低浓度充填料浆，直到采场见到充填料后，才加大浓度和流量。（4）钻孔口需设置放气装置。（5）充填后清洗泵

36、送管路。在综合考虑前期浅部开采和后期深部开采，后期深部（-320m水平、-280m水平、-240m水平）开采可在充填站下部打充填钻孔，直接自流输送实现充填，工艺成熟，流程相对简单。而前期浅部开采充填倍线很大，-120m水平最大充填倍线为9.5，-160m水平为7.6，-200m水平为6.9，不能实现自流输送。前期充填料浆输送路线有如下方案：（1）充填料浆通过位于充填站的充填钻孔和中段充填联络巷中的充填管输送至-120m或-160m充填回风平巷，在地表加充填泵。（2）充填料浆通过布设于地表的充填管和位于2#措施井工业场地东南角的充填钻孔，输送至-120m或-160m水平充填回风平巷。在地表加充填

37、泵，充填料浆到达充填钻孔后为开放式进料。（3）通过布设于地表的充填管、主副井工业场地东北角充填钻孔，经-120m或-160m水平中段充填联络巷中的充填管输送至充填回风平巷。在地表加充填泵。（4）通过布设于地表、1#措施井的充填管道，经-120m或-160m水平充填回风平巷中的充填管输送，在地表加充填泵。各方案的比较见表6-1。根据充填泵的位置有整体加压和局部加压两种，整体加压在控制管内流速、压力和满管状态方面难度更大。在此，选择在地面局部加压。方案一充填料浆在经搅拌活化后直接泵送至充填钻孔，充填泵的出口和充填钻孔孔口闭合，要求充填料浆和设备性能严格，且工程量大；方案三、四充填料浆在经搅拌活化后

38、直接泵送至地表管道、充填钻孔，地表管道和充填钻孔孔口必须闭合，使得充填料浆在进入充填钻孔时具备初始速度。且方案四还有安全、征地范围等方面的因素。方案二最大的问题是要经过两个工业场地，两工业场地之间的管道可能会受到外界的干扰，但该方案充填料浆只需泵送至充填钻孔，再自流输送至各采场，工艺相对简单。因此选择二方案。前期充填料浆输送线路：充填站地表充填管充填钻孔-120m水平充填回风平巷，后期充填料浆输送线路：充填站充填钻孔-深部各水平充填回风平巷，结合前后期两条路线，其总体输送倍线为：表6-1 前期充填料浆输送路线比较表方案方案一方案二方案三方案四备注方案描述通过位于充填站的充填钻孔和中段充填联络巷

39、中的充填管输送至-120m充填回风平巷通过布设于地表的充填管、位于2#措施井工业场地东南角的充填钻孔，至-120m水平充填回风平巷通过布设于地表的充填管、主副井工业场地东北角充填钻孔，经-120m水平中段充填联络巷中的充填管输送至充填回风平巷通过布设于地表、1#措施井，-120m水平充填回风平巷中的充填管输送至2#措施井管线长度125+489=614m668+125+11=804m411+125+185=721m624+125+247=996m钻孔长度125m125m125m0m井下充填联巷工程量489m，1815m3(2×2)，至9线336m，1247m311m185m,686 m

40、30m充填倍线9.56.18.08.1泵送方式地表加泵，钻孔底部压力较大地表加泵至2#措施井，再自流至井下，泵送工艺最简单地表加泵，在充填料浆进入钻孔时，给予初始压力，钻孔底部压力较大地表加泵，在充填料浆进入钻孔时，给予初始压力，钻孔底部压力较大优点技术可靠，仅需在地表或井下用充填泵局部加压。技术可靠，工程量省，仅需在地表加充填泵增压。技术可靠，工程量较省，需在地表加充填泵增压。工程量省，仅需在地表加充填泵增压。缺点充填联络巷长，工程量较大。地表管线布置不能影响已有水管气管电缆等，存在冬季防冻问题。充填管线需经过两工业场地之间的公路，管理不方便。地表管线布置不能影响已有水管气管电缆等，存在冬季

41、防冻问题。管理较不方便。地表管线布置不能影响已有工程。输送管道的质量和服务年限严重影响矿山安全和生产。管网需穿过非征地范围。 图6-1 前期充填料浆输送路线示意图表6-2 各水平最大充填倍线表水平最大倍线下料充填钻孔位置备注-80北8.82#措施井工业场地-120北6.12#措施井工业场地-160北4.02#措施井工业场地南3.0主副井工业场地-2006.0主副井工业场地-2405.7主副井工业场地-2805.0主副井工业场地因此，矿山在浅部和深部开采采用两条不同的输送方式和路线后，除80m水平外，其他各中段矿体的开采都可以采用钻孔-各水平充填回风联络巷采场的自流输送方式输送充填料浆，仅需在前

42、期输送路线上将充填料浆泵送至充填钻孔处。前期充填的充填钻孔的起始位置为：+5m-120m；-120m-160m采用井下充填井输送。后期充填的充填钻孔的起始位置为：+5m-280m。4个充填钻孔坐标分别为：钻孔1 X=4082881.914 Y=40461685.356钻孔2 X= Y=钻孔3 X=4082881.914 Y=40461699.356钻孔4 X= Y=地面充填料浆输送管道采用133×14mm钢管作为输送管，输送管道暗埋于地面以下13m，并保持坡度平缓，地面管线布置将沿着尾矿给水、尾矿回水路线至尾矿泵站，然后沿着主副井工业场地的围墙内侧至主副井工业场地东北角，出围墙，沿公

43、路至矿山2#措施井工业场地的东南角，靠近变电所。具体位置见充填站平面布置图，并在现场施工中局部调整，以不影响矿山整体规划、已有管网布置为佳。各中段主运输巷可采用133×10mm钢管作为输送管，而进入盘区巷等需经常移动或更换的地点则可选用内径为110mm的钢编高强复合管，进入采场后则可采用内径为100mm的普通塑料管。7 计量与控制充填料浆的浓度和稳定性是充填采矿法成功与否的重要因素，因此充填站主要需控制各材料的流量和浓度以及混合后的浓度。（1）水泥仓下料量的监测采用双管螺旋给料机和螺旋电子秤控制水泥的下料量。通过调节调速电机的调速装置控制双管螺旋给料机的转速，保证水泥仓给料的稳定。（

44、2）砂仓放料监测砂仓同时设置手动调节阀和电动调节阀，控制放砂量，放砂量以电磁流量计进行监测。（3）放料浓度监测放料浓度采用射线浓度计进行监测，其流量采用电磁流量计进行监测。在双轴搅拌机之前设置调浓水路，通过对水量的调节使砂仓的放砂浓度得到恒定。8 通讯充填料制备站、充填主联络巷、井下充填作业点各设一台直拨电话。直拨电话应与矿山内部电话接通。9 供配电本工程用电设备全为低压电，两套套系统设备总容量约398kw，包括照明及其它用电设备。可直接从矿区引进。主要用电设备及负荷见表9-1。表9-1 充填料制备站主要用电设备及负荷序号设备名称数量（台） 容量单位备注1强力活化搅拌机130kw2双轴搅拌机1

45、45kw3双轴螺旋给料机17.5kw4充填泵2kw5污水泵13kw6除尘器13kw7空压机155kw8电动葫芦（3t）15.5kw9照明设备及其他150kw10单套系统合计8199kw11两套系统合计398kw10 充填井巷工程因前期矿体位于充填站北侧，充填料浆通过地面泵送至2#措施井的充填钻孔自流输送至采场，在-120m水平掘进充填联络巷至充填钻孔，长度约25m，巷道断面为2.0×2.0m的三心拱巷道（断面积3.71m2）。后期深部开采，充填料浆直接从位于充填站的充填钻孔下，在-280m水平的井底车场，掘进充填联络巷至充填钻孔，长度约50m，因此，井下的主要充填工程量为75m，27

46、8m3。11 土建11.1 主要选用的规范规程建筑结构可靠度设计统一标准（GB50068-2001）；建筑工程抗震设防分类标准（GB50223-2004）；建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）；建筑结构荷载规范（GB50009-2001）（2006版）；混凝土结构设计规范（GB50010-2002）；砌体结构设计规范（2002年局部修订）（GB50003-2001）；建筑抗震设计规范（GB50011-2001）；钢结构设计规范（GB50017-2003）；门式钢架轻型房屋钢结构技术规范（CECS102：2002）；冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018-2002）；构筑物抗震设计

47、规范（GB50191-93）；11.2 工程地质本工程建设场地属中低山区，地势平缓，海拔高度为5m左右。根据已有资料，本工程建设场地表土层、风化层厚，表土层含水丰富。要求建设单位在厂址确定后，首先进行工程地质详勘，以取得确定结构设计的基础资料。工程地质勘探的要求为：1、本工程为包括钢结构尾砂仓、水泥仓及辅助厂房的充填站，其中尾砂仓高25m，自重100t，装满尾砂重约1300t，水泥仓高25m，自重40t，装满水泥重约300t。根据充填工艺配置要求，充填料制备站场地平整范围长43m，宽29m，面积1247m2，其中的四个尾砂仓交替装满尾砂、放空尾砂，对地基的作用力也随之变化。2、查明场地与地质的

48、稳定性，地层的类别，厚度和坡度，持力层和下卧层的工程特性。3、查明基岩的构造、岩性、风化程度及其厚度和起伏变化。4、提供满足基础设计、基坑设计、施工所需的岩土技术参数。5、提供各土层桩的摩阻力和持力层端阻力。6、提供地震设计所需的场地土类型及岩土的地震稳定性评价。7、对岩土工程进行评价和建议。对基坑开挖、边坡稳定性进行分析，提出基坑支护方案、施工降水可行性及其影响。8、查询地下水埋藏情况、类型、水位及其变化，判断地下水对建筑材料的腐蚀性。9、勘探孔不宜少于9个。10、未尽事宜均按岩土工程勘察规范（GB50021-2001）等有关规范、规定执行。11.3 建筑设计充填料制备站设计长43m，宽29

49、m。在两套系统之间一楼设配电间、仪表操作间、压力机及试块制作室等，二楼设办公室和会议室。12 采场充填采矿方法为多矿体组合盘区上向水平分层点柱充填采矿法，该采矿法将矿段分成采场由下向上逐层回采充填，在有两帮围岩或点柱柱支撑的矿石顶板下回采作业，以充填体作为工作平台，崩落矿石采用小型铲运机铲运至采场溜井。设计采幅3.3m，分两层或三层进行凿岩落矿，达到设计采幅后，进行采场矿石清理，即可根据充填的要求，进行充填准备及充填作业。在分层联络巷砌筑充填挡墙，充填管道从每个采场的充填回风井进入采场进行充填，并为下一分层的回采留2.0m左右的作业空间。采场充填可分为人工假底和分层充填。人工假底：为-200m