甘肃某铅锌矿尾砂充填采空区的治理方案

甘肃某铅锌矿尾砂充填采空区的治理方案

尾砂是采矿后的不可避免产物，具有小粒径、大表面的特点。矿山产生的尾矿除极小部分被利用外，绝大部分存放在地表尾矿库中甘肃某铅锌矿现有尾矿库即将达到服务年限，新建尾矿库存在征地难、费用高，而且受地方政策限制，因此，寻求新的尾矿处置方式成为矿山亟待解决的问题。矿山主要采用浅孔留矿法进行开采，经过30多年的开采，目前井下存在大量采空区，标高在1780～1470m之间，总采空区体积在257万m1充填料浆的制备某铅锌矿选矿后产生尾砂约1500t/d，约62.5t/h。与之相匹配，充填系统处理尾砂量为62.5t/h。选厂产生的全尾砂自流进入浓密机给料筒，与絮凝剂制备设备泵来的絮凝剂充分混合，在浓密机内部快速沉降浓缩，底流质量浓度达到65%左右，从浓密机底部排出。底流经渣浆泵泵送至充填制备站厂的搅拌桶，与水泥或胶结料充分搅拌后制备成合格的充填料浆。对于部分采空区，充填料浆可以采用自流方式进行输送，同时配备2台渣浆泵，用于不能满足自流输送采空区的充填作业。2全尾砂密度、容重及孔隙率本次试验所用全尾砂取自本矿山选厂车间，采用比重瓶法测定矿山尾砂密度、容重和孔隙率。测试结果见表1。由表1可知，该铅锌矿的全尾砂密度较大，有利于沉降。采用Mastersizer2000激光粒度分析仪测试尾砂粒径结果见表2和图1。3砂胶结填充试验3.1灰砂比对料浆性能的影响本次试验选用水泥作为胶结料，为制备满足要求的充填材料（利于输送和胶结），本次试验选用五种浓度（62%、65%、68%、70%、73%）的尾砂，测试了在不同灰砂比（1∶4、1∶8、1∶12、1∶16、1∶20）情况下料浆的性能。利用该矿山提供的水泥及尾砂样品，共设计25组实验，主要检测充填料浆的凝结、沉缩、容重、坍落度和强度性能，为充填料浆浓度和配比的选择提供了依据。实验中充填料浆的配比见表3，试验结果见表4。3.2试验结论3.2.1尾矿浆沉降特性沉降试验表明，65%浓度的尾矿浆经过20h以上的沉降后水浆分界面才会停止下降，沉降特性较慢。停车再启动试验表明，65%浓度的尾矿浆在15%坡度的实验管段内未发生明显的水浆分离，也未发生明显的固体颗粒向下滑移的现象。流变特性试验表明，当浓度超过65%后输送阻力随浓度变化较大，65%左右是较适宜的尾砂输送浓度。3.2.2尾砂浓度根据本次充填配比试验，确定最佳的尾砂浓度及充填料浆的灰砂比，尾砂浓度定为65%。采用水泥为胶凝材料，根据以上试验结果，正常充填采空区时推荐灰砂比1∶12，充填料浆浓度约为67%，此时28d抗压强度约为0.12MPa，能够满足正常胶结。3.3充填材料试验本次试验选用新型胶结材料（碱激发胶凝材料）替代水泥作为胶凝材料，根据前述试验得出的结论，选用65%尾砂浓度，采用同利用水泥作为胶凝材料相同的试验方法分别检测充填料浆的凝结、沉缩、容重、坍落度和强度性能，试验结果见表5。4两种填充方案的结果分析4.1充填料浆凝结时间和强度1）从28d强度可以看出，在相同配比的情况下，采用新型胶结料配制的料浆比使用水泥配制的料浆强度提高4倍以上。2）相比利用水泥作为胶凝材料，掺加新型胶结料的充填料浆凝结较慢，在不同灰砂比的情况下，凝结时间均较长。制备的充填料浆随着灰砂比的降低，即胶结料的减少，凝结时间呈增加的趋势。3）由于凝结时间较长，料浆泌水时间较多，造成充填料浆沉缩较大。相比于利用水泥作为胶凝材料，利用胶结料的充填料浆沉缩变大。本次充填处理采空区对凝结时间和强度要求较低，只需要保证充填料浆正常胶结，而新型胶结料在满足同等强度的前提下，使用量大大降低。因此，推荐采用新型胶结料作为胶凝材料。4.2新型胶结充填材料根据上述试验，本次充填方案推荐采用65%的尾砂浓度，采用水泥作为胶结材料时，灰砂比选用1∶12,28d强度可达到0.12MPa。当采用新型胶结充填材料时选用灰砂比为1∶30,28d强度可达到0.16MPa。均可以满足本次充填体正常胶结。由表6可知，在满足充填体正常胶结的情况下，采用新型胶结材料作为胶凝材料相比采用水泥作为胶凝材料时的灰砂比更小，充填作业成本更低，降低了11.74元/m5新型胶结材料胶凝材料充填料浆配比1）本矿山尾砂浓度为65%左右是较适宜的尾砂输送浓度。2）水泥作为胶凝材料时，正常充填采空区时推荐灰砂比1∶12，充填料浆浓度约为67%，此时28d抗压强度约为0.12MPa，能够满足正常胶结。新型胶结材料作为胶凝材料时推荐灰砂比为1∶30，充填料浆浓度约为66%，