郑家坡铁矿充填系统设计

郑家坡铁矿井下开采综合技术争论充填设计方案长沙矿山研究院国家金属采矿工程技术争论中心邯邢冶金矿山治理局郑家坡铁矿20231长沙矿山研究院国家金属采矿工程技术争论中心院 长：主管副院长：国家采矿工程中心主科技部部长：国家采矿工程中心副项目负责人：

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治理郑家坡铁矿局 长：总工程师：生产技术部主任：生产技术部副主任：

刘乔陈超矿长：赵运欢主管副矿长：霍志勇矿总工程师：马运时技术科长：邢志强主要争论人邢志强

郝凤才

马运时\*ROMAN\*ROMANII目录\l“_TOC_250031“概述 1\l“_TOC_250030“充填方案及其工艺选择 5\l“_TOC_250029“充填材料选择 5\l“_TOC_250028“充填方案及其工艺选择 5\l“_TOC_250027“充填材料试验 8\l“_TOC_250026“充填系统方案 9\l“_TOC_250025“全尾砂储存供料线 11\l“_TOC_250024“水泥储存给料线 11\l“_TOC_250023“调浓水供给线 12\l“_TOC_250022“充填料浆制备与输送 12\l“_TOC_250021“系统自动掌握 12\l“_TOC_250020“系统运行参数 13\l“_TOC_250019“充填系统参数计算 13\l“_TOC_250018“充填料制备 15\l“_TOC_250017“充填站址 15\l“_TOC_250016“砂仓、水泥仓 16\l“_TOC_250015“搅拌系统 18\l“_TOC_250014“浓密与分级 18\l“_TOC_250013“充填的关心设施 18\l“_TOC_250012“充填料输送 20\l“_TOC_250011“计量与掌握 24\l“_TOC_250010“8通讯 27\l“_TOC_250009“供配电 27\l“_TOC_250008“充填井巷工程 28\l“_TOC_250007“11土建 29\l“_TOC_250006“主要选用的标准规程 29\l“_TOC_250005“工程地质 29\l“_TOC_250004“建筑设计 30\l“_TOC_250003“采场充填 31\l“_TOC_250002“本钱与投资 33\l“_TOC_250001“投资估算 33\l“_TOC_250000“充填本钱估算 34郑家坡铁矿井下开采综合技术争论充填设计方案长沙矿山争论院郑家坡铁矿井下开采综合技术争论充填设计方案长沙矿山争论院99国家金属采矿工程技术争论中心概述共有五个矿体，自下而上编号分别为Ⅰ、Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅲ1、Ⅲ2，其中57.6％，其次为Ⅱ2。自南向北分布于＋5101700353372646.629.61Ⅰ号矿体6～+1034240标高-35～-337170020060032°，倾向南东，+80°～12°之间，+813°～38°之间。矿体呈现分支复合现象。21.011.149.1663.61％，属于形态简单程度中等矿体。矿石平均品位28.6721.90％，属于有用组份分布均匀型矿体。Ⅰ号矿体资源量〔332+333〕1544.7Ⅱ16～7315253标高-248～-31045018534°，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。29.9317.15％，属于有用组份14.691.108.2362.69％，属于形态简单程度中等矿体。Ⅱ1〔332+333〕243.8Ⅱ2分布于+8～+1032565存标高-60～-32080022030°，21°～38°之间，矿体呈现分支复合现象。31.3016.72％，属于有用组份15.702.518.9265.87％，属于形态简单程度中等矿体。Ⅱ2〔332+333〕617.5Ⅲ1分布于+5～+7295170存标高-165～-29098007542024030°，0°～10°之间，矿体呈现分支复合现象。28.0723.14％，属于有用组份分布均匀型矿体。矿体最大真厚度8.841.153.5766.48％，属于形态简单程度中等矿体。Ⅲ1〔332+333〕224.25〕Ⅲ2分布于+8～9244106标高-101～-2392406021°。28.293.751.592.672〔332+333〕17.520～40％，一般20～30％，多为半自形，局部自形或他形粒状，0.1～0.40.5～1.50.004～0.01主要有害杂质SiO243.3～52.947.2％；S0.860.13％，平均含量为0.42％；P0.05～0.1％，平均含量为0.07％，其中硫含量的凹凸与黄铁矿相关。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RQD26～45％，岩石质量劣等，岩体完整性差，其稳定性较差到中等。量中等，岩体完整性中等，其稳定性中等。矿层：磁铁矿RQD60～90％，矿石质量等级为好的，矿体较完整，其稳定性中等。工程地质条件属中等简单类型。矿床水文地质条件中等简单类型，矿体位于地下水位标高以下，有村庄、大路和农田，采后地表不允许塌落，且必需掌握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。8160m12＃措施井与北风井，在首采范围内先形成生产系统，一期的生产力量为45t/年，＋88160m作为矿山的后续投产工程。深部开拓设三条竖井：主井、副井及南风井，主、副井承受集中布置，井下承受联合井底车场。最终生产力量80t/年。6-80作安全矿柱〔设计。-160m2-5作业。待采区斜坡道施工至-152m70.75m³2#措施井井底车场，经箕斗提出地表。前期开采将承受对角式通风系统，北风井进风，1#措施井回风。在-160m2023磁滑轮干选，以提高入选品位，降低生产本钱，干选精矿经两段阶段磨矿〔最终磨矿细度为-20080%〕三次磁选，生产出含铁65%的填，剩余局部排至尾矿库。11.258%，承受NZG-3835%左右。充填方案及其工艺选择充填材料选择料是一般硅酸盐水泥，以及近年来开发的高水固化剂、矿渣胶结剂、〔江砂、海砂、碎石集料和磨砂等。降低充填本钱是提高充填采矿法经低充填材料本钱是降低充填本钱的有效途径。废石及选矿厂尾砂，掘进废石经裂开加工可作为建筑材料综合利用，58.665%，矿山四周有多家水泥厂，交通运输便利。325充填方案及其工艺选择的膏体充填技术。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27μm，+27μm〔粗砂〕用于井下充填，-27μm入尾矿库。该工艺的优点为：①充填力量较大，操作治理简洁；②充填倍线大，充填范围广；度尾砂胶结充填比较，一样水泥耗量，强度较高〔假设不产生离析；④对全尾砂粒级要求不严格，分级简洁。缺点为：2m/s上，即使在较高浓度下输送，充填料浆充入采场后仍需脱水，引起尾而使充填质量降低、整体性变差。②因产生离析现象，将铺张大量的水泥，污染巷道，增加排水排泥量，降低了矿山整体经济效益；③简洁堵管。的具体表达。国内外试验争论结果公认膏体的配料中-20μm15%。膏体充填由于充填料浆的浓度高〔大多在75，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，但大多由于设备因素停用或者使用效率低。该工艺的优点为：①采场不需排水，不离析；②一样水泥量，充填体强度高；72④用泵送可以适应不利的矿体条件。缺点为：①使用泵送，基建投资较高，操作治理较简单；②因浓度较高，必需泵送，目前设备仍未过关；③对充填料的粒度配比要求严格。长沙矿山争论院是全国最早从事充填技术争论的科研院所之一，1990高浓度尾砂构造流胶结充填技术。进展自流或自流为主输送，充填料浆进入采场后不脱水、不离析。高浓度尾砂构造流胶结充填抑制了低浓度尾砂胶结充填和膏体充填的缺点，吸取了其优点，提高了充填质量，降低了运营本钱。目前在已在南京铅锌银矿、山东张马屯铁矿等矿山相继使用，效果良好。因此，郑家坡铁矿宜承受全尾砂-水泥为充填材料的高浓度尾砂构造流胶结充填。充填材料试验填材料试验，充填材料试验内容包括：全尾砂物理参数测定及其粒级组成测定对全尾砂进展取样，测定比重、容重、孔隙率、自然安眠角及其粒级组成。全尾砂胶结充填配比优化试验及相关参数测定强度要求供给最正确充填浓度和配比。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展坍落度测定及L〔τ0η，分析计算其管道输送阻力，为充填系统设计供给输送方式、流速、输送管道内经和可实现顺当输送时的充填倍线。„„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，充填系统在允许的状况下，一般承受集中配置，以便于集中治理，削减操作人员，从而降低费用。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4-2。选厂尾砂选厂尾砂水泥或矿渣胶结剂浓密过滤给料再造浆计量及调整中间料仓放砂计量调整一段搅拌二段搅拌充填钻孔井下管网采空区图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争论充填设计方案 砂仓屋顶尾砂输送管溢流口进砂缓冲箱尾砂仓顶砂仓屋顶尾砂输送管溢流口进砂缓冲箱尾砂仓顶造浆操作平台料位计收尘器 过滤箱排水阀检查孔溢流管水泥仓顶钢制尾砂仓钢制水泥仓吹灰管压气造浆喷嘴反冲水阀电动调整阀冲洗水阀放砂阀放砂管电磁流量计手动调整阀电动调整阀闸板阀电磁流量计双管螺旋给料手动调整阀 尾砂进料斗调浓水路双轴搅拌机螺旋电子秤电磁流量计γ射线浓度计高速搅拌机水吊泵下料斗测量管钻孔下料口±0m充填泵排污池钻孔国家金属采矿工程技术争论中心郑家坡铁矿井下开采综合技术争论充填设计方案长沙矿山争论院郑家坡铁矿井下开采综合技术争论充填设计方案长沙矿山争论院1919国家金属采矿工程技术争论中心全尾砂储存供料线首采段-120m、-160m478.3445/8058.665%，矿山首采段年产尾砂26.4万吨33.332t/，深部年产尾砂46.9万吨59.257t/，11.258%。经过NZG-3835%。矿山尾砂浆承受一台型号QGB-150/6.150m3/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砂料浆输送至充10m10m，锥底角度30°，850m3，四个砂仓交替进砂和充填，以充分置进砂缓冲装置。在进砂过程中，同时通过仓顶溢流口进展溢流。砂用。量由电动夹管阀进展调整。水泥储存给料线选用一般硅酸盐水泥〔325〕作为胶结剂。散装水泥由散装水泥杂物进入水泥仓，吹灰管上设置有过滤装置。散装水泥仓直径5.0m，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。转变水泥给料量，以满足不同灰砂比及生产力量的要求。调浓水供给线动调整阀进展调整。充填料浆制备与输送搅拌机。搅拌机选用双卧轴搅拌机+高速活化搅拌机两段连续搅拌。浓度适中、流淌性良好的充填料浆，而进入测量管。测量管上安装有电磁流量计及γ射线浓度计以检测充填料浆流量和浓度。便于冲洗管道，下料斗设置有格筛、冲洗水阀及钻孔排气孔。系统自动掌握参数进展检测和调整，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：γ射线浓度计检测。水泥仓料位：雷达料位计检测。系统调整的参数有：水泥给料量：变频调速器调整，掌握室手动操作或自动调整。调浓水量：电动调整阀调整，掌握室手动操作。系统运行参数充填料浆制备输送力量 60～80m3/h充填料浆浓度 70%±1%系统连续稳定运行时间 8～10h系统一次最大充填量 600～800m3灰砂比 可调充填体强度满足采矿作业要求。充填系统参数计算〔1〕充填料浆用量年需充填体积Va

QZQ——年矿石产量，深部Q=800000γ——矿石体重，γ=3.43t/m3Z——采充比，取Z=1。代入上式得V

=233236m3=23.3万m3a日需充填料浆体积VQ akkd T 1 2T——年工作日数，T=330kk1

=1.11kk2

=1.052代入上式得，Q=816m3/d按充填系统制备输送力量603/h600～800m3计算，设立2系统每日平均纯运行时间为t=816÷〔60×2〕=6.8h充填料制备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-120m+5m-280m5.1充填站址郑家坡铁矿床由五个矿体组成，矿体呈层状、似层状，以单斜形式平行排列或斜列产出，产状与围岩全都，层位稳定。矿体埋藏浅，15002005矿山征地范围主要为：北风井工业场地、南风井工业场地、1#2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4.61#措施井工业场地、2#措施井工业场地、主副井工业场地。依据矿体的赋存状态和开采方案，前期开采对象为+8-160m北风井形成独立的开拓系统，深部利用中心主副井和南北风井开拓。1#措施井工业场地、2#措施井工业场地、主副井工业5-1。水平主副井工1#措施井2#措施井水平主副井工1#措施井2#措施井备注业场地工业场地工业场地-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#2#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2#措施井工业场地，必要留安全矿柱，削减了可采矿量，且充填站离选矿厂较远。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，治理便利；充填站位于整个矿体的中部，充填管线短捷；深部能重力自流输送，削减能耗。经上所述，充填站建于主副井工业场地的副井南侧，紧挨大路。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。方或填方进展构筑，用于储存干物料，其构造简洁，造价低、易调整充填浓度，可保证高浓度输送的需要，但常常是用电耙不连续供砂，〔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将砂放空，放砂浓度波动，满仓时浓度高，后期浓度降低。〔重量浓度为60～7270～80%。但其构造简单，造价较高。砂仓由仓顶构造、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及仓座等五局部组成。承受一般硅酸盐水泥〔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，出仓流淌性好。散装水泥仓直径5.0m，总高约21m，有效容积200m3，260t，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。转变水泥给料量，以满足不同灰砂比及生产力量的要求。搅拌系统双轴搅拌机+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，活化性能，大大改善充填物料的流淌性。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γ射线浓度计检测后进入充填钻孔。浓密与分级分布良好，全尾砂充填即可满足矿山开采的要求，尾砂不需要分级。11.258%，承受NZG-30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65%左右。充填的关心设施充填的关心设备包括有：放砂系统、生产用水、砂仓溢流水等。数量及放砂用气量见表。60～80m3/h50m3/h。3565%左右，每套系392.31m3/d，784.62m3/d。需或污水处理池。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。设初期充填时的关心脱水管。少量溢水通过采场联络巷排走。充填料输送发生相对移动，只有润滑层的速度有变化。因此其流淌阻力小，可在肯定范围内实现自留输送。-160m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。泵供给压力，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、配管的简单程度、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简单得多。泵压输送将留意以下问题：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。满管输送。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。钻孔口需设置放气装置。充填后清洗泵送管路。平、-280m-240m〕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，流程相对简洁。而前期浅部开采充-120m水平最大充填倍线为9.-160m水平为7.-200m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-160m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-160m地表加充填泵，充填料浆到达充填钻孔后为开放式进料。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-160m在地表加充填泵。水平充填回风平巷中的充填管输送，在地表加充填泵。6-1。管内流速、压力和满管状态方面难度更大。在此，选择在地面局部加大；方案三、四充填料浆在经搅拌活化后直接泵送至地表管道、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。流输送至各采场，工艺相对简洁。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：郑家坡铁矿井下开采综合技术争论充填设计方案长沙矿山郑家坡铁矿井下开采综合技术争论充填设计方案长沙矿山方案 方案一方案描述通过位于充填站的充填钻孔和中段充填联络巷方案 方案一方案描述通过位于充填站的充填钻孔和中段充填联络巷充填回风平巷方案二通过布设于地表的充填2#措施井工业场-120m水平充填回风平巷方案三主副井工业场地东北角充充填联络巷中的充填管输送至充填回风平巷411+125+185=721m井，-12平巷中至2#措施125+489=614m668+125+11=804m624+125井管线长度钻孔长度125m125m125m0m井下充填联489m，1815m3(2×2)，至11m185m,686m30m巷工程量9336m，1247m3充填倍线9.56.18.08.1泵送方式地表加泵至2#地表加泵，在充填料浆进地表加地表加泵，钻孔底部压力自流至井下，泵送工艺最入钻孔时，赐予初始压入钻孔较大简洁力，钻孔底部压力较大力，钻优点技术牢靠，仅需在地表或技术牢靠，工程量省，仅技术牢靠，工程量较省，工程量井下用充填泵局部加压。需在地表加充填泵增压。需在地表加充填泵增压。充填泵缺点充填联络巷长，工程量较地表管线布置不能影响地表管线布置不能影响地表管大。已有水管气管电缆等，存已有水管气管电缆等，存已有工在冬季防冻问题。充填管在冬季防冻问题。治理较量和服线需经过两工业场地之不便利。矿山安间的大路，治理不便利。穿过非国家金属采矿工程技术争论中心郑家坡铁矿井下开采综合技术争论充填设计方案长沙矿山郑家坡铁矿井下开采综合技术争论充填设计方案长沙矿山 图6-1 前期充填料浆输送路线示意图国家金属采矿工程技术争论中心郑家坡铁矿井下开采综合技术争论充填设计方案长沙矿山争论院郑家坡铁矿井下开采综合技术争论充填设计方案长沙矿山争论院2929国家金属采矿工程技术争论中心表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#措施井工业场地北4.02#措施井工业场地-160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承受两条不同的输送方式和路线80m输送路线上将充填料浆泵送至充填钻孔处。承受井下充填井输送。后期充填的充填钻孔的起始位置为：+5m～-280m。41X=4082881.914Y=40461685.3562X=Y=3X=4082881.914Y=40461699.3564X=Y=地面充填料浆输送管道承受φ133×14mm1～3m，并保持坡度平缓，地面管线布置将沿着墙内侧至主副井工业场地东北角，出围墙，沿大路至矿山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，并各中段主运输巷可承受φ133×10mm110mm100mm计量与掌握此充填站主要需掌握各材料的流量和浓度以及混合后的浓度。水泥仓下料量的监测稳定。砂仓放料监测电磁流量计进展监测。放料浓度监测放料浓度承受γ的放砂浓度得到恒定。通讯。直拨应与矿山内部接通。供配电398kw，9-1。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145kw3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398kw充填井巷工程2#措施井-120m25m2.0×2.0m〔断面积3.71m在-280m50m，75m，278m3。土建主要选用的标准规程《建筑构造牢靠度设计统一标准GB50068-2023；《建筑工程抗震设防分类标准〔GB50223-2023；GB50007-2023；GB50009-20232023版；〔GB50010-2023；《砌体构造设计标准2023年局部修订GB50003-2023；GB50011-2023；〔GB50017-2023；《门式钢架轻型房屋钢构造技术标准〔CECS102023；《冷弯薄壁型钢构造技术标准〔GB50018-2023；〔GB50191-9；工程地质5m设计的根底资料。工程地质勘探的要求为：1、本工程为包括钢构造尾砂仓、水泥仓及关心厂房的充填站，25m100t，装满尾砂重约1300t，水泥仓高25m，40t，装满水泥重约300t。依据充填工艺配置要求，充填料制备29m1247m2，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、供给满足根底设计、基坑设计、施工所需的岩土技术参数。5、供给各土层桩的摩阻力和持力层端阻力。6、供给地震设计所需的场地土类型及岩土的地震稳定性评价。7、对岩土工程进展评价和建议。对基坑开挖、边坡稳定性进展分析，提出基坑支护方案、施工降水可行性及其影响。8、查询地下水埋藏状况、类型、水位及其变化，推断地下水对建筑材料的腐蚀性。9910、未尽事宜均按《岩土工程勘察标准〔GB50021-2023〕等有关标准、规定执行。建筑设计43m29m。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。采场充填小型铲运机铲运至采场溜井。3.3m，分两层或三层进展凿岩落矿，到达设计采幅后，2.0m充填可分为人工假底和分层充填。人工假底：为-200m5.3m