上下向进路胶结充填采矿法试验研究

上下向进路胶结充填采矿法试验研究

云南兴宏锦有限公司是一家大型联合企业，通过勘探、开采和精炼进行着。这是中国重要的铅、锌、铜基地。矿山深部设计开采范围内探明铅锌金属储量200多万t,矿体垂直埋深700~1200m,矿体走向长度150~300m,厚度5~40m,倾角60°~70°,矿石铅锌品位为25%~30%,且富含银、锗、镉等稀贵金属,矿石价值高,是国内乃至世界罕见的高品位特富矿。深部矿体的最大特点是矿岩破碎、原岩应力大和存在岩爆的可能,因此,深部矿体开采选择采用上(下)向进路胶结充填采矿法。开展全尾砂—水淬渣胶结充填技术研究的目的就是针对采矿方法的工艺技术特点及采矿方法对胶结充填体强度的要求,探寻经济合理的充填技术方案,并通过对全尾砂、水淬渣的资源化利用,实现矿山废弃物的零排放和建成清洁绿色矿山。为此,矿山进行了一系列的充填材料试验,并研究确定了膏体充填技术方案。1填充材料1.1矿山尾矿库和水淬渣场基本充填材料选择的原则是就地取材、供应充足、成本低廉和有利于矿山生产废弃物的处理。云南驰宏锌锗股份有限公司一直沿用粗粒级碎石水砂充填采矿法,在50多年的生产过程中,矿山积存了60多万t的选矿尾砂和100多万t的炼铅水淬渣,而且以每年25~30万t尾砂和水淬渣的排放量增加积存。大量的工业废物堆存在地表,既占用了土地又对环境造成污染,同时,受矿区地形的限制,尾矿库和水淬渣场已无法扩容,且矿区属于长江上游水土保持和环境保护区,工业废物排放和堆存受到严格限制。因此,选择以全尾砂和水淬渣作为基本充填材料。1.2全尾砂—充填材料物理化学性能测试对选厂全尾砂和冶炼厂炼铅水淬渣取样进行了充填材料物理化学性能的测试,测试的内容包括:全尾砂、水淬渣基本物理力学参数测定;全尾砂、水淬渣化学成分分析;全尾砂全粒级激光测定;水淬渣粒级筛分测定;全尾砂沉降试验;全尾砂—水淬渣不同配比充填料浆流动性(坍落度)测定等。测试研究结果见表1~表4。2用浆砌石和填充体强度试验2.1膏体充填料浆流变模型膏体充填技术是国外在20世纪80年代初期开发的矿山充填新技术。膏体充填是指具有良好稳定性、流动性的膏状充填料在重力或泵压作用下以柱塞流的形态输送的充填作业过程。膏体充填料的流变模型近似于宾汉姆体,其流动状态是非牛顿流体结构柱塞流。根据国内外的研究和经验,膏体充填料浆中-20μm颗粒的含量占重量比例的15%~20%,料浆坍落度在150~250mm。根据对全尾砂和水淬渣粒级分析测试的结果,在全尾砂中-20μm粒级占38.13%,当全尾砂∶水淬渣=75∶25时,全尾砂—水淬渣充填料骨料中-20μm粒级占22.88%,基本符合制备膏体充填料浆的骨料粒级组成要求。2.2全尾砂—充填料浆骨料配比确定根据全尾砂、水淬渣存量情况和全尾砂、水淬渣年产出量,从实现矿山废弃物的零排放和建成清洁绿色矿山的基本原则出发,计算全尾砂—水淬渣充填料浆经济合理的骨料配比应为全尾砂∶水淬渣=70~75∶30~25。因此,确定以全尾砂∶水淬渣=70~75∶30~25为骨料配比进行全尾砂—水淬渣膏体充填料浆及其强度试验。2.3尾砂水淬渣试验结果膏体充填料浆性能及充填体强度试验采用的全尾砂—水淬渣膏体料浆配比参数为灰砂比1∶4~1∶12,料浆浓度78%~82%(重量浓度),骨料配比为尾砂∶水淬渣=75∶25。试验结果见表5。从试验可以看出,灰砂比1∶4、1∶12时,膏体料浆试块的28d强度满足采矿方法对充填体强度的要求,4d料浆凝固,胶结体具有一定的初期强度。3石膏泵环管试验3.1充填管路系统泵送环管试验系统,根据国内外矿山膏体充填的经验和驰宏公司矿山膏体充填系统设计方案,泵送环管试验系统选用内径为ϕ178mm、ϕ150mm和ϕ124mm的无缝钢管,其管壁厚度分别为8mm、9mm和8mm。管道采用法兰联接,不同管道用变径管(δ10mm、L400mm)过渡,配曲率半径R600mm和R1500mm、R275mm的90°弯头(壁厚δ10mm)。根据矿山膏体充填系统的特点,环管试验系统中包含水平管道和上行垂直管道、下行垂直管道3种管道布置形式。同时,为了考察不同材质管道的阻力差异,在管路系统中布置了内径ϕ150mm、管壁厚度15mm的内补陶瓷管(陶瓷厚度5mm)(包括垂直管和水平管,配曲率半径R275mm、壁厚15mm90°弯头)。试验系统管路总长度为220m(包括垂直管、水平管、变径管和弯头),布置2环。3.2环管试验全尾砂75%、水淬渣25%、灰砂比1∶4~12料浆环管试验结果,见表6。3.3管道阻力的变化(1)传输流量与管道阻力的关系环管试验数据表示,膏体输送的管道阻力随料浆流量的增加而直线增大,并且随着浓度的变化而改变,见表7。(2)材料浆浓度对管道阻力的影响料浆浓度对管道阻力的影响十分敏感,膏体浓度增加1%,管道阻力增加50%~100%,特别是浓度较高的时候。(3)管道管道与管道阻力的关系在同一骨料配比的组方中,浓度、流量相同的条件下,管道阻力随输送管道直径的减小而增大。3.4泵压输送的性能全尺寸膏体泵送环管试验考察了胶结充填料浆在管道中静置一段时间后重新启动泵压输送的性能。全尾砂∶水淬渣为75∶25、灰砂比1∶8、浓度79.18%、坍落度25.2cm的胶结充填料浆,配制完成后,在管道中静置13h能够重新启动泵压输送,并在管道中再次静置11h实现第二次启动泵压输送。4充填流量试验和环管试验(1)充填骨料配比。全尾砂75%+水淬渣25%,灰砂比:1∶4~16,充填料浆塌落度:20~25cm,充填质量浓度:78%~82%,充填流量(流速):60m3/h~70m3/h,水平管道阻力0.4525×10-2MPa~1.4224×10-2M