T-CIECCPA 008-2024 磷石膏综合利用矿山充填技术规程

ICS73.020 IT/CIECCPA008—2024 II 12规范性引用文件 13术语及定义 14总体要求 25材料要求 25.1原材料 25.2材料存储要求 25.3材料检测要求 36设计要求 36.1选址要求 36.2平面布置要求 36.3胶结充填设计要求 46.4非胶结充填设计要求 57施工要求 57.1胶结充填材料施工要求 57.2非胶结充填材料施工要求 77.3施工质量检测 78监测要求 88.1充填材料监测要求 88.2充填区环境监测要求 8T/CIECCPA008—2024本文件按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国工业节能与清洁生产协会提出并归口。本文件起草单位：贵州磷化（集团）有限责任公司、贵州川恒化工股份有限公司、中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司、宜都兴发化工有限公司、中南大学、四川绵筑新材料有限公司、飞翼股份有限公司、天宝动物营养科技股份有限公司、宜昌邦普宜化新材料有限公司、云南磷化集团有限公司、云南云天化环保科技有限公司、湖北三峡实验室、安徽港好江南生态环境科技有限公司、湖南宇泰重工有限公司、云南省生态环境科学研究院、中蓝连海设计研究院有限公司。本文件主要起草人：杨步雷、袁亚平、王佳才、李剑秋、赵谊、吴维兴、郑光明、李防、陈秋松、张钦礼、胡瑾、邓向辉、姜寄、肖崇春、蒋威杰、徐韦洪、何松涛、粟宇、张本奎、杨明、李泽刚、阮丁山、王皓、罗烨、罗鸿、胡川、杜令攀、郭永杰、郭旭东、钟晋、池汝安、习本军、胡凌、宋飞、张伟、肖海艳、陈异晖、吴文卫、陈柯臻、孙群富、陈峙东。1T/CIECCPA008—2024磷石膏综合利用矿山充填技术规程本文件规定了磷石膏综合利用术语及定义、总体要求、材料要求、设计要求、施工要求及监测要求等内容。本文件适用于矿山井下采空区充填、露天坑生态充填等工程。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T5484石膏化学分析方法GB/T17669.4建筑石膏净浆物理性能的测定GB/T23456磷石膏JGJ/T70建筑砂浆基本性能试验方法标准3术语及定义3.1充填系统fillingsystem用于采集、加工、贮存充填材料并制备成充填材料，输送至矿山充填区充填的设备、设施、构筑物的总称。3.2充填材料fillingmaterial包括胶结充填材料及非胶结充填材料，胶结充填材料指采用磷石膏、水泥、无水石膏、粉煤灰、磷尾矿渣、砂石骨料、外加剂等一种或几种材料制成的充填材料，非胶结充填材料以净化磷石膏为主要原料。3.3充填料浆backfillslurry胶结充填材料与水混合形成的浆状物。3.4料浆质量浓度slurryconcentration充填料浆中固体质量所占的百分比。2T/CIECCPA008—20243.5充填倍线thepipelength-backfillingdepthratio充填制备站到充填工作面的管线总距离与充填制备站到充填工作面的总高差的比值。3.6临界流速criticalvelocity固体颗粒由悬浮状态转为在床面滚动或滑动时的流速，又称临界不淤流速。3.7净化磷石膏purifiedphosphogypsum采用改性材料对磷石膏进行处理，处理后特征污染物满足相应环境指标要求的磷石膏。3.8充填作业点Fillingoperationlocation充填料浆输送到达的最后作业地点。3.9充填制备站FillingPreparationstation将充填材料制备成充填料浆，并具备输送条件的设备、设施、构筑物的总称。4总体要求4.1矿山充填前应对充填区及其周边区域开展环境现状调查，并开展环境风险评估工作，确保环境风险可控。4.2应根据充填区所处区域的自然地理条件、生态恢复和环境治理技术及经济条件，兼顾安全性、经济性、适用性采取经济可行的充填方案。4.3矿山充填后应保证矿山运行安全，保持充填体及周围边坡稳定，不造成环境污染。4.4建立运行管理及环境污染监测制度，分区建立材料来源及材料特征指标参数，并开展环境污染监测及资料分析工作。5材料要求5.1原材料5.1.1磷石膏磷石膏应符合下“表1”参数要求。GB/T23456-2018附着水（H2O湿基）/%二水硫酸钙（CaSO4•2H2O干基）/%3T/CIECCPA008—20245.1.2其他充填材料水泥采用普通硅酸盐水泥，无水石膏、粉煤灰、磷尾矿渣等材料满足充填环境要求，外加剂根据需要选择早强剂、减水剂、泵送剂等其中的一种或多种。5.1.3砂石骨料当需要添加砂石骨料时，骨料粒径、含水率等质量指标参数应保持相对稳定，质量应符合GB/T1596-2017标准要求。5.1.4拌合用水拌合用水采用就近取水，对充填管线无腐蚀，不改变充填料浆物理化学性能。5.2材料存储要求5.2.1磷石膏、骨料宜采用封闭/半封闭的堆场或料仓短期存储，受潮后禁止使用。5.2.2水泥、无水石膏等胶凝材料应采用料仓密封存储。5.2.3粉状改性材料应采用料仓密封存储，液态改性材料应采用罐装储存。5.2.4拌合水宜采用高位水池存储。5.3材料检测要求5.3.1磷石膏磷石膏按5000t为一批，不足5000t按一批计。5.3.2其他充填材料水泥及无水石膏按500t为一批，不足500t按一批计；除水泥及无水石膏以外的其他材料根据需要检测。6设计要求6.1充填作业点选址要求6.1.1充填矿井选址应满足下列要求：a)满足架设充填管道要求；b)便于充填隔离挡墙施工；c)便于预设充填滤水管；d）有足够的充填空间；e）充填采空区底板及顶板应稳固。6.1.2充填矿坑选址应满足下列要求：a)所选场地不得位于生态红线区域、自然保护区饮用水水源保护区、基本农田保护区以及其他环境敏感区域之内；b)充填区底部无影响矿坑充填稳定性的采空区及大型岩溶管道发育；c)所选场地水文地质条件简单，环境风险可控。6.2充填制备站平面布置要求6.2.1场地平面布置应按照充分利用地形坡度、台阶式布置、缩短运距、减少能量消耗及工程投资的原6.2.2场地平面布置应满足下列要求：a)严格执行国家有关的标准、规程、规范；b）站址不受地下开采活动的影响，材料制备站应避开地表岩石移动范围及其他不稳定区域；4T/CIECCPA008—2024c）方便磷石膏从堆场或磷化工厂运输至制备站；d）有足够的工业场地和稳定的水、电供应；e）尽量不新征土地或少征土地；f）高度重视环境保护和水土保持、要保证充填系统在服务年限内的安全；g）满足充填料浆输送要求，并考虑矿山和地面能力扩大后适当增加充填能力；h）工艺要尽可能简易可靠；i）材料制备站应与充填站协同布置。6.3胶结充填设计要求6.3.1设计内容a）胶凝材料充填设计主要包括原材料给料系统、充填料浆搅拌制备系统、充填料浆管道输送系统及充填料智能控制系统等；b）充填材料料浆比重、pH值、充填料浆的质量浓度、扩散度、凝结时间及泌水率等参数确定；c）料浆比重宜控制在1.38-1.42，pH值≥8；d）料浆的质量浓度≥48%；e）自流输送时充填料浆的扩散度宜控制在440～780mm，加压泵送时充填料浆的扩散度宜控制在350～420mm。f）充填料浆的凝结时间：初凝时间不少于8h；终凝时间不少于16h。g）充填料浆的泌水率宜控制在20%～50%。6.3.2原材料给料系统a)原材料给料系统包括磷石膏材料存储与输送计量系统、胶结材料存储与输送计量系统、其他添加材料存储与输送计量系统、拌合水存储与输送计量系统；b)各系统之间应互联互通，实现协同响应。6.3.3充填料浆搅拌制备系统a）搅拌系统主要由搅拌罐、搅拌叶片、传动机构和控制系统组成；b）传动结构保证搅拌叶片按规定的方向和速度运转，控制系统按程序自动控制。6.3.4充填料浆管道输送系统6.3.4.1充填料浆输送优先采用自流的输送方式，在无法满足自流输送条件时采用加压泵送的方式。6.3.4.2通过计算充填倍线和输送阻力损失的方式选择充填方式。充填倍线小于6且浆体本身因高差所具有的势能大于输送阻力损失时，采用自流输送的方式；充填倍线大于6或浆体本身因高差所具有的势能小于输送阻力损失时，采用加压泵送的输送方式。6.3.4.3临界流速控制方式。自流输送时，管道内充填料浆的流动速度必须大于浆体的临界流速，宜在3m/s~3.5m/s；加压泵送时，管道内充填料浆的流动速度须在经济流速范围，宜在1.2m/s~1.8m/s。6.3.4.4经过搅拌系统制备而成的充填料浆采用加压泵送工艺时，依次经过加压泵、地表/地下充填管道/充填钻孔至采空区或露天坑。6.3.4.5充填管道的内径需与充填能力匹配，保障充填料浆的流速稳定。一般可根据下式计算充填管道内径DI：…………………式中：D1—充填管道内径Qh—充填系统小时充填能力；5T/CIECCPA008—2024v—管道工作流速。6.3.4.6管道壁厚以管道承压计算，根据压力管道规范，受内压直管的厚度计算公式为：ts=2([σts=2([σ]tEJ+PY)……………（2）式中：ts——直管计算厚度，mm；P——设计压力；取管道最大承压的1.5倍，MPa；D0——管道外径，取无缝钢管常用的外径系列，mm；[σ]t——在设计温度下材料的许用应力，16Mn耐磨无缝钢管，室温下许用应力为163MPa；EJ——焊接接头系数，无缝钢管取0.9；Y——温度修正系数，取0.4。6.3.4.7充填加压泵选型所需的充填动力选择，一般略大于充填能力，泵送压力宜为所需充填动力的充填动力根据充填料浆输送阻力、输送距离等参数计算得到。充填料浆输送阻力通过对充填料浆流变参数（屈服应力、塑性粘度）的测定。6.3.5充填料制备智能控制系统a）系统应集动态称重、自动控制、计算机管理等先进技术于一体；b）系统具有配料效率高、配料准确度高、信息化程度高、管理功能完善。6.4非胶结充填设计要求6.4.1主要设计内容非胶凝材料充填设计主要包括场地整治、材料充填、生态复绿等。6.4.2场地整治a）场地修整应符合安全、经济、适用的原则；b）填充区域水平界限以上存在不稳定边坡时应先进行场地整治，场地整治后应保持边坡稳定。6.4.3材料充填设计要求a）材料填充前应对充填材料进行物理力学试验及环境指标检测试验，获取相关指标作为设计依据；b）填充材料含水率应控制在最优含水率-4%～4%偏差范围内；c）充填材料应进行分层压实，压实系数大于0.90；d）充填后边坡宜分级设置水平台阶，分级高度宜为5～10m。6.4.4生态复绿设计要求a）生态复绿后应场地安全稳定，并与周边自然环境和景观相协调，恢复土地基本功能；b）实现土地可持续利用，区域整体生态功能得到保护；c）充填体表面及充填顶部高程以上区域采用磷石膏基植生材料进行生态复绿；d）生态复绿应根据不同场地的气候特征、地域特征、人文特征等因素和需求，因地制宜的选择植被种类和方案；e）综合考虑植物配置、组成、密度等因素，确保恢复后的复绿场地生态结构合理、功能性强，避免出现生态退化现象。f）优先采用本土植物，维持植物群的生态平衡和物种多样性，丰富植物的多样化。6T/CIECCPA008—20247施工要求7.1胶结充填施工要求7.1.1施工准备a）了解当值班次工作计划任务，各个充填点充填方量；料浆配合比；原材料准备情况；通讯是否畅通；电力供应是否正常；充填站各个设备完好率情况；人员到位情况；开机时间；环境影响因素。b）启动主控电脑，检查各控制功能是否正常，设定好充填参数；确认监控视频是否正常，控制室是否正常，是否有异味（比如电缆烧焦味道等），保持控制室通风。c）充填场准备工作：充填封堵，并保持充填挡墙足够养护时间（混凝土挡墙10～14天；泄滤水装置安装；充填管道安装到位。7.1.2施工工艺流程充填材料应用工艺流程如图1所示。图1磷石膏充填工艺流程7.1.3充填操作a）中控室接到充填场可以充填的指令后，开启搅拌桶，注满清水（至设计液位）；b）开启搅拌桶排浆口，放出清水，清洗管道（润滑管道），在此过程中，保持搅拌桶进水状态；7T/CIECCPA008—2024c）充填场观察到管道出口有清水流出后，通知地面中控室进行充填；d）中控室接到充填场管道有清水流出的信息后，按顺序开启物料输送及计量系统，开始充填；e）充填场观察到已充填至设计高度后，通知中控室停止充填；f）中控室接到停止充填指令后，按顺序停止供料，同时开启注水程序。g）充填场观察到管道已无颗粒排出后，通知中控室停止注水，结束本次充填；h）如果充填结束后搅拌桶内仍残留料浆，应启动事故排放口，将料浆排出；i）如果采用进路充填，预先吊挂的充填管道不予回收，则将软管与主充填管道切割分离。7.1.4充填试验a）充填施工前应对充填管出料口的充填料浆取样并制成充填体试样进行检测，或对充填区的硬化充填体进行原位取样检测；b）根据现场取样试验检测结果与室内试验的充填体进行对比，根据检测对比结果调整工艺参数。7.1.5充填施工a）充填应分层间隔充填，b）充填后应确保充填矿房滤水系统正常运行，充填浆体表面干燥、不积水。7.2非胶结充填材料施工要求7.2.1施工准备a）充填施工前，基础工程应已经通过验收；b）充填材料来源已落实，充填材料物理力学指标及环境指标质量稳定；c）充填区底部无明显积水，充填区域四周已建排水设施。7.2.2施工工艺流程非胶结充填材料应用工艺流程如图7.2-1所示。图2非胶结充填材料应用流程7.2.3充填试验a）区各部位所选用的碾压设备及碾压参数均应有相应碾压试验资料；b）填前应进行现场生产性试验，确定经济合理的填料方法、铺料厚度、碾压方法、碾压遍数、含水率、压实厚度、行车速度等施工技术参数。7.2.4充填施工a）作业面应分层统一铺料，统一碾压，专人取样检验，严禁出现界沟；b）施工段的作业面需均衡上升，若不可避免出现高差时，要以1:3~1:5的斜坡连接；c）碾压机械碾压宜采用退错距法作业，应采用平行分段；d）相邻两段垂直碾压方向搭接宽度宜为0.3m～0.5m，平行碾压方向搭接宽度宜为1m～1.5m；e）机械不能碾压部位采用夯机夯实，夯迹搭接宽度不小于1/3夯径；8T/CIECCPA008—2024f）上层铺料前需对下层料进行刨毛以利于上下两层填筑料的连接；g）施工时控制含水率在允许范围内，确保压实效果。7.3施工质量检测7.3.1胶结充填质量检测要求a）充填料浆的比重、pH值检测频率按2h一次，充填料浆的质量浓度、充填体强度检测按料浆1万吨为一个批次，不足1万吨时为一个批次；b）充填料浆的比重检测采用固定体积容器盛装料浆称重法，pH值检测参照GB/T5484-2012第25章（离子选报电极法充填料浆的质量浓度检测采用烘干料浆中水分称重法（烘干温度50℃);c）充填体强度检测用标准试模（70.7mm×70.7mm×70.7mm）制作的充填体试件，在室内养护条件为常温（20℃~28℃)、常压（1个标准大气压）、常湿（相对湿度为55%～75%）条件下进行，具体指标参数如下：制作人工假顶时28天强度宜在4MPa以上，打底、胶面充填时28天强度宜在3MPa以上，一步骤胶结充填时28天强度宜在1.5MPa~2.5MPa，二步骤或嗣后充填时28天强度宜在0.3MPa~0.5MPa。7.3.1非胶结充填质量检测要求a）充填材料压实度检测应按照10