金川二矿区充填工艺优化及效益评价_贺发运

金川二矿区充填工艺优化及效益评价

贺发运

1,2

(1.昆明理工大学,　云南昆明　650093;2.金川镍钴研究设计院矿山分院,　甘肃金昌市　737100)

摘　要:金川二矿区高浓度细砂管道自流胶结充填工艺,为二矿区采富保贫、稳产高产做出了巨大的贡献。根据金川二矿区充填工艺现状并结合笔者多年研究成果和实践经验的体会,提出了对充填工艺进行优化的思路,即优化进路底部充填和进行井下固体废料资源

化利用,并对其经济效益做出了分析与评价。

关键词:充填工艺;胶结充填;固体废料资源化利用;优化

金川二矿区是金川镍矿的主力矿山。目前,二矿区采用机械化盘区下向分层水平进路胶结充填采

矿法,实行多中段大面积无间柱连续开采。采矿分段高为20m ,分层高为4m ,分层道设计净断面规格为4m ×4m ,进路典型断面规格为5m ×4m ,进路长度为40～70m 。二矿区产量现已突破300万t /a ,相应的充填量达到100万m 3

/a 。已回采进路充填分底部充填(灰砂比为1∶4)和上部充填(灰砂比1∶6)两部分。底部充填是为了形成较高质量的底部结构作为下分层进路回采的直接顶板,为满足采矿工程的需要,进路底部充填要求一次性不间断进行,形成整体性完好的底部结构。

在我国金属矿山胶结充填生产中,用灰量较高,灰砂质量配比(简称灰砂比)多为1∶8,1∶10,在国外可见水泥含量低的胶结充填,灰砂比达1∶20～1∶30。而金川二矿山由于采矿方法对充填体质量要求严格,为了回收顶底柱矿石,在矿块底部经常采用1∶4,1∶6的灰砂比,且充填骨料主要为戈壁集料加工的棒磨砂,因此金川二矿区充填费用偏高,有必要对充填工艺进行优化,以控制充填体质量和成本。金川矿山控制充填体成本的技术路线一直采用充填物料代用

[1]

,如采用干粉煤灰代用部分胶凝

材料水泥,采用选矿尾砂、冶炼水淬渣等代用部分骨料棒磨砂。从优化进路底部充填和井下固体废料资

源化利用两个方面对充填工艺进行优化,并对其经济效益进行了分析。

1　充填工艺与充填体局部稳定性问题

金川二矿区目前配套有2个充填站。第1充填搅拌站现使用3套充填系统,每套系统实际制浆能

力为100m 3

/h ,两套系统同时生产,另一套系统备用。采用高浓度(78%±1%)料浆管道重力自流输送工艺,充填原料主要为粒径小于3mm 的棒磨砂、

强度等级32.5的散装普通硅酸盐水泥[2]

和水。充填搅拌站采用计算机集散控制系统,它集控制、管理于一体,操作性较强,可靠性较高。第2充填搅拌站有尾砂、棒磨砂、粉煤灰和水泥“四合一”混合料高浓度重力管道自流输送系统两套,尾砂、粒径小于3mm 棒磨砂、粉煤灰及水泥混合料膏体泵送系统一套。每套自流系统实际制浆能力为100m 3

/h ,膏体泵送系统制浆能力为60～80m 3

/h 。

金川二矿区应用胶结充填采矿法多中段大面积连续开采,矿山潜存着充填体的局部稳定性问题和区域稳定性问题。从充填体区域稳定性来讲,控制充填体质量无疑有利于围岩的稳定并可有效遏制开采区域围岩的位移量和位移速率,亦可预防充填体发生大面积的整体失稳和灾变。从充填体局部稳定性来讲,充填体质量的好坏与回采安全、采矿成本、矿石损失贫化等关联性强。充填体质量局部稳定性对人身、设备安全有举足轻重的影响,它的表现形式主要为顶板充填体冒落、脱层和掉块。因此,改进进路底部结构即承载层质量是充填工艺优化和控制的关键所在。

下分层充填体顶板稳固性、安全性主要与其底部充填体实际高度、有无分层现象(弱面)、强度指标、进路宽度、受力状态、暴露时间等因素有关。对于金川二矿区而言,为满足采矿工程的需要,进路底部充填要求一次性不间断进行,以形成整体性完好的底部结构;承载层厚度即进路底部充填通常设计厚度为1.5～2.0m ,设计单轴抗压强度为5MPa 。

ISS N 1671-2900CN 43-1347/TD 采矿技术　第5卷　第4期M i ning Te chno l ogy ,V o.l 5,N o .4

2005年12月

D ec .2005

DOI 牶牨牥牣牨牫牳牪牳牤j 牣cn ki 牣ckjs 牣牪牥牥牭牣牥牬牣牥牥牫

2　金川二矿区充填工艺的改善与优化

2.1　进路底部充填工艺的优化方法探讨

2.1.1　进路底部充填存在的缺陷及原因

(1)受充填料浆流动性限制,进路底部充填量偏多而且局部充填体质量较差。在进路内充填料浆的流动性受浓度、灰砂比、骨料粒径和表面粗糙度、进路坡度等因素影响。金川二矿区充填实践表明,充填料浆在进路内合理的自流距离约为30m;当超过30m时,料浆流动性变差且易发生离析现象。充填长度为40～50m的已回采进路时,常将充填管头置于距端部5～8m处,这样有两个缺陷:一方面因料浆离析造成局部充填体强度较差,远离充填管头落料点的一端进路一次性底部充填高度不足1m,造成下分层充填体顶板稳固性较差;另一方面,进路底部充填时灰砂比为1∶4,充填料浆量往往较设计偏多,造成充填材料费上升。主要原因:一是充填料浆在进路内流动距离较长,二是棒磨砂粒径偏粗,使充填料浆在采场内流动性变差。据1999年二矿区充填质量管理部门抽样检测,棒磨砂加权平均粒径达1.50mm,而原设计为0.6±0.05mm。

(2)“进路两次底部充填工艺”对充填体质量有危害,并且造成充填材料费的上升。对不大于50 m的进路,当进路底部一端充填高度达2.0m时,充填站临时停车(一般停车时间间隔在30m in以上),然后采场充填工倒充填管头于进路另一端继续按灰砂比1∶4充填,分两次完成进路底部充填,这种充填工艺造成充填体有明显分层现象,充填体整体性较差,且积水集中在另一端并造成充填料浆离析现象。因此,下分层充填体稳固性、安全性较差。

(3)有个别进路底部充填未能不间断一次性完成,这样进路底部充填体会出现明显分层、整体性较差,同时充填体强度亦较低。它的危害是下分层回采时顶板充填体易脱落,对安全生产构成威胁。主要原因是由于充填系统管线较长、复杂且系统老化,充填站因故障紧急停车较多。停车时间短则20～30m i n,长则60m in以上。停车主要有4种类型:第1类为充填站机械设备、电器仪表系统出现故障引起充填站紧急停车;第2类为充填钢管磨漏或者塑料管破裂漏浆引起充填站紧急停车;第3类为充填站物料(砂、水泥等)供应不上以及停水、停电引起充填站紧急停车;第4类为因砂浆浓度不合适等原因造成充填管堵塞,紧急停车疏通堵管。

(4)充填料浆中水量偏多,影响底部充填体质量。充填料浆脱水量与砂浆浓度、水泥与砂子配比等有关,根据室内试验测定,金川二矿区自流充填工艺在正常情况下,100m3砂浆脱水量约为10m3。充填砂浆中自由水越多,对充填体质量越不利,主要引起砂浆在进路内离析,降低充填体强度,此外亦污染井下作业环境并增加排水量。

引起充填砂浆中水量偏多的主要影响因素为:个别进路第二次及以后每次充填前,未将上次充填脱出的多余水排出;充填站临时停车和因故障紧急停车时清洗管路引起采场脱水量偏多,充填站清洗管路下水量约10m3/次;充填站仪表校正、浓度等标定不及时,亦可造成表显浓度“失真”,引起进路充填砂浆脱水量偏大。

2.1.2　进路底部充填工艺的优化方法探讨

进路底部充填工艺的优化主要是克服料浆流动性限制,有效控制进路底部充填量。

(1)在采矿盘区回采单体设计阶段,将便于进路充填作为约束条件之一综合考虑。进路尽量设计为55～70,30～40m两个长度段,以55～70m长度的进路为主。

(2)优化进路底部充填排料方式。对30～40 m长度的进路,将充填管头置于进路端部5～8m 处,一次性不间断完成进路底部充填,避免进路底部充填体内出现分层弱面;对50～70m长度的进路,在进路中间位置砌筑不低于2.5m的挡墙,使进路底部充填分两段分别进行;对40～50m长度的进路,将充填管头置于进路端部15～20m处,充填料浆由落料点向进路两端流动,有效减少料浆在进路内实际流动距离,克服料浆离析现象,同时避免远离落料点一端进路底部一次性充填厚度不够的问题。

(3)加强对棒磨砂质量的控制。生产中要严格执行企业技术标准《Q/Y SJC-ZB01-2000》,把好原料质量关。

建议取消“进路两次底部充填”的充填方式,以提高进路底部充填体质量,而且节约充填材料费。

提高进路底部结构整体性。首先,提高整个充填系统可靠性,尽量减少进路底部充填过程中的充填站故障停车,避免进路底部充填体出现分层现象;其次,采矿工区对充填准备合格,充填过程控制优化,保证进路底部一次性不间断充填最低厚度不小于1.5m,且不离析。

严格控制充填过程的多余水。首先必须在后续

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