全尾砂胶结充填

鉴定材料
莱芜钢铁集团有限公司2005年8月
目录
鉴定材料之一
鉴定大纲 3 鉴定材料之二
工作报告 6 鉴定材料之三
技术报告 10 鉴定材料之四
应用情况报告 15 鉴定材料之五
经济效益分析报告 17 鉴定材料之六
查新咨询报告 20
鉴定材料之一
鉴定材料
鉴定委员会
2005年8月
全尾砂高浓度胶结充填技术的研究与应用
鉴定大纲
山东省冶金工业总公司受山东省科技厅委托，对莱钢集团有限公司完成的“莱钢全尾砂高浓度胶结充填技术的研究与应用”项目进行技术鉴定。

鉴定委员会制定的鉴定大纲如下：
一、项目名称：莱钢全尾砂高浓度胶结充填技术的研究与应用
二、项目来源：自选
二、项目内容：
莱钢通过对先进的莱钢全尾砂高浓度胶结充填技术的研究与应用，于2003年底并于当年年底投入生产实施，取得了十分显著的效果，矿石回采率由60%提高到目前的85%，延长矿山服务年限3年，年回采矿石6.5余万吨，年直接经济效益1125万元。

四、项目起止时间：2003年11月~2004年10月。

五、项目承担单位：莱芜钢铁集团有限公司
六、鉴定材料及提供单位
序号资料名称提供单位
1、鉴定大纲鉴定委员会
2、工作报告莱芜钢铁集团有限公司
3、技术报告莱芜钢铁集团有限公司
4、应用情况报告莱钢集团矿山建设有限公司
5、经济效益分析报告莱钢集团矿山建设有限公司
6、查新咨询报告山东省科学技术情报研究所
七、鉴定程序
1、讨论通过鉴定大纲
2、听取项目工作报告
3、听取项目技术报告
4、听取应用情况报告
5、听取经济效益分析报告
6、现场考察
7、专家评议
8、讨论通过鉴定意见
9、鉴定委员会委员签字
鉴定委员会 2005年8月
鉴定材料之二
工作报告
莱芜钢铁集团有限公司
2005年8月
工作报告
1、项目提出的依据和目的
杜官庄铁矿一期工程地质矿量100万吨，采矿方法为空场法，已采出矿量60万吨，现留下矿柱矿量达40万吨。

二期工程从2003年底开始回采，预计可开采5.5年，二期工程地质矿量42.13万吨，可采出矿量34.44万吨。

目前，该矿地质资源枯竭，尚未找到新的开采资源。

另外，该矿选矿尾砂一直排放于汶河，严重污染汶河水质，且矿区地表为良田和村庄，不能建造尾矿库；因此为了实现间柱回采，提高矿石回采率，延长矿山服务年限，以及尾废实现“零排放”的目的，矿山迫切需要开展全尾砂胶结充填技术研究。

2、课题项目的工作过程
2．1、课题项目考查阶段
2003年11月对国内济钢张马屯铁矿全尾砂胶结充填系统及充填效果进行考查。

2．2、课题的研究阶段
莱钢矿建公司通过课题考查工作，认真分析和总结了他们各自设计优点和存在的技术问题，提出需要改进之处，着重从设备选型与匹配、技术参数、充填效果的三大重要方面进行研究和工艺优化，确定出莱钢技术设计方案，并通过公司项目技术论证。

2．3、建设阶段
2003年11月-04年2月，莱钢矿建公司从方案确定施工图设计到施工建设，设备安装调试及投产，充填系统全线一次试车成功，自2004年2月一次性试车成功并投入生产运行以来，设备运行稳定，工艺控制系统简便可靠，易操作。

3、应用效果
3．1、充填系统全线一次试车成功
自2004年2月投入运行以来，设备运行稳定，工艺控制系统简便
可靠，易操作。

3．2经济效益
杜官庄铁矿采用全尾砂胶结充填，可使矿石回收率由现在的60%提高到80%以上，并且可使目前40万t矿柱矿量回采20万t以上，就此一项就可创造效益3375万元，第二由于不建尾矿库，所节省的尾矿库基建费用和尾砂的堆存费用为168万元～336万元。

第三，可为杜官庄铁矿二期工程服务。

因此，杜官庄铁矿采用全尾砂高浓度充填在经济上是合理的，并且经济效益显著。

3.3社会效益
采用全尾砂胶结充填技术，充分利用尾砂作为充填骨料，将其充入地下采空区。

第一,能消除地表的塌陷，确保地表村庄和农田的安全；第二，由于不建尾矿库，节省了土地资源；第三，大大减少了尾砂对环境的污染。

因此，采用全尾砂胶结充填其社会效益显著。

3.4远景
采用全尾砂胶结充填可多回采矿柱矿量20万t以上，按目前矿山采矿能力6.5万t/年计，可延长矿山服务年限3年，因此可解决矿山职工3年的就业。

（附：研制人员名单）
主要研制人员名单
鉴定材料之三
技术报告
莱芜钢铁集团有限公司
2005年8月
技术报告
1、采矿方法
杜官庄矿床属于缓倾斜中厚矿体，矿体倾角10～35°，平均厚度10m，矿石致密坚实，稳固性较好。

矿体直接顶板为大理岩、灰岩，间接顶板为粘土质砂岩，其中大理岩、灰岩含水性很强，有补给，受季节影响较大。

矿体底板为闪长岩，花岗闪长岩，蚀变闪长岩。

蚀变闪长岩稳固性较差，其余稳固性较好。

采矿方法为房柱式空场法开采，矿块沿矿体走向垂直布置，阶段高30米，矿房设计宽度10米，连续矿柱设计宽度7米。

二期工程采用房柱嗣后充填采矿法，矿块沿矿体走向垂直布置，标准矿块沿矿体倾斜长70.89m，宽36m，厚5m，段高30m，倾角20°，矿块由3个矿房组成。

各12米宽，矿块两侧留连续矿柱，宽3米，中间留两排不连续间柱，面积3×4m2，柱间距7米，矿房净宽9米，矿房留有4米的顶柱。

2、充填工艺
2.1 充填工艺选择的原则及目标
充填工艺将移植和借鉴国内外成熟的全尾砂高浓度胶结充填技术，并结合杜官庄铁矿充填系统的服务时间短的特点，设计一套正规的充填系统，以满足井下充填的需要，实现矿柱的安全回采。

2.2 充填材料及料浆配比
(1)充填骨料：全尾砂和河砂，并且要求河砂采用筛砂，粒度小于1mm。

(2)胶凝材料：425#普通硅酸盐水泥。

(3)水：矿山生产用水。

(4)根据强度要求调整灰砂比，灰砂比范围为1∶4～1∶12，充填料浆浓度通过材料试验确定。

2.3 全尾砂脱水
选厂全尾砂脱水是全尾砂充填的关键技术之一，根据杜官庄铁矿的特点，设计了以下二种可选方案。

方案一：浓缩和过滤脱水方案
方案二：卧式砂仓脱水方案
选厂尾砂浆经泵送入长槽形砂仓，其砂仓长度一般为25～40m，仓宽3～5m，仓深2.5～3.5m，尾砂浆在砂池中靠自然沉降脱水；泄流水经泄水门排入水池再次澄清。

水池中的水由水泵送回选厂(或充填站)再利用，水池需定期清理。

这种脱水方案的优点是基建时间短，投资少，对工程地质要求也不严，其缺点是尾砂浓度控制不准确。

由于杜官庄铁矿充填系统的服务时间短，并要求充填系统基建时间紧，投资少，经综合比较拟定采用卧式砂仓脱水系统较适合。

2.4 充填制备站站址
通过现场勘查，选择了两个站址方案。

第一方案：砂浆制备站建在矿体的地表。

该方案的特点是砂浆可自流至井下各采场，技术成熟。

但要征用农田，建设周期较长。

第二方案，砂浆制备站建在矿区内，不需征用土地，可利用现有副斜井作为充填井，建设周期短，但少数采场的充填倍线大，全尾砂高浓度充填料浆自流输送困难。

为了不征用土地，加快工程建设，确定采用第二方案。

2.5 充填能力
充填能力按照满足每年6万m3的能力要求考虑，计算如下：
(1)日平均充填量Q
r
Q r =Q
n
/T=60000/330=182m3/d
式中：Q
r
—日平均充填量，m3/d；
Q
n
—年平均充填量，m3；
T—矿山年工作日，天。

(2)日充填能力Q
c
Q c =kQ
r
式中：Q
c
—日充填能力，m3/d；
K—充填作业的不均衡系数，取K＝2.0。

Q
c
=2.0×182＝364m3/d (3)日平均充填时间
t=Q
r /Q
h
=182/40=4.6h
式中：t—日平均充填时间，h；
Q h —平均充填能力，m3/h，取Q
h
＝40m3/h
2.6 充填料浆制备
2.6.1 充填料浆制备系统
充填料浆制备系统是尾砂胶结充填矿山的重要环节，基于一些因素考虑，充填料浆制备的方案如下：
方案一：装载机上料的充填料浆制备系统
方案二：电耙上料的充填料浆制备系统
方案三：电耙上料的充填料浆自流制备系统
选厂全尾砂浆经泵输入卧式砂仓脱水。

充填时全尾砂由电耙上料，经螺旋输送机送入搅拌机。

河砂由装载机上料，经中间料仓、振动给料机、皮带输送机送入搅拌机。

水泥由水泥罐车运至制备站，经压气送入水泥仓；充填时，由双管螺旋给料机输送到搅拌机。

全尾砂、河砂、水泥、水经搅拌机搅拌；对于充填倍线在3.5之内的现有空区，采用全尾砂高浓度胶结料浆自流充填；对于充填倍线在4左右的二期工程采场，可适当降低充填料浆浓度，即降低3%，就可实现自流充填。

综合上述方案比较，拟选用方案三—电耙上料的充填料浆自流制备系统。

其工艺流程见图。

2.6.2 充填料浆制备工艺流程
全尾砂胶结充填工艺流程有五条生产线，即尾砂供料线、河砂供料线、水泥供料线、供水线、砂浆制备及其输送线。

2.6.3 充填料计量与控制
在选择杜官庄铁矿充填工艺时，以计量充填料各组分为主，即准确计量尾砂、河砂、水泥、水的瞬时流量，确保灰砂比和料浆浓度的准确性，不追求更高的自动化。

尾砂和水泥给料量通过调节螺旋输送机(喂料机)的转速，河砂给料量通过调节振动给料机电机频率，水量通过调节阀门即可。

所有给料量的大小均以人工控制。

2.6.4 关键设备
(1)搅拌设备
选用了全尾砂胶结充填专用搅拌设备之一的双轴搅拌机。

(2)给料设备
水泥选用双管螺旋喂料机，该机的进料口尺寸较大，水泥仓中的水泥一般都能自流进入，水泥输送均匀连续，水泥用量可调。

尾砂采用螺旋输送机给料。

2.7 充填管路
充填管采用超高分子量聚乙烯管材，管材为φ110×10，工作压力为1.5MPa，。

鉴定材料之四
应用情况报告
莱钢集团矿山建设有限公司
2005年8月
应用情况报告
1全尾砂胶结充填技术的研究与发展
本世纪60～70年代，随着对充填材料特性和以两相流理论为基础的输送机理的大量试验与研究工作的开展，促进了分级尾砂胶结充填技术在金属矿床地下开采中日益广泛地应用。

全尾砂充填料浆采用自流或泵送输送，由于料浆浓度高，在输送过程中不离析，呈似均质结构流体，故输送可靠，不易堵管；充填料浆在采场中不需脱水或者少量脱水，改善了井下作业环境；充填料不产生离析、分层现象，提高了充填体的质量，同时也为解决环境污染和生态破坏提供了有效途径。

由于全尾砂中细粒级含量较多，存在着尾砂的脱水、贮存，充填料浆的制备、输送等一系列复杂的技术问题。

经过十几年的大量试验研究，至今为止，全尾砂胶结充填技术已经形成理论和应用发展。

2杜官庄铁矿采场充填
2. 1 充填挡墙
杜官庄铁矿全尾砂的性质与济钢张马屯铁矿的全尾砂相似，因此确定采用充填采场广泛使用的红砖挡墙。

选择充填挡墙位置时，主要选择在岩石稳固的地方，挡墙承受压力最小的地方，用量最少的地方。

2. 2 采场充填方式
杜官庄铁矿采用房柱式空场法开采，为了降低充填成本，减少水泥用量，确保矿柱的安全回采，设计采用以下两种充填方式：
(1)矿房采用全尾砂或加河砂胶结充填。

，杜官庄铁矿全尾砂胶结充填设计的水泥用量平均为200kg/m3，其中采场下部水泥用量为230kg/m3,采场中部水泥用量为200kg/m3，采场上部水泥用量为170kg/m3。

(2)矿柱采用全尾砂或加河砂充填，但为了使尾砂固结，须加入少量的水泥，其水泥用量为70kg/m3。

采场充填前，进入空区的各个通道采用红砖挡墙封堵，铺设充填管道，每个采场顶部设1～2个下料点，并且在每个下料点前设置一个三通阀，以便充填前的引路水和充填后的洗管水不排入采场。

鉴定材料之五
经济效益分析报告
莱钢集团矿山建设有限公司
2005年8月
经济效益分析报告
1、充填成本估算
1.1单位充填成本估算
尾砂充填成本，包括尾砂脱水、贮存和输送，河砂的贮存与输送，水泥贮存与输送，砂浆制备及其输送至井下采空区进行充填等全部费用。

矿房全尾砂胶结充填成本62.89元/m3（表略），矿柱全尾砂充填成本见表5-4，矿柱全尾砂与河砂充填成本31.69元/m3（表略）。

1.2矿柱回采的吨矿成本估算
杜官庄铁矿一期工程地质矿量100万吨，采用空场法回采已采出矿房矿量60万t，矿石体重4.10t/m3，已形成14.63万m3的空区未充填；剩余40万t矿柱矿量，当矿房空区采用全尾砂胶结充填后，估计可采矿柱矿量20万t，形成空区4.88万m3。

矿柱回采的充填成本由充填矿房的充填费用和充填矿柱的充填费用两部分构成。

矿房采空区采用全尾砂(或加河砂)胶结充填，单位充填费用按尾砂加河砂的充填费用64.52元/m3计，采充比按1∶1计算，矿房采空区的充填费用为943.93万元。

矿柱采用尾砂（或加河砂）非胶结充填，单位充填费用按33.44元/m3计，矿柱采空区的充填费用为163.19万元。

采出20万t矿柱矿量需充填费用为1107.12万元，则每吨矿石分摊的充填费用为55.36元。

1.3 矿柱回采的成本估算
采选单位成本按杜官庄铁矿二期工程方案设计的估算109.21元/吨矿计(表略)，本研究中矿柱回采的单位充填成本的估算为55.36元/吨矿，因此采、选、充单位总成本为164.57元/吨矿。

2.经济效益
2.1直接经济效益
杜官庄铁矿采用全尾砂(或加河砂)胶结充填，可使目前40万t矿柱矿量回采20万t以上，该矿柱矿石的选矿比按1.2计，即每1.2吨原矿就能选出1吨精矿，因此20万t原矿能选出166667吨精矿粉，每吨铁精矿粉的成本为197.48元，其售价按400元/吨计，则总效益为3375万元。

矿柱回采期为3年，则年效益可达1125万元。

2.2提高矿石回采率、延长矿山服务年限
杜官庄铁矿采用全尾砂(或加河砂)胶结充填，可使间柱得到回采，矿石回采率
可由现在的60%提高到80%以上。

杜官庄铁矿有40万吨矿柱矿量，采用全尾砂(或加河砂)胶结充填矿房空区后，可采出50%以上的矿柱矿量，因此，可多采出矿石20万t。

按矿山采矿能力6.5万吨/年计，可延长矿山服务年限3年，因此，矿山基建投资效益将得到充分发挥，同时可解决矿山职工3年的就业，其社会效益也十分显著。

2.3省去尾矿库建设，节省土地资源和尾矿库建设维护资金
采用全尾砂充填技术，充分利用尾砂作充填骨料，将其充入地下采空区，这将省去尾矿库建设用地，同时也将显著减少尾矿对环境的污染。

3.综合评价
杜官庄铁矿采用全尾砂充填后，按照矿山现有空区15万m3，今后矿柱回采所形成的空区5万m3以及二期工程矿石回采所形成10万m3的空区，总空区量为30万m3左右，每立方米空区消耗尾砂按1.4t计，总共可消耗尾砂42万t。

根据统计，金属矿山在地表堆存一吨尾矿需尾矿库基建投资1～3元，维护与运营费用3～5元，据此计算，杜官庄铁矿可节省费用168万元～336万元。

鉴定材料之六
莱钢全尾砂胶结充填技术的研究与应用
查新咨询报告
山东省科学技术情报研究所
2005年8月
莱钢全尾砂胶结充填技术的研究与应用
查新咨询报告
附件1。