3.3 关键技术
(1)高浓度大倍线结构流体全尾砂充填料浆的管道自流输送。通过充填料浆流变性能研究,分析计算了充填料浆的输送阻力,实现了全尾砂结构流体充填料浆的高浓度大倍线(>9)自流输送。充填料浆浓度达到71%~72%。
(2)低浓度尾砂在充填站立式砂仓中自然沉降脱水制备尾砂浆技术。直接将选厂低浓度尾砂(浓度8~10%)输送至充填站立式砂仓中自然沉降脱水,降低了尾砂脱水能耗及运营成本。
4 技术应用情况及典型项目
该技术在已经在邯邢冶金矿山管理局无集矿山成功使用,典型项目的投资与收益情况见表42。
表42 典型项目的投资与收益情况
总 投 资
| 2304.06万元
| 其中:设备投资
| 255万元
|
运行费用
| 2176.2万元/年
| 设备寿命
| 8年
|
综合利用效益
| 1780万元/年
| 投资回收年限
| 2年
|
(1)保护了地表自然环境。吴集铁矿(北段)开采影响范围内,地表大部分为村庄或农田,若采用崩落法或空场法,可能导致上覆岩层陷落及地表破坏,使约4000m×800m地表村庄或农田被毁,折合3600~4800亩。而采用充填采矿法则可有效防止采场顶板及上覆第四系的冒落,村庄及地表设施可得到有效保护;
(2)提高矿石资源回采率。采用充填法可使矿石回采率由59%提高到80%,整体矿床开采可多回收铁矿石约2000万t,延长矿山服务年限10年。
(3)使尾砂得到充分利用,减少了尾矿堆存占用土地。由于矿区为平原,尾砂堆放需占用大量农田。而采用尾砂充填,其大部分尾砂可充填于井下。按目前生产能力计算,尾矿库占地将达1000亩以上。而采用充填采矿法,尾砂库仅占地约375亩,减少尾矿库占地625亩以上,节省尾矿库购地及建设费用0.3亿元。
5 应用效果及推广前景
该技术在低品位大规模地下黑色矿山开采中属首次应用,其较低的充填成本、较高的充填质量为国内类似矿山开展充填作业提供了示范,符合国家大力提倡的节能减排、保护环境和耕地等基本国策,弥补了大型黑色矿山无充填的空白,具有广泛的推广价值。
四十一、(深井)高浓度极细粒级全尾砂充填技术
1 技术名称:(深井)高浓度极细粒级全尾砂充填技术
2 技术适用范围:有色金属矿山采空区充填
3 技术简介
3.1基本原理
采用极细粒级高浓度全尾砂浆制备技术,通过特殊的立式砂仓脱水,将极细粒级的全尾砂(-20μm全尾砂约占40%)直接制备成高浓度(74%以上)砂浆;然后采用深井开采全尾砂高浓度充填料浆自流管输降压技术及采场泄水技术,实现立式砂仓流态化全尾砂高浓度连续充填,解决了深部高大采场嗣后充填问题。
尾砂充填和排放工艺中的关键设备是“新型高效(全)尾砂浓缩贮存装置”。结合传统的立式砂仓,通过合理的活化设施布置,将选厂(全)尾砂直接泵入尾砂浓缩贮存装置,经高效沉淀、澄清脱水,采用高压水/气活化尾砂,直接制备出高浓度全尾砂料浆或膏体,用于充填或者干式堆放。低成本、稳定、高浓度的尾砂脱水和给料是保障尾砂充填及排放工艺正常生产的关键。此成套装置机械部分全部由金属钢材制作,只需在现场构建装置基础即可,施工方便、安装时间短。自动控制部分由工业控制器和人机接口组成,具有智能专家控制系统,工艺参数设置方便,各种生产信息和报警信息采用文字显示,易于操作,可以有效控制本装置的正常运行,减少人工劳动强度。同时,本控制系统可以方便地扩展为整个充填系统的控制,使得控制系统简单可靠,也可与现有充填控制系统无缝衔接。
3.2工艺流程
通过合理的喷咀设施造浆技术以及喷咀布置等创新点,将选厂全尾砂直接泵(注)入砂仓,经高效沉淀、澄清脱水,采用高压水/气活化尾砂,直接制备出高浓度全尾砂料浆或膏体,全部用于充填。
3.3关键技术
(1)新型高效(全)尾砂浓缩贮存装置及极细粒级高浓度全尾砂浆制备技术;
(2)深井开采全尾砂高浓度充填料浆自流管输降压关键技术。
4 技术应用情况及典型项目
该技术已成功在冬瓜山铜矿千米深井进行了工业应用。典型项目的投资与收益情况见表43。
表43 典型项目的投资与收益情况
总 投 资
| 11600万元
| 其中:设备投资
| 3000万元
|
运行费用
| 3800万元/年
| 设备寿命
| 20年
|
综合利用效益
| 4363万元/年
| 投资回收年限
| 4年
|
5 应用效果及推广前景
该项技术能提高矿山的资源利用率,也是充分利用尾矿资源发展节地、节能、节材、环保的直接有效的途径,为建设无废排放矿山奠定基础。该项技术经济和社会效益显著,拥有广阔的推广应用前景。
四十二、深井全尾砂-水淬渣膏体物料充填技术
1 技术名称:深井全尾砂-水淬渣膏体物料充填技术
2 技术适用范围:有色金属矿山采空区充填
3 技术简介
将全尾砂浆体用泵输送到充填制备站的缓冲槽,然后自流到1000多立方米的深锥浓密机中,添加絮凝剂后,使全尾砂快速均匀沉降。经浓密机浓缩成一定浓度的浆体,然后再泵送至膏体搅拌系统的一段搅拌槽。在搅拌槽内,按比例加入炼铅炉渣和普通水泥,再加入水,尾砂、炼铅炉渣、水泥三种物料和水在一段搅拌槽混合搅拌后,进入位控反切搅拌机搅拌,制备成符合采矿要求的合格膏体,自流到柱塞泵料斗内,进行泵压输送,经过充填钻孔、中段平巷、斜井、充填天井等进入井下矿体开采后的采空区内。
该技术首次将性能独特、特征各异的氧化矿尾砂、硫化矿尾砂、炼铅炉渣混合制备膏体,创造了膏体充填管线超过4000m的应用实例。
4 技术应用情况与典型项目
在驰宏公司会泽矿区,已全面取代水砂进行充填,获得了显著的经济效益和良好的社会效益、环保效益,下步在驰宏公司的子公司昭通矿区将推广应用。目前,正在山东三山岛金矿、甘肃阳山金矿等多座矿山推广应用。
典型项目的投资与收益情况见表44。
表44 典型项目的投资与收益情况
总 投 资
| 7000万元
| 其中:设备投资
| 2000万元
|
运行费用
| 2000万元/年
| 设备寿命
| 15年
|
综合利用效益
| 3000万元/年
| 投资回收年限
| 2.5年
|
典型项目的应用情况如下:
减少了投资建设新尾矿库,直接创造经济效益近1500万元,每年减少尾矿冶炼炉渣堆存维护费近70万元。
5 应用效果及推广前景
该技术的应用,一是提高了矿石回采率,延长矿山服务年限。二是采场充填体不脱水,改善了井下开采作业环境,创造了良好的安全作业条件。三是减少工业固体废弃物的排放,实现了矿山无废开采,为清洁矿山生产树立了典范。四是实现矿山废弃物资源化利用,推动循环经济发展,对矿业可持续发展有着重要意义。
随着浅地表矿产资源的耗尽,越来越多的矿山将进入深部资源开发,膏体充填技术将成为解决深部矿体开采安全、提高资源利用率和减少矿业固体废弃物对环境影响的关键技术之一。
四十三、深井高浓度全尾砂充填技术
1 技术名称:深井高浓度全尾砂充填技术
2 技术适用范围:有色金属矿山采空区充填
3 技术简介
3.1基本原理
北京矿冶研究总院与冬瓜山铜矿联合开发的深井高浓度全尾砂连续充填工艺技术,采用砂仓直接将尾砂沉降高效脱水,具有节能、缓冲、不间断等优点,通过活化造浆及连续放砂技术实现了全尾砂低成本高浓度连续充填。
3.2工艺流程
该项技术主要包括立式砂仓全尾砂活化造浆新技术、立式砂仓连续放砂技术。立式砂仓全尾砂活化造浆新技术包括仓顶溢流澄清脱水系统、仓底喷咀活化系统、充填控制系统等。立式砂仓连续放砂技术包括连续注砂技术和连续放砂技术。
3.3关键技术
该技术的关键为立式砂仓全尾砂高浓度活化造浆技术。该技术采用仓顶溢流脱水技术较好地解决了全尾砂低成本脱水问题,主要采用尾砂料浆及絮凝剂混合器、沉淀脱水器及空气集气罩等创新装置,实现了全尾砂高效脱水。该技术采用仓底喷咀活化系统,主要包括环管喷咀活化系统及料浆助流系统,实现了高浓度全尾砂活化造浆。
4 技术应用情况及典型项目
“深井高浓度全尾砂充填技术”项目研究成果在冬瓜山成功应用。项目投资与收益情况见表45。
表45 项目的投资与收益情况
总 投 资
| 4000万元
| 其中:设备投资
| 1500万元
|
运行费用
| 500万元/年
| 设备寿命
| 30年
|
综合利用效益
| 9000万元/年
| 投资回收年限
| 0.5年
|
“深井高浓度全尾砂充填技术”在冬瓜山应用以来,取得了显著的经济效益,年利用尾矿量100万t,产生的直接经济效益达4458万元,解决了深部高大采场嗣后充填问题。
该技术一是有效地控制地压灾害,每年节省处理采空区费用和尾矿库建设费用约1000万元以上;二是利用胶结充填体作为矿柱,使冬瓜山能够正常有序地生产,矿产资源安全、高效回收,每年创造的经济效益上亿元;三是采场充填体强度满足采矿要求,回采区域岩体稳定,没有发生大的地压活动。
5 应用效果及推广前景
全尾砂高浓度充填技术可广泛应用于充填采矿或嗣后充填采矿技术的金属矿山,节约尾矿堆存占用土地资源,减少环境污染,对于金属矿山开采工艺和采矿方法具有的促进和变革作用,同时也将产生的经济效益和社会效益。该技术的研究内容处于采矿科技发展的前沿,在我国金属矿山充填领域具有很好的市场前景。同时,对部分非金属矿山的充填技术也具有借鉴意义。
四十四、分级尾砂胶结充填技术
1 技术名称:分级尾砂胶结充填技术
2 技术适用范围:有色金属矿山采空区充填
3 技术简介
3.1基本原理
利用尾矿库分级尾砂充填井下采矿采空区,很好地解决了尾矿库库容问题,控制了地压力。同时由于采场断面的扩大,使采场的单产能力明显提高,坑木消耗量明显减少,为矿山安全生产起到至关重要的作用。
3.2工艺流程
(1)尾矿库收砂工艺:尾砂的开采采用水力采砂系统开采,自上而下分层开采,由里向外条带开采,根据尾砂特性、开采规模、设备条件,确定分层厚度为2.0m,条带宽度为8m~12m,采用砂泵开采,水力运输,在尾矿坝附近辅以推土机开采。
(2)井下充填工艺:清理干净底板,铺设钢筋底网和竖筋,吊罐充填管,堆砌充填板墙。准备工作完毕后,开始进行充填。
(3)充填站工艺:接到充填信号后,按充填通知单报量,进行以下顺序操作:
a启动搅拌桶电机,向搅拌桶供水三分钟,清洗管道和搅拌桶,并通知采场打开三通排水;
b当搅拌桶液位稳定时,通知给料,并同时通知充填采场打开闸阀;
c根据搅拌桶的料浆液位,适当开闭搅拌桶的排料阀。
充填结束时,按以下顺序停机:
停止向搅拌桶输送尾砂和水泥;打开搅拌桶的给水阀,冲洗搅拌桶和管道;通知井下采场打开三通排水,避免冲洗管道水进入采场;清洗搅拌桶周壁,清除给灰口的结块。分三期充填,第一期灰砂比1:4,第二期灰砂比1:8,第三期接顶采用水砂补充。至此,充填结束。
3.3关键技术
井下分级尾砂胶结充填工艺,地表充填站工艺。
4 技术应用情况及典型项目
该技术已经在江西铜业股份有限公司成功使用,项目投资与收益情况见表46。
表46 项目的投资与收益情况
总投资
| 800万元
| 其中:设备投资
| 480万元
|
运行费用
| 400万元/年
| 设备寿命
| 5年
|
综合利用效益
| 1050万元/年
| 投资回收年限
| 3年
|
建设该项目,需新增固定投资800万元,项目税后利润210万元,利税总额1050万元,投资内部收益率9.87%,投资回收期3年。项目经济效益较好。
5 应用效果及推广前景
该技术能充分回收尾矿资源,提高矿产资源综合利用水平,延长尾矿库使用年限。对于控制井下地压,提高采场的单产能力,减少坑木消耗有显著效果。技术的实施不仅能为矿山带来可观的经济效益,创造安全的工作环境,同时可产生良好的社会效益。
四十五、铁尾矿胶结充填技术
1 技术名称:铁尾矿胶结充填技术
2 技术适用范围:黑色金属矿山采空区充填
3 技术简介
3.1基本原理
胶结充填工艺主要以选厂甩出的尾砂,以物化力学和胶体化学的理论为基础,通过强力机械(活化)搅拌装置将全尾砂、水泥和水混合制成高浓度均质胶结充填料,以管道全自流或机械加压输送方式充入采空区,形成整体性强的大体积低标号胶结体,用于矿产资源回收柱或维护地压。
3.2工艺流程
该技术的工艺流程见图30。
图30 工艺流程(略)
4 技术应用情况及典型项目
山东金岭铁矿下辖的三个地下矿区,由于地质条件、生产系统不同,采用了不同的胶结充填工艺。
铁山矿区:铁山矿区距离选矿厂较近,选择从选矿厂压滤车间的Φ18m浓缩池直接进入胶结充填系统。选厂尾矿经管路进入压滤车间Φ18m浓缩池,利用渣浆泵输送到铁山胶充站成浆池,风动搅拌自流进入二级搅拌池,在二级搅拌池中配入固结料,充分搅拌后经由管路输送到采空区,完成充填作业。
侯庄、召口矿区:侯庄、召口矿区由于距离选矿厂较远,采用运矿汽车从选矿厂压滤车间运送压滤后的尾矿到两矿区的压滤系统工业场地。胶充系统与铁山胶结充填系统基本相同。
典型项目的投资与收益情况见表47。
表47 典型项目的投资与收益情况
总 投 资
| 1000万元
| 其中:设备投资
| 300万元
|
运行费用
| 2400万元/年
| 设备寿命
| 10年
|
综合利用效益
| 2000万元/年
| 投资回收年限
| 0.5年
|
5 应用效果及推广前景
该项目年利用尾矿量30万t,2005年至今,已多回采出矿石50万t,按每吨矿石400元计算,累计多创造经济效益20000万元,平均每年多创造经济效益4000万元。把尾矿充入井下采空区,有效解决了尾矿的堆存及采空区安全问题,实现了矿山清洁生产,应用推广前景广阔。
四十六、汞锑矿尾砂充填技术
1 技术名称:汞锑矿尾砂充填技术
2 技术适用范围:有色金属矿山采空区充填
3 技术简介
3.1 基本原理
尾矿充填采空区技术采用全尾砂作为充填料。全尾砂经自然沉降,部分脱水、压气造浆后放砂至搅拌筒,水泥经双管螺旋定量添加至高浓度搅拌槽。料浆经搅拌后,通过砂浆泵,经充填管网送至井下采空区或采场充填。
3.2 关键技术
(1)用足够强度的构筑物封闭采空区。
(2)充填料制备,砂浆浓度应达到50%~60%。
(3)充填体脱水。
4 技术应用情况及典型项目
表48 典型项目的投资与收益情况
总投资
| 1000万元
| 其中:设备投资
| 200万元
|
运行费用
| 500万元/年
| 设备寿命
| 10年
|
综合利用效益
| 600万元/年
| 投资回收年限
| 3年
|
该技术在青铜沟汞锑矿应用两年以来,整个系统运行平稳,生产能力达到了设计规模,充填体强度满足采空区处理要求,实现了无废生产的目的。有效缓解了企业在环境治理方面的压力,保护了地表地质环境,改善了井下采矿生产安全条件,提高了矿产资源开采回收率,取得了显著的经济和社会效益。
5 应用效果及推广前景
利用尾砂充填技术不仅可实现无尾矿堆存,而且通过充填采空区可解决井下生产安全隐患,提高矿产资源利用率,增加矿柱回收效益1000万元,减少安全生产风险管理费用约200万元,应用前景广阔。
四十七、全尾砂高浓度充填采空区技术
1 技术名称:全尾砂高浓度充填采空区技术
2 技术适用范围:有色金属矿山充填采空区
3 技术简介
3.1基本原理
采用立式砂仓制备全尾砂高浓度充填材料。通过特殊的立式砂仓及控压助流风水造浆技术,将极细粒级的全尾砂直接制备成高浓度砂浆,按一定配比加入水泥和其他辅料,经搅拌槽充分搅拌混合并调节浓度后,高浓度全尾砂浆或胶结全尾砂浆自流输送到采空区。有效控制回采区域地压,实现深井安全高效开采。
生产中根据采场顶部结构确定接顶方式,采场顶部进行分次充填,充填至采场顶板0.3~0.5m时停止充填,等充填体完全凝结后,采用灰砂比1:4高浓度充填料浆,最后一次强制挤压接顶,当充填钻孔或不封口脱水管出浆时停止充填。
通过对国内外充填挡墙应用的成功经验及受力分析,挡墙位置一次充填高度限定为1.3m;充填挡墙优先选择木制钢筋网过滤布结构和钢丝绳钢筋网过滤布结构,而在出矿堑沟两端与盘曲巷道出口,采用钢筋混凝土挡墙。
3.2 关键技术
采场充填工艺技术主要选择合理的充填料配比及浓度,采用经济的脱水方式和充填挡墙结构以实现安全采矿与回填目的。
充填料配比的原则为:(1)充填体所受应力小于充填体强度,同时考虑爆破振动对充填体稳定性的影响,取安全系数F>1.2;(2)在充填体强度满足矿柱回采要求的前提下,尽量降低水泥耗量,节省充填成本。采矿方法要求充填体强度大于2Mpa,通过全尾砂充填料配比强度测定试验,料浆浓度充填时需要保持在73%~75%。采场底部结构和中部硐室位置采用灰砂比为1:4的料浆分次充填,顶部硐室位置采用灰砂比1:12料浆充填。其余位置根据高度情况适当降低充填体的强度,高度差别很大的位置可以部分采用灰砂比1:12的料浆充填,以降低水泥消耗。
4 技术应用情况及典型项目
表49 典型项目的投资与收益情况
总投资
| 120万元
| 其中:设备投资
| 100万元
|
运行费用
| 14万元/年
| 设备寿命
| 8年
|
综合利用效益
| 40万元/年
| 投资回收年限
| 4年
|
建铜集团充填技术总投资120万元,年利用尾矿量3万t,年综合利用效益40万元。
5 应用效果及推广前景
采用高浓度全尾砂料浆连续充填采空区,有效控制回采区域地压,实现安全高效开采。高浓度全尾砂充填技术实现了低成本全尾砂充填,解决了高浓度全尾砂充填中的若干技术难题,保证了金属矿山的正常生产,可广泛应用于充填采矿或嗣后充填采矿技术的金属矿山,对于金属矿山开采工艺和采矿方法具有促进和变革作用,为无废开采奠定了技术基础。
四十八、有色金属矿山全尾砂胶结充填技术
1 技术名称:有色金属矿山全尾砂胶结充填技术
2 技术适用范围:有色金属矿山充填采空区
3 技术简介
3.1基本原理
全尾砂输送采用管道分二级泵送至永久充填站两个立式砂仓,每个砂仓的有效储砂能力为900m
3,砂仓底部放砂采用多孔等阻力自动卸料,有效卸料率达78%,卸料过程中浓度非常均匀和稳定。砂仓放出的砂浆直接进入Φ2m的搅拌桶,按灰砂比要求同时加入普通425#硅酸盐水泥,搅拌成均匀浆体,下放到Φ110mm、h=236m的垂直钻孔至五中段,用Φ89mm充填管连接,自动输送到井下各采空区。
与国内同类矿山相比较:
(1)全尾砂用于井下空区充填工艺在技术上是可行的,结构是合理的,系统机械化、自动化程度较高,监控系统严密;
(2)动态沉降理论的成功应用,取得了供砂、充填连续稳定的好结果;
(3)全尾砂试块14天单轴抗压强度:灰砂比1:5为0.78MPa,1:8时为0.62MPa,1:10时为0.49MPa,完全满足地下开采工作的需要。
3.2 工艺流程
全尾充填系统工艺流程见图31。
图31 全尾砂胶结充填工艺流程(略)
3.3 关键技术
全尾砂进入立式砂仓时,运用动态沉降理论,添加“NPA”絮凝剂,将全尾砂浆浓度由20%~24%提高到55%~65%。
4 技术应用情况及典型项目
表50 典型项目投资与收益情况
总 投 资
| 1027万元
| 其中:设备投资
| 800万元
|
运行费用
| 400万元/年
| 设备寿命
| 20年
|
综合利用效益
| 2000万元/年
| 投资回收年限
| 5年
|
5 应用效果及推广前景
一是延长了尾砂库使用年限,减少地表环境污染;二是每年可对井下12万m
3的采空区实施充填;三是确保了年产40万t矿石的持续稳定开采。四是从1998年到2010年6月,已累计完成井下采空区充填978733m
3。全尾砂胶结充填技术符合国家金属尾矿综合利用产业政策,技术先进适用,工艺成熟,经济合理,已运行十多年,技术适应性强,可推广应用。
四十九、塌陷区尾矿砂高浓度浓缩堆存技术
1技术名称:塌陷区尾矿砂高浓度浓缩堆存技术
2技术适用范围:金属矿山塌陷区
3技术简介
3.1基本原理
塌陷区尾矿砂高浓度浓缩堆存技术是解决尾矿堆存和综合治理塌陷区的一项成熟、可靠的技术,属全国首创。其特点是尾矿经过高浓度浓缩脱水后堆存于塌陷区,节省建设常规尾矿库的投资。尾矿砂高浓度浓缩堆存是指尾矿经过脱水处理后产出一种不偏析、低含水的饼状尾矿再进行堆存。系统主要包括:高压深锥浓缩系统,水隔离泵站系统,脱水车间,塌陷区安全检测系统。