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低温陶瓷胶凝材料在大红山深部充填采矿中的应用

发布日期:2017-08-02   来源:矿道网   投稿者:杨洋   浏览次数:2435

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       1.大红山铁矿I号铜矿带回采充填概况

大红山铁矿I号铜矿带150万t/a工程基建探矿后,矿体形态变得较为复杂,为适应矿体的变化,提高资源利用率,保证I号铜矿带开采引起的岩石移动不影响上部露天开采的安全,经分析比较后,确定采用点柱式上向分层充填采矿法开采,阶段高度100m,分段高度20m,分层高度4m,矿块长度50m,矿块宽度为矿体水平厚度(多层矿体时为多层矿体加夹石厚度),矿块高度按一个分段高度划分,相邻矿块间留4m宽间柱,矿块内按18m间距留6m×6m点柱;采场溜井按300m间距设置,进回风上山按600m间距设置。
       各分层回采结束后要及时充填,充填时先用废石充填(有条件时),再用分级尾砂充填,最后采用水泥尾砂浆进行充填,废石+尾砂充填的厚度和水泥尾砂浆充填厚度暂分别按3.4m和0.6m考虑,每一分层充填厚度4m(同分层高度)。对比类似矿山,充填料浆主要参数暂定如下:充填用尾砂分级时考虑将-19μm粒径尾砂含量控制在10%以下,充填用尾砂浆重量浓度为65%~70%,水泥尾砂浆重量浓度为68%~74%,胶结充填层灰砂比为1∶4。
       生产中充填料浆有关参数根据实际情况作适当调整。
       对下中段还没有回采,而上中段要先回采的情况,考虑在先回采中段最下一个分层全部用1∶4灰砂比的水泥尾砂浆充填,并在其底板用Φ16mm钢筋铺设200mm×200mm的钢筋网,以利于下中段最上分段的回采。
       2大红山铁矿深部Ⅰ号铜矿带回采充填现状

大红山铁矿深部Ⅰ号铜矿带首采400m和500m中段,大部分盘区一分层胶结充填已经结束,部分采空已进入二分层废石+全尾砂+表层胶结充填。
       由于大红山铁矿选矿厂尾砂颗粒较细,致使尾砂用于充填后渗透性不强、脱水性较差,灰砂比为1∶4的胶结充填中形成的充填体抗压强度较低,无法满足采场采运要求。为此,现阶段将初步设计中设定的0.6m胶结面层加厚至0.8~1.0m,PSA42.5水泥灰砂比控制在(1∶3)~(1∶3.5)左右。因而,导致水泥消耗量增大,胶结充填成本大幅度增加。
       3低温陶瓷胶凝材料应用试验
       大红山铁矿在2011年下半年开展的“微细粒铁尾矿固化干堆及井下充填扩大性工业试验”中,验证了低温陶瓷胶凝材料在固化微细粒铁尾矿方面有较好的效果,能够满足井下充填工艺要求,通过测算,低温陶瓷胶凝材料应用于生产实际中,可有效改善充填效果并节约充填成本。但是,由于与“微细粒铁尾矿固化干堆及井下充填扩大性工业试验”相比,尾矿情况与充填环境都发生了变化。因而有必要针对目前的尾砂及井下充填进行进一步试验,并确定合理的配合比及低掺量。
       本次试验选取4048,4050,4066,4060四个盘区作为本次工业试验的试验采场,4048,4050,4066三个盘区用作低温陶瓷胶凝材料的试验,4048采场进行废石充填+全尾砂充填+1∶6掺量胶结充填;4050采场进行废石充填+全尾砂充填+1∶8掺量胶结充填;4066采场进行1∶20低掺量胶结充填+1∶6高掺量胶结充填。另外,4060采场用作PSA42.5水泥的试验,进行废石充填+全尾砂充填+1∶4掺量胶结充填。
完成采场充填后,分别对不同时间段的充填料进行取样,并对试块进行抗压强度测试,测试数据见表1。对脱水充填的含水率测试数据见表2。



       4效果分析
       4.1强度
    充填采场对胶结面层的充填体强度的要求为:3d强度≥0.5MPa,人可在充填体上行走、架设管道、凿岩等不下陷;7d强度≥1.5~2.0MPa,装载设备、装矿车辆等重型设备可自由行走,不出现下陷及明显路坑,不影响采场出矿。
       就本次试验中,灰砂比为1∶4的42.5水泥5d强度为0.76MPa,10d强度为1.77MPa,28d强度为1.70MPa;灰砂比为1∶6的低温陶瓷胶凝材料3d强度为0.64MPa,7d强度为1.49MPa,10d强度为1.79MPa,14d强度为2.24MPa。灰砂比为1∶4的42.5水泥与灰砂比为1∶6的低温陶瓷胶凝材料胶结充填的效果基本相同,低温陶瓷胶凝材料的后期强度比水泥的要高。
       4.2脱水效果
       以42.5水泥1∶4的充填效果作为对比,低温陶瓷胶凝材料1∶6的掺量的固结效果与其不相上下。因此,结合42.5水泥之前在生产过程中的应用情况,若灰砂比为1∶6的低温陶瓷胶凝材料在生产过程中使用,也能满足充填工艺要求。
       关于采场的脱水效果试验,之前的充填未开展相关的对比试验。4048采场便是__个采用全尾砂进行充填的二分层充填采场,但由于纯尾矿浆的脱水速度慢,该采场经过78d的脱水后,在其上部仍不能自由走动,说明纯尾矿浆的脱水速度极慢,也充分的说明了纯尾砂铺底的充填方案脱水难度大、周期长,不能满足采场出矿的要求。另外,采用“废石+全尾砂充填+胶结充填”的充填方案其上部的全尾砂充填的脱水时间仍然较长,若工期紧张也仍然无法满足生产需求;并且,由于用于充填的废石是生产掘进过程中的废石,其产量难以满足各个采场的充填要求,尾砂充填量仍然很大,若脱水难度大、周期长,则势必会影响采矿生产。

采用低温陶瓷胶凝材料进行低掺量的尾砂胶结充填,其脱水速度快、周期短,可在12h内把水滤干,并能达到一定的强度,满足下一道工序施工。
       4.3经济分析

本次试验的目的是在满足工业应用的前提下,尽可能的降低充填成本,为Ⅰ号铜矿带的开发利用创造更好的效益。
       4.3.1面层充填的经济分析

达到相同效果的前提下,处理1t尾砂的单价比较:42.5水泥:450元/t÷4=112.5元/t;低温陶瓷胶凝材料:500元/t÷6=83.3元/t。
按照目前深部Ⅰ号铜矿带的产量进行计算,其年充填量为66万m3,尾砂量126万t。若进行除一分层以外且不含废石充填,则:面层充填量约为126万t/a×(0.8m÷4m)=25.2万t/a;采用42.5水泥进行灰砂比为1∶4的面层胶结充填,其水泥成本为:450元/t×(25.2万t/a÷4)=2835万元/a;采用低温陶瓷胶凝材料进行1∶6的面层胶结充填,其固化剂成本为:500元/t×(25.2万t/a÷6)=2100万元/a。在取得相同充填效果的前提下,使用低温陶瓷胶凝材料产生的费用将比采用42.5水泥产生的费用低。
       4.3.2底层充填的经济分析
       目前,二分层的底层充填采用的纯尾砂充填或者是废石+全尾砂充填方案,均难以满足采矿要求,充填采场的脱水效果势必要进一步加强。在“微细粒铁尾矿固化干堆及井下充填扩大性工业试验”中,验证了灰砂比为1∶30低温陶瓷胶凝材料在处理尾砂浓度为40%左右的尾矿浆时,其脱水效果仍十分理想,今后用于充填采场的底层时,若能将尾矿浆浓缩至50%左右的浓度,添加灰砂比为1∶30的低温陶瓷胶凝材料将可满足采场的脱水要求。此部分采用的固化剂成本为:500元/t×(126万t/a-25.2万t/a)÷30=1680万元/a;吨处理成本为:500元/t÷30=16.7元/t。
       4.3.3充填尾矿固结成本分析
       采用“底层低掺量全尾砂胶结充填+面层高掺量分级尾砂胶结充填”的方案,可基本满足深部Ⅰ号铜矿带的充填及采矿要求,并可有效解决脱水效果差、尾砂利用率不高、尾矿库堆坝压力大等问题。
       充填尾矿的综合固结成本:2100万元/a+1680万元/a=3780万元/a;吨尾矿综合固结成本:3780万元/a÷126万t/a=30元/t;换算成方量的单位成本:3780万元/a÷66万m3/a=57.3元/m3。
       5结语
       (1)本次工业试验的目的是:验证灰砂比为1∶6的低温陶瓷胶凝材料是否能取得灰砂比为1∶4的42.5水泥的充填效果。试验结果表明,两者的充填体抗压强度基本相同。
       (2)将低温陶瓷胶凝材料用作充填料,在与42.5水泥同等效果的前提下,其产生的费用将比42.5水泥的低,能取得较好的经济效益。
       (3)针对低温陶瓷胶凝材料良好的脱水效果,需要进一步验证其在尾砂粒度分布、尾矿浆浓度等因素发生变化后的实际使用情况,若能够进行低胶凝剂掺量的低浓度全尾砂胶结充填,则将对充填制备站造浆、尾矿库堆坝等带来巨大影响。
       参考文献:
       [1]郭雄,乔伟,罗聘.盘区上向水平分层充填法在谦比西铜矿的应用[J].采矿技术,2011,11(2).
       [2]雷小林.上向水平分层干式充填法在三台山金矿的应用[J].采矿技术2012(5).
       [3]彭士群,王洪武.进路充填技术讨论[J].中国矿山工程,2004,6(3):31-33.
       [4]樊明玉,闫顺玲,张精明.盘区点柱式分层尾砂充填法的构想[J].采矿技术,2002(3):33-34.

       文章作者:胡 远,周富成;昆钢大红山铁矿, 云南 玉溪市 653405;
       文章来源:《采矿技术》:2015,(15)6;
       版权所有:www.cnki.net

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