青菜沖礦磷石膏嗣后膠結充填法采礦優化設計

黃明舉

(貴州開磷集團礦業總公司技術部, 貴州貴陽 550302)

青菜沖礦磷石膏嗣后膠結充填法采礦優化設計

黃明舉

(貴州開磷集團礦業總公司技術部, 貴州貴陽 550302)

2011年以前,開磷集團礦業總公司充填法采礦存在一些問題:脈外出礦橫巷工程量大;水泥消耗量多;料漿制備能力相對較低。針對這些問題,開展充填法采礦優化設計,脈外出礦橫巷工程量和水泥消耗量減少了一半,料漿制備能力提高了50%。

磷石膏充填法;出礦橫巷;水泥;料漿制備能力;優化設計

1 磷石膏嗣后膠結充填采礦系統存在的問題

2011年以前,貴州開磷集團礦業總公司已建成4套磷石膏嗣后膠結充填采礦系統,主要分布在用沙壩礦和馬路坪礦,這4套充填法采礦系統在實際運行中均存在一些問題。

(1)采場結構參數設計不合理。脈外出礦橫巷布置在礦房的中部(每個礦房垮度為20 m),導致一條脈外出礦橫巷(每20 m一條)只服務一個礦房,脈外出礦橫巷工程量較大。

(2)對膠結充填體強度未進行深入的試驗研究,一直采用高(水泥)配比充填,使充填配料水泥用量偏大。為保證鏟運機能在充填體上正常運行,要求充填體的強度達到1.5 MPa。井下充填料漿(不含塊石)取樣結果表明,當充填濃度達到57%,水泥∶粉煤灰∶磷石膏＝1∶1∶6時,充填體30 d抗壓強度為1.5～2.0 MPa,滿足充填體強度設計(1.5 MPa)要求。當充填濃度達到57%,水泥∶粉煤灰∶磷石膏＝1∶1∶8時,充填體30 d抗壓強度為0.9～1.5 MPa,不能滿足充填體強度要求。因此,井下一直采用高配比(水泥∶粉煤灰∶磷石膏＝1∶1∶6)充填,忽視了塊石對充填體強度的積極影響,使充填配料水泥用量偏大。

(3)地面制漿工藝系統均包含5條生產線,即磷石膏供料線、粉煤灰供料線、水泥輸送線、供水線、充填料漿制備及其輸送線。其中,充填料漿制備及其輸送線采用雙軸攪拌機及強力活化攪拌機,在運行中出現料漿制備能力(最大能力80 m3/h)相對較低、攪拌不徹底、維修量大等問題。

青菜沖礦隸屬于貴州開磷集團礦業總公司,年供礦能力為120萬t,2011年以前為空場法采礦, 2011年開始實施充填法采礦。為克服上述問題,結合青菜沖礦段開采技術條件,在青菜沖礦開展了充填法采礦優化設計。

2 青菜沖礦充填法采礦優化設計

(1)采場結構參數設計優化。每個礦房垮度為20 m,脈外出礦橫巷布置在相鄰兩個礦房交界處,同時服務兩個礦房,可使一條脈外出礦橫巷(每40 m一條)同時服務兩個礦房,脈外出礦橫巷工程量減少一半,采場結構見圖1。

(2)充填配比設計優化。由于塊石粒度大,不能通過管道輸送,因此膠結充填時,塊石與料漿分開輸送。

根據現場試驗,要使料漿滲入充填的塊石,塊石的充入量不能超過料漿的50%。

井下取樣試驗結果見表1。當水泥∶粉煤灰∶磷石膏∶塊石＝1∶1∶10∶6時,充填體強度大于1.5 MPa,滿足設計要求,此時1 m3干基充填體(比重為1.8 t/m3)的水泥消耗量為:1×1.8×1/18＝0.1(t)。當井下充填料漿不含塊石時(充填濃度達到57%,水泥∶粉煤灰∶磷石膏＝1∶1∶6),1 m3干基充填體(比重為1.6 t/m3)的水泥消耗量為: 1×1.6×1/8＝0.2(t)。由此可見,前者比后者節約水泥50%。

表1 開磷集團塊石膠結充填試驗結果

(3)充填料漿制備設計優化。青菜沖礦在此次設計中,與廠家合作,專門設計制作了一套攪拌桶設備。該設備最大設計制漿能力為120 m3/h。為保證攪拌充分,需保證4種物料在攪拌桶中停留5 min以上。

圖1 采場結構

3 青菜沖井下充填試驗應用情況

青菜沖礦井下充填法采礦試驗從2011年5月開始,到2011年12月底,共回采(充填)礦房52個,施工脈外出礦橫巷1040 m,采礦23萬t,充填廢石5.8萬t,充填水泥1.1萬t,粉煤灰1.2萬t,磷石膏10.5萬t。

試驗結果表明:脈外出礦橫巷工程量減少了一半。鏟運機在充填體(礦房)上行駛出礦,未出現超過50 mm深的壓痕,說明充填體強度滿足設計要求(大于1.5 MPa)。2011年5月～12月,充填站制漿濃度為57%,充填系統按設計的最大制漿能力(120 m3/h)運行,從未發生過堵管,說明充填站制漿工藝基本合理。用攪拌桶取代雙軸攪拌機及強力活化攪拌機進行料漿制備,料漿制備能力可提高50%。

[1]于潤滄.我國充填工藝創新成就與尚需深入研究的課題[J].采礦技術,2011,11(3):1-3.

[2]吳愛祥,楊 盛,等.超細全尾膏體處置技術現狀與趨勢[J].采礦技術,2011,11(3):4-8.

[3]李 煒,周 旭,等.膠結充填替代材料的研究與實踐[J].采礦技術,2011,11(3):19-21.

2012-03-16)

黃明舉(1968-),男,貴州開陽人,主任工程師,主要從事采礦工程設計研究。