水砂充填在羊拉銅礦山的試驗研究

李 亮

(云南迪慶礦業開發有限責任公司, 云南迪慶州 674400)

水砂充填在羊拉銅礦山的試驗研究

李 亮

(云南迪慶礦業開發有限責任公司, 云南迪慶州 674400)

羊拉銅礦山是一個新建礦山,井下采空區處理設計為水砂和廢石聯合充填方案。為了確保井下水砂充填的安全進行,在進行工業充填之前,依據尾礦輸送系統設計,進行了尾礦沉降試驗、尾砂濾水地表模擬實驗,通過對試驗數據的分析,掌握了羊拉銅礦山的尾砂容重、尾砂沉降速度,以及水砂濾水情況,為該礦水砂充填的實施提供了基礎。

水砂充填;尾礦輸送;尾砂沉降;尾砂濾水

0 引 言

羊拉銅礦位于云南、西藏和四川交界處的云南省迪慶藏族自治州德欽縣羊拉鄉海拔3000 m以上的山區,氣候惡劣,地質地貌復雜,主要為地下開采。總體上,里農礦段巖石質量等級中等,局部地段較差。

目前礦山開采了兩年多時間,形成了大量的采空區沒有充填,對目前礦山的正常生產產生了很大的影響,為了保證后期礦山生產的正常運行,需要對采空區進行及時充填和處理。根據上述情況及水砂充填礦山的經驗,針對羊拉銅礦礦體開采條件及采礦方法特點,進行了水砂充填采礦工藝試驗。

1 前期試驗

1.1 尾礦輸送系統設計

設計采用全尾砂按60%的濃度(容重1.683)從尾礦泵站3080水平輸送至下采區(頂沿3100水平)和上采區(頂沿3235,3300,3310等水平),管線長度見表1。

下采區的充填輸送線路:從尾礦輸送泵站3080水平經地表(900 m)至3235硐口,經3235平硐(756.87 m)出地表,經地表(228.6 m)進入下采區3100充填頂沿,經3100充填頂沿(1159.137 m)達采場下碴口,總長3045 m,充填下采區。

上采區的充填輸送線路:從尾礦輸送泵站3080水平經地表(900 m)至3235硐口,經3235平硐(756.87 m)從井下斜上山分別進入3300,3310頂沿水平,經3300,3310水平充填頂沿(1299.13, 982.13 m)達上采區采場下碴口,總長2956 m。管材選用陶瓷內襯復合鋼管(d×δ＝219 mm×14 mm),輸送管道連接采用焊接或法蘭連接,轉彎處用法蘭連接,直線段每間隔2.5 m設置一對法蘭連接。

尾礦輸送所需揚程按式(1)計算,加壓泵所需揚程、采場輸送壓力,不同濃度尾砂的輸送壓力計算結果見表1、表2、表3。

式中:Pk——輸送礦漿所需的總揚程,MPa;

H——提升礦漿的幾何高度,m;

ρK——尾礦顆粒密度,t/m3;

ρs——水的密度,t/m3;

L——管道長度,m;

Ik——管道沿程磨阻損失,MPa;

Pj——管道局部磨阻損失,MPa;

Pn——泵站內部管道零件局部磨阻損失,MPa;

Pz——所需剩余壓力,MPa。

表1 加壓泵所需揚程的計算值

表2 各采空區輸送壓力計算值

表3 尾砂濃度50%、65%的輸送壓力計算值

根據充填場的標高計算得出上采區充填所需的總揚程為P庫＝3.96 MPa,下采區充填所需的總揚程為P充＝3.06 MPa。

根據以上原則及礦漿輸送參數,設計選用國內產水隔泵(LSGB160-6.4)2臺(1臺備用),為考慮充填場不同充填高程的需要,配用兩套清水泵,一套清水泵(MD×155-67×7)及電機2臺(1套備用),電機功率315 k W/臺,負責輸送揚程3.06 MPa以上(3300 m高程)的充填場。

根據膏體輸送泵房選址技術改進,選擇1套清水泵(MD×155-67×9),電機功率450 k W/臺,負責輸送揚程3310 m的膏體原料。

1.2 尾礦沉降試驗

1.2.1 濃度、細度測定

經測定,45 m濃密池底流尾礦漿的濃度為34.91%,尾礦樣品的粒度見表4。

表4 尾礦樣品各粒級篩析結果

1.2.2 沉降速度試驗

用量筒進行自然沉降。將一定量的尾礦試樣裝入量筒至滿刻度,用人工攪勻,抽出玻璃棒,用秒表計時,觀察礦漿沉降情況,并記錄清水層高度隨時間的變化,根據記錄作沉降曲線,計算沉降速度,結果見表5和圖1。由表5可知,尾礦在30 min內的自然沉降的速度為0.24 cm/min。

1.2.3 尾礦沉降試驗結論

因45 m濃密池的回水要供選廠生產使用,底流尾礦的濃度受選廠生產所需的回水量的影響,故尾礦濃度忽高忽低難以控制。所以建議在尾礦進入

泵前增加一個泵池,以保證泵能正常、穩定供料。

表5 沉降速度試驗數據

圖1 沉降速度曲線

2 尾砂濾水地表模擬實驗及結果

濾水管采用PVC管,鉆(8～10 mm)圓孔,外包雙層土工布,一層棕皮綁扎而成。在池內鋪設3根濾水管,1根豎向管,2根平鋪管,充入濃度24.74%的尾砂0.5 m深,充入尾砂約14 m3;前1 h均滿管排水(含砂率＜5%,在允許范圍內),平鋪管排水量0.15 m/h,豎向管排水量為0.26 m3/h,經21 h后,池內水面下降0.15 m;排水量約3.6 m3,干尾砂量約2.4 m3;池內積水量約8 m3。繼續充入尾砂量(濃度41.95%)約4.2 m3(兩次充入尾砂量約6.6 m3),池內尾砂總量為20.5 m3;當池內尾砂上升至1 m處停充。這時平鋪管成線狀排水,豎向管水位上升后,排水量恢復至0.26 m3/h;出現含泥細粒級渾水排出,2 h后,渾水變清,排水量減小。21 h后觀測,池內積水深0.3 m;平鋪濾水管現狀排水,豎向管點滴狀排水。此后,又把平鋪管改為單層土工布,單層棕皮包扎,濾水情況與雙層土工布排水量相同,豎向管則在第一次加入尾砂漿后其表面濾水層被細粒泥漿、尾砂堵塞,濾水效果變差。

(1)由于羊拉銅礦選廠的磨礦細度較細,要求對采空區充填的濾水管道采用土工布包裹嚴實。若采用棕包扎,必須包扎四層以上,同時要包扎嚴實,這樣才能滿足濾水需要。

(2)根據試驗的情況來看,濾水管道采用豎向安裝比水平方向安裝的濾水效果要好,但在采空區進行豎向安裝比較困難,所以,若采用水平方向安裝,就必須采用在不同的高度進行分層安裝濾水管道,才能滿足濾水需要。

(3)濾水速度主要是由泵入的尾砂濃度和濾水材料的面積決定,尾砂濃度越大,進入的水量少,濾水的時間就短,反之濾水時間就長。過濾的面積越大,濾同樣的水的時間要求就短,反之需要濾水的時間就長。具體需要安裝多少,根據采場的具體情況再進行確定。

3 結 論

生產性尾砂充填實驗進行了一年多時間,對收集的大量技術數據進行了分析和研究,對尾礦輸送系統進行了設計,了解了充填料的特性,并通過地表模擬尾砂濾水工藝實驗,掌握了采用水砂充填的濾水措施。后期采空區(盤區)水砂充填試驗研究取得了成功,為羊拉銅礦山傾斜、緩傾斜礦體的開采提供了一種安全可靠的采空區處理方法。

[1]中國恩菲工程技術有限公司.羊拉銅礦充填系統建設工程[R].北京:中國恩菲工程技術有限公司,2010.

[2]昆明有色冶金設計研究院.云南迪慶礦業開發有限責任公司羊拉銅礦里農礦段采選工程初步設計[R].昆明:昆明有色冶金設計研究院,2006.

[3]《采礦手冊》編委會.采礦手冊(礦山開采卷)第四冊[M].北京:冶金工業出版社,2006.

[4]張道珍,陳鼎懿.水砂充填在深部開采中的應用[J].采礦技術,1989(35):17-19.

[5]鄭文達,黃沛生,謝 鷹.盤區機械化細砂水砂充填采礦工藝的實踐[J].采礦技術,2001,1(1):12-13.

2012-06-01)

李 亮(1972-),男,云南大姚縣人,采礦工程師,主要從事高效采礦方法、采空區處理研究。