青菜冲矿磷石膏嗣后胶结充填法采矿优化设计

黄明举

(贵州开磷集团矿业总公司技术部, 贵州贵阳 550302)

青菜冲矿磷石膏嗣后胶结充填法采矿优化设计

黄明举

(贵州开磷集团矿业总公司技术部, 贵州贵阳 550302)

2011年以前,开磷集团矿业总公司充填法采矿存在一些问题:脉外出矿横巷工程量大;水泥消耗量多;料浆制备能力相对较低。针对这些问题,开展充填法采矿优化设计,脉外出矿横巷工程量和水泥消耗量减少了一半,料浆制备能力提高了50%。

磷石膏充填法;出矿横巷;水泥;料浆制备能力;优化设计

1 磷石膏嗣后胶结充填采矿系统存在的问题

2011年以前,贵州开磷集团矿业总公司已建成4套磷石膏嗣后胶结充填采矿系统,主要分布在用沙坝矿和马路坪矿,这4套充填法采矿系统在实际运行中均存在一些问题。

(1)采场结构参数设计不合理。脉外出矿横巷布置在矿房的中部(每个矿房垮度为20 m),导致一条脉外出矿横巷(每20 m一条)只服务一个矿房,脉外出矿横巷工程量较大。

(2)对胶结充填体强度未进行深入的试验研究,一直采用高(水泥)配比充填,使充填配料水泥用量偏大。为保证铲运机能在充填体上正常运行,要求充填体的强度达到1.5 MPa。井下充填料浆(不含块石)取样结果表明,当充填浓度达到57%,水泥∶粉煤灰∶磷石膏＝1∶1∶6时,充填体30 d抗压强度为1.5～2.0 MPa,满足充填体强度设计(1.5 MPa)要求。当充填浓度达到57%,水泥∶粉煤灰∶磷石膏＝1∶1∶8时,充填体30 d抗压强度为0.9～1.5 MPa,不能满足充填体强度要求。因此,井下一直采用高配比(水泥∶粉煤灰∶磷石膏＝1∶1∶6)充填,忽视了块石对充填体强度的积极影响,使充填配料水泥用量偏大。

(3)地面制浆工艺系统均包含5条生产线,即磷石膏供料线、粉煤灰供料线、水泥输送线、供水线、充填料浆制备及其输送线。其中,充填料浆制备及其输送线采用双轴搅拌机及强力活化搅拌机,在运行中出现料浆制备能力(最大能力80 m3/h)相对较低、搅拌不彻底、维修量大等问题。

青菜冲矿隶属于贵州开磷集团矿业总公司,年供矿能力为120万t,2011年以前为空场法采矿, 2011年开始实施充填法采矿。为克服上述问题,结合青菜冲矿段开采技术条件,在青菜冲矿开展了充填法采矿优化设计。

2 青菜冲矿充填法采矿优化设计

(1)采场结构参数设计优化。每个矿房垮度为20 m,脉外出矿横巷布置在相邻两个矿房交界处,同时服务两个矿房,可使一条脉外出矿横巷(每40 m一条)同时服务两个矿房,脉外出矿横巷工程量减少一半,采场结构见图1。

(2)充填配比设计优化。由于块石粒度大,不能通过管道输送,因此胶结充填时,块石与料浆分开输送。

根据现场试验,要使料浆渗入充填的块石,块石的充入量不能超过料浆的50%。

井下取样试验结果见表1。当水泥∶粉煤灰∶磷石膏∶块石＝1∶1∶10∶6时,充填体强度大于1.5 MPa,满足设计要求,此时1 m3干基充填体(比重为1.8 t/m3)的水泥消耗量为:1×1.8×1/18＝0.1(t)。当井下充填料浆不含块石时(充填浓度达到57%,水泥∶粉煤灰∶磷石膏＝1∶1∶6),1 m3干基充填体(比重为1.6 t/m3)的水泥消耗量为: 1×1.6×1/8＝0.2(t)。由此可见,前者比后者节约水泥50%。

表1 开磷集团块石胶结充填试验结果

(3)充填料浆制备设计优化。青菜冲矿在此次设计中,与厂家合作,专门设计制作了一套搅拌桶设备。该设备最大设计制浆能力为120 m3/h。为保证搅拌充分,需保证4种物料在搅拌桶中停留5 min以上。

图1 采场结构

3 青菜冲井下充填试验应用情况

青菜冲矿井下充填法采矿试验从2011年5月开始,到2011年12月底,共回采(充填)矿房52个,施工脉外出矿横巷1040 m,采矿23万t,充填废石5.8万t,充填水泥1.1万t,粉煤灰1.2万t,磷石膏10.5万t。

试验结果表明:脉外出矿横巷工程量减少了一半。铲运机在充填体(矿房)上行驶出矿,未出现超过50 mm深的压痕,说明充填体强度满足设计要求(大于1.5 MPa)。2011年5月～12月,充填站制浆浓度为57%,充填系统按设计的最大制浆能力(120 m3/h)运行,从未发生过堵管,说明充填站制浆工艺基本合理。用搅拌桶取代双轴搅拌机及强力活化搅拌机进行料浆制备,料浆制备能力可提高50%。

[1]于润沧.我国充填工艺创新成就与尚需深入研究的课题[J].采矿技术,2011,11(3):1-3.

[2]吴爱祥,杨 盛,等.超细全尾膏体处置技术现状与趋势[J].采矿技术,2011,11(3):4-8.

[3]李 炜,周 旭,等.胶结充填替代材料的研究与实践[J].采矿技术,2011,11(3):19-21.

2012-03-16)

黄明举(1968-),男,贵州开阳人,主任工程师,主要从事采矿工程设计研究。