水砂充填在羊拉铜矿山的试验研究

李 亮

(云南迪庆矿业开发有限责任公司, 云南迪庆州 674400)

水砂充填在羊拉铜矿山的试验研究

李 亮

(云南迪庆矿业开发有限责任公司, 云南迪庆州 674400)

羊拉铜矿山是一个新建矿山,井下采空区处理设计为水砂和废石联合充填方案。为了确保井下水砂充填的安全进行,在进行工业充填之前,依据尾矿输送系统设计,进行了尾矿沉降试验、尾砂滤水地表模拟实验,通过对试验数据的分析,掌握了羊拉铜矿山的尾砂容重、尾砂沉降速度,以及水砂滤水情况,为该矿水砂充填的实施提供了基础。

水砂充填;尾矿输送;尾砂沉降;尾砂滤水

0 引 言

羊拉铜矿位于云南、西藏和四川交界处的云南省迪庆藏族自治州德钦县羊拉乡海拔3000 m以上的山区,气候恶劣,地质地貌复杂,主要为地下开采。总体上,里农矿段岩石质量等级中等,局部地段较差。

目前矿山开采了两年多时间,形成了大量的采空区没有充填,对目前矿山的正常生产产生了很大的影响,为了保证后期矿山生产的正常运行,需要对采空区进行及时充填和处理。根据上述情况及水砂充填矿山的经验,针对羊拉铜矿矿体开采条件及采矿方法特点,进行了水砂充填采矿工艺试验。

1 前期试验

1.1 尾矿输送系统设计

设计采用全尾砂按60%的浓度(容重1.683)从尾矿泵站3080水平输送至下采区(顶沿3100水平)和上采区(顶沿3235,3300,3310等水平),管线长度见表1。

下采区的充填输送线路:从尾矿输送泵站3080水平经地表(900 m)至3235硐口,经3235平硐(756.87 m)出地表,经地表(228.6 m)进入下采区3100充填顶沿,经3100充填顶沿(1159.137 m)达采场下碴口,总长3045 m,充填下采区。

上采区的充填输送线路:从尾矿输送泵站3080水平经地表(900 m)至3235硐口,经3235平硐(756.87 m)从井下斜上山分别进入3300,3310顶沿水平,经3300,3310水平充填顶沿(1299.13, 982.13 m)达上采区采场下碴口,总长2956 m。管材选用陶瓷内衬复合钢管(d×δ＝219 mm×14 mm),输送管道连接采用焊接或法兰连接,转弯处用法兰连接,直线段每间隔2.5 m设置一对法兰连接。

尾矿输送所需扬程按式(1)计算,加压泵所需扬程、采场输送压力,不同浓度尾砂的输送压力计算结果见表1、表2、表3。

式中:Pk——输送矿浆所需的总扬程,MPa;

H——提升矿浆的几何高度,m;

ρK——尾矿颗粒密度,t/m3;

ρs——水的密度,t/m3;

L——管道长度,m;

Ik——管道沿程磨阻损失,MPa;

Pj——管道局部磨阻损失,MPa;

Pn——泵站内部管道零件局部磨阻损失,MPa;

Pz——所需剩余压力,MPa。

表1 加压泵所需扬程的计算值

表2 各采空区输送压力计算值

表3 尾砂浓度50%、65%的输送压力计算值

根据充填场的标高计算得出上采区充填所需的总扬程为P库＝3.96 MPa,下采区充填所需的总扬程为P充＝3.06 MPa。

根据以上原则及矿浆输送参数,设计选用国内产水隔泵(LSGB160-6.4)2台(1台备用),为考虑充填场不同充填高程的需要,配用两套清水泵,一套清水泵(MD×155-67×7)及电机2台(1套备用),电机功率315 k W/台,负责输送扬程3.06 MPa以上(3300 m高程)的充填场。

根据膏体输送泵房选址技术改进,选择1套清水泵(MD×155-67×9),电机功率450 k W/台,负责输送扬程3310 m的膏体原料。

1.2 尾矿沉降试验

1.2.1 浓度、细度测定

经测定,45 m浓密池底流尾矿浆的浓度为34.91%,尾矿样品的粒度见表4。

表4 尾矿样品各粒级筛析结果

1.2.2 沉降速度试验

用量筒进行自然沉降。将一定量的尾矿试样装入量筒至满刻度,用人工搅匀,抽出玻璃棒,用秒表计时,观察矿浆沉降情况,并记录清水层高度随时间的变化,根据记录作沉降曲线,计算沉降速度,结果见表5和图1。由表5可知,尾矿在30 min内的自然沉降的速度为0.24 cm/min。

1.2.3 尾矿沉降试验结论

因45 m浓密池的回水要供选厂生产使用,底流尾矿的浓度受选厂生产所需的回水量的影响,故尾矿浓度忽高忽低难以控制。所以建议在尾矿进入

泵前增加一个泵池,以保证泵能正常、稳定供料。

表5 沉降速度试验数据

图1 沉降速度曲线

2 尾砂滤水地表模拟实验及结果

滤水管采用PVC管,钻(8～10 mm)圆孔,外包双层土工布,一层棕皮绑扎而成。在池内铺设3根滤水管,1根竖向管,2根平铺管,充入浓度24.74%的尾砂0.5 m深,充入尾砂约14 m3;前1 h均满管排水(含砂率＜5%,在允许范围内),平铺管排水量0.15 m/h,竖向管排水量为0.26 m3/h,经21 h后,池内水面下降0.15 m;排水量约3.6 m3,干尾砂量约2.4 m3;池内积水量约8 m3。继续充入尾砂量(浓度41.95%)约4.2 m3(两次充入尾砂量约6.6 m3),池内尾砂总量为20.5 m3;当池内尾砂上升至1 m处停充。这时平铺管成线状排水,竖向管水位上升后,排水量恢复至0.26 m3/h;出现含泥细粒级浑水排出,2 h后,浑水变清,排水量减小。21 h后观测,池内积水深0.3 m;平铺滤水管现状排水,竖向管点滴状排水。此后,又把平铺管改为单层土工布,单层棕皮包扎,滤水情况与双层土工布排水量相同,竖向管则在第一次加入尾砂浆后其表面滤水层被细粒泥浆、尾砂堵塞,滤水效果变差。

(1)由于羊拉铜矿选厂的磨矿细度较细,要求对采空区充填的滤水管道采用土工布包裹严实。若采用棕包扎,必须包扎四层以上,同时要包扎严实,这样才能满足滤水需要。

(2)根据试验的情况来看,滤水管道采用竖向安装比水平方向安装的滤水效果要好,但在采空区进行竖向安装比较困难,所以,若采用水平方向安装,就必须采用在不同的高度进行分层安装滤水管道,才能满足滤水需要。

(3)滤水速度主要是由泵入的尾砂浓度和滤水材料的面积决定,尾砂浓度越大,进入的水量少,滤水的时间就短,反之滤水时间就长。过滤的面积越大,滤同样的水的时间要求就短,反之需要滤水的时间就长。具体需要安装多少,根据采场的具体情况再进行确定。

3 结 论

生产性尾砂充填实验进行了一年多时间,对收集的大量技术数据进行了分析和研究,对尾矿输送系统进行了设计,了解了充填料的特性,并通过地表模拟尾砂滤水工艺实验,掌握了采用水砂充填的滤水措施。后期采空区(盘区)水砂充填试验研究取得了成功,为羊拉铜矿山倾斜、缓倾斜矿体的开采提供了一种安全可靠的采空区处理方法。

[1]中国恩菲工程技术有限公司.羊拉铜矿充填系统建设工程[R].北京:中国恩菲工程技术有限公司,2010.

[2]昆明有色冶金设计研究院.云南迪庆矿业开发有限责任公司羊拉铜矿里农矿段采选工程初步设计[R].昆明:昆明有色冶金设计研究院,2006.

[3]《采矿手册》编委会.采矿手册(矿山开采卷)第四册[M].北京:冶金工业出版社,2006.

[4]张道珍,陈鼎懿.水砂充填在深部开采中的应用[J].采矿技术,1989(35):17-19.

[5]郑文达,黄沛生,谢 鹰.盘区机械化细砂水砂充填采矿工艺的实践[J].采矿技术,2001,1(1):12-13.

2012-06-01)

李 亮(1972-),男,云南大姚县人,采矿工程师,主要从事高效采矿方法、采空区处理研究。