高濃度結構流全尾砂膠結充填實驗研究與應用

2024年3月14日發(作者：吃糧不管事)

礦　業　工　程　

２０　

Ｍｉｎｉｎｇ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　

第９卷第６期　

２０１１年１２月　

高濃度結構流全尾砂膠結　

充填實驗研究與應用　

朱國濤　

（五礦邯邢礦業安徽開發礦業有限公司，安徽霍邱２３７４６４）　

摘要：針對吳集鐵礦礦床被約１４０?。砗竦谒南祹r石覆蓋，采礦過程中地表不允許塌落，合理選擇了階　

段空場嗣后充填法采礦，開展了低品位鐵礦高濃度全尾砂結構流膠結充填實驗研究并成功應用，取得良好　

的經濟和社會效益。　

關鍵詞：結構流全尾砂膠結充填；充填體；強度；效益　

中圈分類號：ＴＤ　８２３．７　文獻標識碼：Ｂ　文章編號：１６７１—８５５０（２０１１）０６—００２０—０３　

一

２００?。硪陨系V段。初步設計生產能力為９９萬ｔ／ａ，根據礦　

１　概述　

吳集鐵礦（北段）位于霍邱礦區南部，霍邱鐵礦區分　

布南北長約４０?。耄恚瑬|西寬３～８　ｋｍ的范圍內，截止２００２　

年全區鐵礦石探明儲量累計１７．２億ｔ，遠景儲量為３Ｏ億ｔ?！?/p>

體賦存條件、開采技術經濟條件，巖石力學研究和采礦方　

法論證，確定采用多步驟分段礦房采礦高階段充填采礦法　

和淺孔留礦采礦階段為輔，當礦體厚＞１２　ＩＴＩ時，采用多步　

驟分段礦房采礦高階段嗣后充填采礦法回采，隔一采一，　

嗣后充填；當礦體厚＜１２　ｍ或礦體間夾石需剔除，以及分　

支、零星礦體采用淺孑Ｌ留礦采礦階段嗣后充填法回采?！?/p>

該礦石組分簡單，礦石礦物主要為磁鐵礦，脈石礦物　

主要石英，低品位但可選性較好，Ｓ、Ｐ等雜質含量低，最　

吳集鐵礦（北段）屬于隱伏型大型變質沉積鐵礦床，探明　

資源儲量為１０?。担常玻罚溉fｔ，平均地質品位ＴＦｅ２９．２０　。礦　

床走向長３．２?。耄?，寬３００～１５０　ｍ，共有８個礦體，Ｉ?。蔡枴?/p>

礦體為主礦體，占全礦床儲量的９Ｏ．Ｏ７　。賦存標高一３３　

～一

６６３?。硪韵?，平均斜深３９４　ｍ，平均厚２２．２３　ｒｆｌ，傾角　

終工業產品為單一優質鐵精粉，鐵精礦含鐵６６．５　。選礦　

工藝為三段一閉路流程，綜合選比３．７。若選礦能力按處　

理１００萬ｔ／ａ規模計算，則干拋尾礦比率為１５　，干拋尾　

礦量約１５萬ｔ，人磨礦石量８５萬ｔ，精礦年產量２８萬ｔ，　

尾砂量５７萬ｔ?！?/p>

５０?！罚?。，走向自南向北由３３５。轉至１８。，總體向西傾斜?！?/p>

礦石類型為沉積變質磁鐵礦，礦石抗壓強度為　

１４０?。停校?，，＝１２～１６，穩固；圍巖抗壓強度９６　ＭＰａ，頂板　

圍巖為黑云母斜長片麻巖、含鐵角閃斜長片麻巖等，，一８　

～

１２，穩固；底板圍巖為黑云母斜長片麻巖、混合花崗巖、　

根據所選的采礦方法，必須實現膠結充填。該方案決　

定了料漿的制備和輸送方式選擇。最適宜、最經濟的充填　

黑云母變粒巖、黑云母角閃片巖，，一８～１２，穩固。頂底　

板富水程度較弱，水文地質條件中等。　

該礦床屬隱伏型裂隙充水礦床，礦體位于當地侵蝕基　

準面與地下水位以下，礦區均被第四系所覆蓋，厚５７．５～　

１６６?。?，巖性多為粘土、亞粘土和砂層等，水系尚發育，有　

多層流沙層，工程地質條件差。礦區地表多為優質良田、　

溝塘、水渠和自然村莊等地表設施，因此采礦過程中地表　

物料是井下掘進的廢石和選礦廠尾砂，基于公司的內外因　

素考慮，廢石加工破碎后可以作為建筑和筑路等材料，因　

此，尾砂是最合適的膠結充填物料，也是未來充填采礦發　

展的方向。公司委托相關科研單位對充填技術系統方案進　

行研究，認為該方案切實可行，既能為充填系統建設方案　

提供基礎資料，又能驗證了料漿的制備和輸送的相關影響　

因素，因此，著重開展對充填物料工業實驗的研究，具有　

重要的現實意義?！?/p>

不允許移動和塌落；礦體上部為破碎強風化帶，必須給予　

保護，為了避免第四系含水層與井下發生水力聯系，將礦　

體上部與破碎風化帶接觸帶預留２０?。椋裕伤胶竦倪B續護頂　

柱，保護破碎風化帶不受破壞?！?/p>

一

２　實驗方法　

２．１　全尾砂基本物化性能參數測定　

期工程采用豎井開拓方式，中央主、副井，兩翼為　

風井，對角兩翼抽出式通風，開采范圍為１６～３２線之間　

全尾砂的密度、容重、孑Ｌ隙率、化學成分及粒級組成　

進行了測定，見表１～３。　

收稿日期：２０１１一Ｏ６—１７　

作者簡介：朱國濤（１９８２一），男（漢族），安徽霍邱人，安徽開發　

礦業有限公司助理工程師，主要從事采礦技術工作?！?/p>

分布粒徑如下：ｄ１ｏ一５．７１?。怼ⅲ洌担埃剑矗叮福病。?、ｄ９ｏ一　

１２５．８７?。?、ｄ　ｊ句一５９．６８肚ｍ?！?/p>

實驗數據分析見表１～３，尾砂的物化性質對流體的流　

２０１１年第６期　朱國濤　高濃度結構流全尾砂膠結充填實驗研究與應用　２１　

變類型、水力學的性能、充填體的力學性質影響較大。全尾　

砂比重及松散容重較小，其化學成分中Ｓｉ（）２含量較大，有利　

于快尾砂自然沉降速度，而ＣａＯ及ＭｇＯ含量相對較低。　

表１全尾砂密度、容重、孔隙率　

表２全尾砂化學成分測定結果　

粒徑?。怼》钟嫞ā。±塾嫞ā。?/p>

同時全尾砂粒級較粗，一５及一１０／ｚｍ所占比例分別為　

９．１　、１４．６５　，一２０?。梗硭急壤秊椤。玻矗常臁?，　

一

０．０７４?。恚碚迹罚希保浮　Ｓ昧＜壗M成不均勻系數　—ｄ。。／　

ｄ　。和口一ｄ　。／ｄ　。反映充填材料粒級分布狀況，計算可得ａ一　

８．２～２２．Ｏ＞５，反映充填材料粒級分布比較不均，充填體　

強度較高，密實程度較強。　

料漿在管道輸送中若是呈柱塞流或“結構流”并在低流　

速（１～２?。恚螅┥踔镣Ｖ沽鲃拥臈l件下，必須不能沉淀、離　

析及堵管等現象，標準是充填物料中的一２０?。泶诸w粒含量　

不低于ｌ５　。－－２０　阻顆粒含量大可使料漿保水性強，可　

使料漿在低速流動堵管可能性小，也不易于離析分層等現　

象。該礦全尾砂中一２０／ｚｍ粗顆粒含量為２４．３ｌ　，達到高　

濃度結構流全尾砂充填對粒級要求。目前對一１５０?。碇卸危茫病?/p>

充填實驗采場應用驗證了充填料漿濃度在６９％～７１　，料　

漿整體均勻穩定，無論管道輸送還是充入采場，流動性較　

好，實現了重力自流輸送，均未產生離析分層及堵塞管道現　

象。通過采場充填體鉆孔取樣和強度測定，整體性良好，均　

勻穩定并達到設計要求，部分指標超出設計要求?！?/p>

２．２全尾砂沉降性能測定　

起始濃度為４Ｏ％的全尾砂漿進行自然沉降，其結果見圖１　

所示。　

７０　

６０　

５０　

龔４０　

時間／ｈ　

圖１　料漿自然沉降的時間關系　

實驗數據分析，全尾砂２４小時最大沉降濃度為　

６６．３６％～６７．２３％，平均為６６．８Ｏ　。１小時沉降濃度約達　

６５　，６小時沉降濃度接近最大值，以后沉降濃度基本不　

變。該礦沉降特性直接成功應用，將選廠的８　濃度尾砂　

直接用泵送到立式砂倉自然沉降，階梯式排水設施排水，　

壓氣造漿，較短時間內能在砂倉內制成全尾砂濃度約７Ｏ　

料漿且穩定均勻?！?/p>

２．３全尾砂充填料漿坍落度測定　

坍落度作為漿體流動性指標，輔助觀察漿體的粘聚性　

和保水性等現象。把不同濃度的全尾砂坍落度性能進行測　

定，結果見圖２。　

暑　

魁　

密　

料漿重量濃度（％）　

圖２料漿濃度對坍落度的影響　

由圖２可知，當充填料漿濃度增加，坍落度逐漸減少，　

當超過７４　時，其坍落度（２２?。悖恚蠞{流動性明顯降低，　

無法實現自流輸送。而料漿濃度為７Ｏ　～７２　時，坍落度　

為２８～２６．５?。悖?，料漿流動性強、不離析、不分層和不脫　

水等現象?！?/p>

２．４配比強度試驗（表４）　

實驗數據分析：１）充填料漿濃度對充填指標的影響?！?/p>

灰砂比１：８時，隨著料漿濃度從６７　升至７３　，３天的試　

塊強度從０．２５?。停校嵘咧粒埃础。停校幔诽斓脑噳K強度從　

０．４３?。停校嵘咧粒埃叮础。停校?，２８天的試塊強度從０．７６?。停校帷?/p>

升高至１．１６　ＭＰａ；灰砂比１：６時，隨著料漿濃度從６７％　

升至７３　，３天的試塊強度從０．４?。停校嵘咧粒埃叮薄。停校?，７　

天的試塊強度從０．５８　ＭＰａ升高至０．８７　ＭＰａ，２８天的試塊　

強度從１．３４?。停校嵘咧粒保罚丁。停校?；灰砂比１：４時，隨著　

料漿濃度從６７％升至７３　，３天的試塊強度從０．４６?。停校嵘?/p>

高至０．９５　ＭＰａ，７天的試塊強度從０．９４?。停校嵘咧痢?/p>

１．６２　ＭＰａ，２８天的試塊強度從１．８８?。停校嵘咧粒常埃场。停校帷！?/p>

隨著充填料漿濃度提高，試塊強度提高幅度較快。當濃度　

從６７％提高至７３　時，各組試塊強度提高幅度為６Ｏ　～　

１０６％，其中３天強度提高幅度最大，因此，提高全尾砂濃　

度有利于加快充填料漿凝結硬化速度，加快充填作業循環；　

２）水泥添加量對充填強度的影響。灰砂比１：８時，濃度　

為７Ｏ　時，試塊３、７和２８天的強度分別為０．３１、０．５２和　

０．９４?。停校幔换疑氨龋保海稌r，濃度為７０　時，試塊３、７和　

２８天的強度分別為０．４８、０．６４和１．３４　ＭＰａ；灰砂比１：４　

時，濃度為７Ｏ　時，試塊３、７和２８天的強度分別為　

０．６８、１．２４和２．４７　ＭＰａ。隨著水泥添加量增加，充填體強　

度急劇上升?！?/p>

２２　礦　業　工　程　第９卷第６期　

全尾砂料漿濃度和灰砂配比升高，能加大充填體的內　

聚力和內摩擦角，彈性模量隨之提高，強度增強。但隨著　

充填料漿充人采場，凝結硬化正常，１　ｄ即可行人，提高充　

填作業率。對充填體取樣并進行抗壓強度測試，不同灰砂　

比充填體強度均達到設計要求。基本上滿足了多步驟分段　

料漿濃度升高而流動性下降，若要實現尾砂高濃度結構流　

全尾砂料漿自流輸送，必控制料漿的濃度；隨著灰砂配比　

的升高，其充填成本相對增加，必控制合理的灰砂配比?！?/p>

礦房采礦法高階段嗣后充填工藝要求，同時降低了損失貧　

化，提高金屬回收率?！?/p>

參照同類礦山灰砂配比參數選擇和該礦對充填技術研究成　

果，試塊強度比同等條件下其他礦山灰砂配比強度要高，　

采場底部和頂板充填體要高強度，灰砂比為１：４，采場中　

間強度可以低些，采場不同區域高度充填體的強度要求不　

４結語　

吳集鐵礦（北段）低品位鐵礦高濃度結構流全尾砂膠　

結充填工業實驗研究和結果，在該礦成功的應用，保證了　

生產采礦安全高效，降低采空區的地壓活動，維持圍巖穩　

同，其灰砂配比也不同，運行采用灰砂比１：４～１：１２之　

間可調滿足工藝需求?！?/p>

定性，有效控制地表移動和沉陷，多回收礦石２?。埃埃叭fｔ，　

實現經濟增效，擴大低品位黑色鐵礦的微利的空問；同時　

降低尾礦排污費，減少尾礦庫的占地、筑壩等費用，減少　

尾砂對環境的污染，在霍邱鐵礦區具有示范和推廣作用。　

礦山“無廢開采”、“零排放”、“綠色”環保的理念將成為　

現代主流采礦方法?！?/p>

參考文獻：　

Ｅｌｉ長沙設計院．吳集鐵礦全尾砂結構流體膠結充填系統建設初　

步設計說明書ＪＲ３．２００７（ＩＺ）．　

［２］解世俊．金屬礦山地下開采［Ｍ］．北京：冶金出版社（第二　

版）．１９８６（Ｏ４）．　

３工業試驗結果　

工業試驗研究的結果，該礦能夠實現尾砂高濃度結構　

流全尾砂自流輸送，充填料漿濃度控制在６６％～７２　之間，　

即充填倍線６～８以上，濃度為６６　～６８??；充填倍線５以　

下，濃度６９％～７２　。充填料漿制備輸送能力控制在６Ｏ～　

１００　ｍ。／ｈ，可以滿足礦山一期工程采充平衡，水泥添加量　

為０．０８～Ｏ．２５?。簦粢弧?，充填綜合水泥消耗為１９６?。耄纾怼＃洹?/p>

填運營成本合理，即７８元／ｍ　，按單位礦石成本為２３．６元　

／ｔ。針對該尾砂沉降特性，將選廠的８　濃度尾砂直接輸送　

充填站立式沙倉直接沉降，并制造穩定的高濃度全尾砂膏　

［３］王喜兵等．新型全尾砂膠結充填采礦工藝技術研究與應用　

［Ｊ］．《采礦技術》，２０１０（３）．　

［４３姜峰．草樓鐵礦全尾砂充填方案論證ＥＪ］．《礦業工程》，　

２００８（２）．　

體料漿，提高了充填體質量，降低采場脫水、排污等費用。　

充填系統工藝大幅簡化，減少機械濃密脫水設備投入，縮　

［５］張德明等．新編礦山采礦設計手冊．礦山開采卷（第二冊）　

ＥＭ］　中國礦業大學出版社，２００６（４）．　

短建設周期，降低脫水能耗，降低前期投入和運營等費用?！?/p>

Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?。簦澹螅簟。幔睿洹。穑颍幔悖簦椋悖幔臁。幔穑穑欤椋悖幔簦椋铮睢。铮妗?/p>

ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｅｄ　ｆｉｌｌｉｎｇ?。鳎椋簦琛。瑁椋纾瑁洌澹睿螅椋簦。簦幔椋欤椋睿纾蟆?/p>

ＺＨＵ　Ｇｕｏ－ｔａｏ　

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