全尾砂胶结充填技术应用和改造实施膏体充填

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,全尾砂胶结充填技术应用,和改造实施膏体充填探讨,冯英俊,济南钢城矿业有限公司,2013,年,12,月,主要内容,企业基本情况,全尾砂胶结充填技术及应用,高炉水渣代替部分水泥充填,全尾砂胶结充填应用综合评价,需要改进完善的问题,改造全尾砂胶结充填系统实施膏体充填的探讨,1.,企业基本情况,济南钢城矿业有限公司原为济南张马屯铁矿，位于济南市的东郊，,1966,年,11,月建矿，因水文地质条件复杂,1977,年,11,月部分投产，形成年产,20,万吨矿石的生产规模。,1990,年并入济南钢铁集团公司，称为济钢张马屯铁矿，,2000,年根据济钢股份公司上市需要，注册为有限责任公司，是济南钢铁集团有限公司的全资子公司。矿山在,1993,1997,年实施扩产工程后，生产能力达到年产原矿,50,万吨、铁精矿,33,万吨。现已发展成以自有矿山采选生产为主，外购矿石、煤炭加工并举的综合型资源企业，成为济钢集团公司的重要原料基地。,建矿以来一直开采的张马屯铁矿床，属矽卡岩型磁铁矿床，位于矿区中部济南辉长岩体东部接触带，是济南铁矿区中规模较大的一个隐伏矿床，由,、,号两个主要矿体和少量零星矿体组成。矿体范围内为平原地形，地势平坦，标高在,29,33m,之间。地表为村庄农田，又紧邻胶济铁路和公路，无河流通过，无汇水体，矿体埋藏深。累计探明储量,2883.8,万吨，平均地质品位,54%,，属高硫半自熔高炉富矿。,张马屯铁矿床是国内罕见的大水矿床，水文条件极其复杂，先后投入巨大资金进行水文地质勘探和地下水治理工程。,在,1970,1975,年对该矿床进行了大规模的水文地质勘探，表明该矿床水文地质条件极为复杂，矿坑涌水量特别大，预测,360,（最低开采水平）坑道涌水量,41.4,万,m,3,/d,。,确定采用“以堵为主，排、堵结合”的防治水方法。,1975,年,12,月至,1979,年,9,月对,7,勘探线以东、水文地质条件相对简单的,号矿体实施了小帷幕注浆堵水试验工程。,借鉴小帷幕注浆堵水的成功技术经验，于,1993,年,3,月到,1996,年,12,月，对矿床西段（,7,勘探线以西）的矿体实施大帷幕注浆堵水工程。,堵水效果达,85%,以上，保障了矿床的安全开采，开辟了我国特大水矿山帷幕注浆治水的先河。,1993,年矿山与长沙矿山研究院合作成功研究应用了具有国际领先水平的全尾砂胶结充填综合技术，建成了国内第一个全尾砂胶结充填系统和高炉水渣细磨系统，实现了选矿不设尾矿库的绿色选矿目标。在此基础上，进一步完善采矿工艺，形成了不留矿柱的分段空场嗣后充填采矿新工艺，提高矿石回采率,20%,以上。资源化综合利用废石和矿坑水，将采矿的废石加工成建筑用的石子，将矿坑水输送到集团供冶炼使用。实现了采矿、选矿、充填互为原料、综合平衡的良性闭路循环，建成了年产矿石,50,万吨，铁精粉,33,万吨的安全、高效、无废排放的生态文明矿山。,公司在帷幕注浆堵水和全尾砂胶结充填技术方面积累了比较丰富的经验，为国内地下金属矿山提供了范例，在一些同类型矿山已得到了很好的应用；也被教材、专家学者研究引用。,2.,全尾砂胶结充填技术及应用,2.1,项目,背,背景,矿山,扩,扩产,，,，将,原,原矿,生,生产,能,能力,提,提高,到,到,50,万吨,，,，同,时,时建,设,设选,矿,矿厂,。,。扩,产,产带,来,来两,个,个问,题,题：,一,一个,是,是充,填,填料,的,的来,源,源。,矿,矿山,地,地表,为,为村,庄,庄农,田,田，,又,又紧,邻,邻胶,济,济铁,路,路和,公,公路,，,，不,能,能塌,陷,陷变,形,形，,必,必须,充,充填,。,。矿,山,山年,产,产原,矿,矿,50,万,t,每年,形,形成,约,约,12,万,m3,的采,空,空区,，,，需,充,充填,料,料,20,万,t,，而,井,井下,产,产生,废,废石,只,只有,3,4,万,t,，大,量,量充,填,填料,靠,靠外,购,购或,建,建采,石,石场,解,解决,，,，经,济,济上,不,不合,理,理，,也,也难,以,以实,施,施。,另,另一,个,个是,尾,尾矿,的,的堆,存,存。,为,为了,满,满足,炼,炼铁,的,的精,料,料需,求,求，,建,建设,选,选矿,厂,厂，,生,生产,品,品位,65,以,上,上的,铁,铁精,矿,矿。,而,而矿,山,山紧,邻,邻高,新,新技,术,术开,发,发区,，,，在,矿,矿区,内,内或,附,附近,无,无建,尾,尾矿,库,库的,合,合适,场,场地,，,，无,法,法解,决,决尾,矿,矿排,放,放问,题,题。,如果,将,将选,厂,厂产,出,出的,尾,尾矿,，,，全,部,部充,入,入井,下,下采,空,空区,，,，既,解,解决,了,了地,表,表无,法,法设,尾,尾矿,库,库的,难,难题,，,，又,满,满足,了,了井,下,下充,填,填料,的,的需,求,求。,同,同时,在,在尾,矿,矿中,再,再加,入,入一,定,定量,的,的胶,凝,凝材,料,料，,保,保证,充,充填,体,体达,到,到适,宜,宜的,强,强度,，,，使,回,回采,矿,矿柱,成,成为,可,可能,，,，提,高,高了,矿,矿石,综,综合,回,回收,率,率，,充,充分,利,利用,矿,矿产,资,资源,，,，可,获,获得,更,更好,的,的技,术,术经,济,济效,果,果。,经过,慎,慎重,决,决策,，,，矿,山,山从,1993,年,6,月开,始,始与,长,长沙,矿,矿山,研,研究,院,院合,作,作，,共,共同,试,试验,研,研究,和,和应,用,用全,尾,尾砂,胶,胶结,充,充填,技,技术,，,，目,标,标主,要,要有,两,两个,：,：其,一,一是,解,解决,充,充填,料,料的,不,不足,和,和地,表,表无,法,法建,造,造尾,矿,矿库,，,，选,厂,厂尾,砂,砂须,返,返回,井,井下,充,充填,采,采空,区,区，,实,实现,采,采、,选,选、,充,充的,综,综合,平,平衡,；,；其,二,二是,回,回采,矿,矿柱,，,，提,高,高矿,石,石的,回,回收,率,率。,全,全尾,砂,砂胶,结,结充,填,填技,术,术的,成,成功,研,研究,应,应用,实,实现,了,了预,期,期的,目,目标,。,。,2.2,难点,张马,屯,屯铁,矿,矿的,充,充填,材,材料,是,是选,场,场的,脱,脱水,不,不分,级,级尾,砂,砂。,受,受矿,石,石中,含,含有,的,的绿,泥,泥石,、,、矽,卡,卡岩,等,等成,分,分影,响,响，,尾,尾砂,泥,泥化,严,严重,，,，粒,级,级极,细,细，,200,目的,颗,颗粒,约,约占,60%,，特,别,别是,400,目的,颗,颗粒,所,所占,比,比例,达,达,40%,；尾,砂,砂的,比,比重,为,为,2.8t/m,3,，松,散,散容,重,重,1.17-1.2t/m,3,。,2.3,全尾,胶,胶结,料,料浆,制,制备,系,系统,2.3.1,全尾,砂,砂胶,结,结充,填,填工,艺,艺,采用,高,高速,活,活化,搅,搅拌,工,工艺,，,，将,浓,浓密,脱,脱水,后,后的,选,选矿,尾,尾砂,按,按一,定,定的,灰,灰砂,比,比，,与,与适,量,量的,水,水泥,和,和水,混,混合,，,，先,经,经双,轴,轴搅,拌,拌机,初,初步,搅,搅拌,后,后，,再,再经,高,高速,搅,搅拌,机,机进,行,行强,力,力活,化,化搅,拌,拌，,制,制成,浓,浓度,60,左,右,右的,全,全尾,砂,砂料,浆,浆，,通,通过,125mm,充填,管,管自,流,流输,送,送充,填,填采,空,空区,，,，形,成,成的,充,充填,体,体自,立,立高,度,度可,达,达,60m,，具,有,有良,好,好的,稳,稳定,性,性。,2.3.2,全尾,砂,砂胶,结,结充,填,填系,统,统,根据,试,试验,结,结果,，,，设,计,计建,设,设了,全,全尾,砂,砂胶,结,结充,填,填系,统,统，,于,于,1994,年,7,月建,成,成投,产,产，,受场,地,地的,限,限制,，,，系,统,统全,部,部建,在,在矿,区,区院,内,内，,由,由充,填,填料,浆,浆制,备,备系,统,统由,尾,尾砂,输,输送,线,线；,水,水泥,输,输送,线,线；,供,供水,线,线和,砂,砂浆,制,制备,线,线四,条,条生,产,产线,组,组成,。,。,全尾,砂,砂胶,结,结充,填,填料,制,制备,站,站工,艺,艺流,程,程图,2.4,料浆,输,输送,经过,计,计算,充,充填,倍,倍线,在,在,3.5,以内,可,可以,实,实现,自,自流,输,输送,；,；在,充,充填,倍,倍线,大,大于,3.5,区域,当,当时,选,选用,混,混凝,土,土输,送,送泵,加,加压,输,输送,。,。经,过,过试,验,验混,凝,凝土,输,输送,泵,泵间,歇,歇输,送,送与,连,连续,制,制浆,不,不匹,配,配，,应,应用,不,不成,功,功，,后,后来,放,放弃,了,了，,全,全部,采,采用,自,自流,输,输送,充,充填,料,料浆,。,。全,尾,尾砂,胶,胶结,充,充填,料,料浆,通,通过,125mm,充填,管,管沿,25,的斜,井,井自,流,流到,井,井下,充,充填,水,水平,，,，进,入,入采,空,空区,充,充填,。,。,2.5,灰砂,比,比和,料,料浆,浓,浓度,在料,浆,浆浓,度,度为,54,67,，,张,张马,屯,屯铁,矿,矿的,灰,灰砂,比,比,1,：,4,，,1,：,5,，,1,：,6,，,60,天龄,期,期单,轴,轴抗,压,压强,度,度在,0.85,2.38MPa,，大,部,部分,在,在,1.0,1.68Mpa,。,张马,屯,屯铁,矿,矿的,全,全尾,砂,砂胶,结,结充,填,填设,计,计为,高,高浓,度,度充,填,填，,浓,浓度,在,在,60-65%,。但,生,生产,难,难以,达,达到,。,。通,过,过斜,井,井自,流,流输,送,送浓,度,度最,高,高只,能,能到,62%,，超,过,过既,发,发生,堵,堵管,。,。生,产,产应,用,用,55-57%,，由于尾,砂,砂给料不,均,均匀，再,高,高极易堵,管,管。试验,表,表明在灰,砂,砂比不变,时,时，随浓,度,度的增加,，,，其强度,的,的增加还,是,是比较显,著,著的。,2.6,生产应用,效,效果,设计尾砂,胶,胶结充填,料,料浆制备,能,能力为,40 m,3,/,小时，实,际,际制浆能,力,力为,45,60m,3,/h,，平均充,填,填能力,51m,3,/h,。灰沙比,一,一步矿房,14,16,，二步矿,房,房,110,，平均灰,砂,砂比,1,：,5,，单位水,泥,泥消耗,190kg/m,3,。料浆浓,度,度最高,60%,，一般,55,，在充,填,填倍线大,于,于,3.5,时料浆浓,度,度,50%,。充填体,试,试块,180,天的平均,强,强度为,1.42MPa(,强度低于,1 MPa,占,33.3,，在,1,2 MPa,之间的占,49.1,，,2,3 MPa,之间的占,15.8,),。充填成,本,本,77.65,元,/m,3,（当时水,泥,泥价格,190,200,元,/t,）；现在,充,充填成本,105,元,/m,3,。,3.,高炉水渣,代,代替部分,水,水泥充填,3.1,高炉水渣,细,细磨的胶,凝,凝性,试验表明,：,：高炉水,渣,渣细磨至,0.047mm,（,200,目）颗粒,占,占,60,以上时,，,，有良好,的,的胶凝性,。,。在灰沙,比,比和浓度,相,相同的情,况,况下，炉,渣,渣代替水,泥,泥,30,以上时,，,，强度比,不,不用炉渣,高,高，而且,28,天和,90,天的抗压,强,强度均随,炉,炉渣的用,量,量增加而,上,上升；炉,渣,渣代替水,泥,泥量小于,30,时，试,块,块的抗压,强,强度不稳,定,定。说明,在,在一定条,件,件下，用,炉,炉渣代替,部,部分水泥,，,，对充填,体,体的抗压,强,强度增长,和,和后期有,利,利，随着,炉,炉渣替代,水,水泥量的,增,增大