水砂充填在羊拉銅礦山的試驗(yàn)研究

李 亮

(云南迪慶礦業(yè)開發(fā)有限責(zé)任公司, 云南迪慶州 674400)

水砂充填在羊拉銅礦山的試驗(yàn)研究

李 亮

(云南迪慶礦業(yè)開發(fā)有限責(zé)任公司, 云南迪慶州 674400)

羊拉銅礦山是一個(gè)新建礦山,井下采空區(qū)處理設(shè)計(jì)為水砂和廢石聯(lián)合充填方案。為了確保井下水砂充填的安全進(jìn)行,在進(jìn)行工業(yè)充填之前,依據(jù)尾礦輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì),進(jìn)行了尾礦沉降試驗(yàn)、尾砂濾水地表模擬實(shí)驗(yàn),通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)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(shí)施提供了基礎(chǔ)。

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(xiāng)海拔3000 m以上的山區(qū),氣候惡劣,地質(zhì)地貌復(fù)雜,主要為地下開采?？傮w上,里農(nóng)礦段巖石質(zhì)量等級(jí)中等,局部地段較差。

目前礦山開采了兩年多時(shí)間,形成了大量的采空區(qū)沒有充填,對(duì)目前礦山的正常生產(chǎn)產(chǎn)生了很大的影響,為了保證后期礦山生產(chǎn)的正常運(yùn)行,需要對(duì)采空區(qū)進(jìn)行及時(shí)充填和處理。根據(jù)上述情況及水砂充填礦山的經(jīng)驗(yàn),針對(duì)羊拉銅礦礦體開采條件及采礦方法特點(diǎn),進(jìn)行了水砂充填采礦工藝試驗(yàn)。

1 前期試驗(yàn)

1.1 尾礦輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)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(qū)(頂沿3100水平)和上采區(qū)(頂沿3235,3300,3310等水平),管線長度見表1。

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

上采區(qū)的充填輸送線路:從尾礦輸送泵站3080水平經(jīng)地表(900 m)至3235硐口,經(jīng)3235平硐(756.87 m)從井下斜上山分別進(jìn)入3300,3310頂沿水平,經(jīng)3300,3310水平充填頂沿(1299.13, 982.13 m)達(dá)上采區(qū)采場下碴口,總長2956 m。管材選用陶瓷內(nèi)襯復(fù)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(zhuǎn)彎處用法蘭連接,直線段每間隔2.5 m設(shè)置一對(duì)法蘭連接。

尾礦輸送所需揚(yáng)程按式(1)計(jì)算,加壓泵所需揚(yáng)程、采場輸送壓力,不同濃度尾砂的輸送壓力計(jì)算結(jié)果見表1、表2、表3。

式中:Pk——輸送礦漿所需的總揚(yáng)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(nèi)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(yáng)程的計(jì)算值

表2 各采空區(qū)輸送壓力計(jì)算值

表3 尾砂濃度50%、65%的輸送壓力計(jì)算值

根據(jù)充填場的標(biāo)高計(jì)算得出上采區(qū)充填所需的總揚(yáng)程為P庫＝3.96 MPa,下采區(qū)充填所需的總揚(yáng)程為P充＝3.06 MPa。

根據(jù)以上原則及礦漿輸送參數(shù),設(shè)計(jì)選用國內(nèi)產(chǎn)水隔泵(LSGB160-6.4)2臺(tái)(1臺(tái)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(jī)2臺(tái)(1套備用),電機(jī)功率315 k W/臺(tái),負(fù)責(zé)輸送揚(yáng)程3.06 MPa以上(3300 m高程)的充填場。

根據(jù)膏體輸送泵房選址技術(shù)改進(jìn),選擇1套清水泵(MD×155-67×9),電機(jī)功率450 k W/臺(tái),負(fù)責(zé)輸送揚(yáng)程3310 m的膏體原料。

1.2 尾礦沉降試驗(yàn)

1.2.1 濃度、細(xì)度測定

經(jīng)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(jí)篩析結(jié)果

1.2.2 沉降速度試驗(yàn)

用量筒進(jìn)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(jì)時(shí),觀察礦漿沉降情況,并記錄清水層高度隨時(shí)間的變化,根據(jù)記錄作沉降曲線,計(jì)算沉降速度,結(jié)果見表5和圖1。由表5可知,尾礦在30 min內(nèi)的自然沉降的速度為0.24 cm/min。

1.2.3 尾礦沉降試驗(yàn)結(jié)論

因45 m濃密池的回水要供選廠生產(chǎn)使用,底流尾礦的濃度受選廠生產(chǎn)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(jìn)入

泵前增加一個(gè)泵池,以保證泵能正常、穩(wěn)定供料。

表5 沉降速度試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖1 沉降速度曲線

2 尾砂濾水地表模擬實(shí)驗(yàn)及結(jié)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(nèi)鋪設(shè)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(nèi)),平鋪管排水量0.15 m/h,豎向管排水量為0.26 m3/h,經(jīng)21 h后,池內(nèi)水面下降0.15 m;排水量約3.6 m3,干尾砂量約2.4 m3;池內(nèi)積水量約8 m3。繼續(xù)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(nèi)尾砂總量為20.5 m3;當(dāng)池內(nèi)尾砂上升至1 m處停充。這時(shí)平鋪管成線狀排水,豎向管水位上升后,排水量恢復(fù)至0.26 m3/h;出現(xiàn)含泥細(xì)粒級(jí)渾水排出,2 h后,渾水變清,排水量減小。21 h后觀測,池內(nèi)積水深0.3 m;平鋪濾水管現(xiàn)狀排水,豎向管點(diǎn)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(xì)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(xì)度較細(xì),要求對(duì)采空區(qū)充填的濾水管道采用土工布包裹嚴(yán)實(shí)。若采用棕包扎,必須包扎四層以上,同時(shí)要包扎嚴(yán)實(shí),這樣才能滿足濾水需要。

(2)根據(jù)試驗(yàn)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(qū)進(jìn)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(jìn)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(jìn)入的水量少,濾水的時(shí)間就短,反之濾水時(shí)間就長。過濾的面積越大,濾同樣的水的時(shí)間要求就短,反之需要濾水的時(shí)間就長。具體需要安裝多少,根據(jù)采場的具體情況再進(jìn)行確定。

3 結(jié) 論

生產(chǎn)性尾砂充填實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一年多時(shí)間,對(duì)收集的大量技術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析和研究,對(duì)尾礦輸送系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì),了解了充填料的特性,并通過地表模擬尾砂濾水工藝實(shí)驗(yàn),掌握了采用水砂充填的濾水措施。后期采空區(qū)(盤區(qū))水砂充填試驗(yàn)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(qū)處理方法。

[1]中國恩菲工程技術(shù)有限公司.羊拉銅礦充填系統(tǒng)建設(shè)工程[R].北京:中國恩菲工程技術(shù)有限公司,2010.

[2]昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院.云南迪慶礦業(yè)開發(fā)有限責(zé)任公司羊拉銅礦里農(nóng)礦段采選工程初步設(shè)計(jì)[R].昆明:昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院,2006.

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

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

[5]鄭文達(dá),黃沛生,謝 鷹.盤區(qū)機(jī)械化細(xì)砂水砂充填采礦工藝的實(shí)踐[J].采礦技術(shù),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(qū)處理研究。