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文檔簡介
1、鄭家坡鐵礦井下開采綜合技術研究充填設計方案長沙礦山研究院國家金屬采礦工程技術研究中心邯邢冶金礦山管理局鄭家坡鐵礦2009年1月II長沙礦山研究院國家金屬采礦工程技術研究中心院 長:鄧和平主管副院長:周愛民國家采礦工程中心主任:周愛民科技部部長:褚洪濤國家采礦工程中心副主任:宋嘉棟項目負責人: 宋嘉棟主要研究人員:宋嘉棟褚洪濤 柳小勝劉曉亮歐任澤 林衛(wèi)星姚中亮蔣志明 胡海波 彭曉華劉淑英邯邢冶金礦山管理鄭家坡鐵礦局長:劉喬總工程師:岳潤芳生產技術部主任:劉海寧生產技術部副主任:陳超礦長:趙運歡主管副礦長:霍志勇礦總工程師:馬運時技術科長:邢志強主要研究人員:趙運歡 霍志勇 馬運時邢志強 郝鳳才
2、目 錄1 概述12 充填方案及其工藝選擇52.1 充填材料選擇52.2 充填方案及其工藝選擇53 充填材料試驗84 充填系統(tǒng)方案94.1 全尾砂儲存供料線114.2 水泥儲存給料線114.3 調濃水供給線124.4 充填料漿制備與輸送124.5 系統(tǒng)自動控制124.6 系統(tǒng)運行參數(shù)134.7 充填系統(tǒng)參數(shù)計算135 充填料制備155.1 充填站址155.2 砂倉、水泥倉165.3 攪拌系統(tǒng)185.4 濃密與分級185.5 充填的輔助設施186 充填料輸送207 計量與控制248 通訊279 供配電2710 充填井巷工程2811 土建2911.1 主要選用的規(guī)范規(guī)程2911.2 工程地質2911
3、.3 建筑設計3012 采場充填3113 成本與投資3313.1 投資估算3313.2 充填成本估算34鄭家坡鐵礦井下開采綜合技術研究充填設計方案 長沙礦山研究院1 概述邯邢冶金礦山管理局昌邑鄭家坡鐵礦位于山東省昌邑市,礦區(qū)內共有五個礦體,自下而上編號分別為、1、2、1、2,其中號礦體為主礦體,占總資源量的57.6,其次為2。自南向北分布于5至10勘探線間,走向長度1700余米。垂向上賦存在35米至337米之間。地質總儲量:2646.6萬噸,平均地質品位:29.61%。1) 號礦體分布于6+10線之間,最大埋深342米,最小埋深40米。賦存標高-35-337米。礦體走向長1700余米,寬度一般
4、為200米左右,最大可達600多米。礦體走向約32°,傾向南東,+8線以南傾角較平緩,在0°12°之間,+8線以北較陡,在13°38°之間。礦體呈現(xiàn)分支復合現(xiàn)象。礦體最大真厚度21.01米,最小1.14米,平均真厚度9.16米,厚度變化系數(shù)63.61,屬于形態(tài)復雜程度中等礦體。礦石平均品位28.67,品位變化系數(shù)21.90,屬于有用組份分布均勻型礦體。號礦體資源量(332+333)為1544.7萬噸。2) 1號礦體分布于67線之間,最大埋深315米,最小埋深253米。賦存標高-248-310米。礦體走向長450余米,寬度平均為185米。礦體走向
5、約34°,傾向南東,傾角在3°11°之間,礦化連續(xù),礦體呈現(xiàn)分支復合現(xiàn)象。礦石平均品位29.93,品位變化系數(shù)17.15,屬于有用組份分布均勻型礦體。礦體最大真厚度14.69米,最小厚度1.10米,平均真厚度8.23米,厚度變化系數(shù)62.69,屬于形態(tài)復雜程度中等礦體。1號礦體資源量(332+333)為243.8萬噸。3) 2號礦體分布于+8+10線之間,最大埋深325米,最小埋深65米。賦存標高-60-320米。礦體走向長800余米,平均寬度220米。礦體走向約30°,傾向南東,傾角在21°38°之間,礦體呈現(xiàn)分支復合現(xiàn)象。礦石平均
6、品位31.30,品位變化系數(shù)16.72,屬于有用組份分布均勻型礦體。礦體最大真厚度15.70米,最小2.51米,平均真厚度8.92米,厚度變化系數(shù)65.87,屬于形態(tài)復雜程度中等礦體。2號礦體資源量(332+333)為617.5萬噸。4) 1號礦體特征分布于+5+7線之間,最大埋深295米,最小埋深170米。賦存標高-165-290米。由9個見礦孔控制,礦體走向長800余米,最小寬度75米,最大寬度420米,平均寬度240余米。礦體走向約30°,傾向南東,傾角在0°10°之間,礦體呈現(xiàn)分支復合現(xiàn)象。礦石平均品位28.07,品位變化系數(shù)23.14,屬于有用組份分布均
7、勻型礦體。礦體最大真厚度8.84米,最小1.15米,平均真厚度3.57米,厚度變化系數(shù)66.48,屬于形態(tài)復雜程度中等礦體。1號礦體資源量(332+333)為224.2萬噸。5) 2號礦體分布于+89線之間,最大埋深244米,最小埋深106米。賦存標高-101-239米。礦體走向長240余米,平均寬度60米。礦體走向北東,傾向東南,傾角為21°。礦石平均品位28.29。礦體最大真厚度3.75米,最小1.59米,平均真厚度2.67米。2號礦體資源量(332+333)為17.5萬噸。金屬礦物主要是磁鐵礦,其次是黃鐵礦和微量黃銅礦。磁鐵礦含量為2040,一般2030,多為半自形,部分自形或
8、他形粒狀,粒徑一般在0.10.4毫米,大者可達0.51.5毫米,最小0.0040.01毫米。主要有害雜質SiO2含量較高,在43.3052.98,平均47.29;S含量小,變化較大,最大值0.86,最小值0.13,平均含量為0.42;P含量甚微且變化小,一般為0.050.1,平均含量為0.07,其中硫含量的高低與黃鐵礦相關。礦體頂板巖性為含石榴黑云透輝變粒巖,巖石節(jié)理裂隙較發(fā)育,巖石質量指標RQD值為2645,巖石質量劣等,巖體完整性差,其穩(wěn)定性較差到中等。底板巖性為黑云透輝變粒巖、花崗巖,RQD值為54.3。巖石質量中等,巖體完整性中等,其穩(wěn)定性中等。礦層:磁鐵礦RQD值為6090,礦石質量
9、等級為好的,礦體較完整,其穩(wěn)定性中等。工程地質條件屬中等復雜類型。礦床水文地質條件中等復雜類型,礦體位于地下水位標高以下,第四系孔隙含水層水量豐富,對開采威脅較大。鄭家坡礦床上部地表有村莊、公路和農田,采后地表不允許塌落,且必須控制導水裂隙的發(fā)育高度,防止第四系孔隙水的危害,因此礦山必需充填采空區(qū)。礦山采用一次建設、分期投產開采方式。設計將8線以北、160m水平以上礦段作為礦山首采段,充分利用目前形成的1#、2措施井與北風井,在首采范圍內先形成生產系統(tǒng),一期的生產能力為45萬t/年,8線以南以及8線以北160m水平以下礦體的開采作為礦山的后續(xù)投產工程。深部開拓新設三條豎井:主井、副井及南風井,
10、主、副井采用集中布置,井下采用聯(lián)合井底車場。最終生產能力為80萬t/年。中段高度40m,由-80m(回風)、-120m、-160m等至-320m水平,6個生產中段,為保證井下安全開采,設計將-80米中段以上礦體留作安全礦柱(設計)。目前礦山已完成120m、160m水平開拓工程,80m回風巷的部分工程。根據(jù)采礦方法的優(yōu)化選擇,礦山采用多礦體組合盤區(qū)上向水平分層點柱充填采礦法,并首先在-160m中段的2-5盤區(qū)進行采礦作業(yè)。待采區(qū)斜坡道施工至-152m時,再在其他盤區(qū)進行采礦作業(yè)。井下礦石運輸采用7噸電機車牽引0.75 m³翻斗礦車,運至2#措施井井底車場,經(jīng)箕斗提出地表。前期開采將采用
11、對角式通風系統(tǒng),北風井進風,1#措施井回風。在-160m中段采礦的同時進行深部開拓,預計2010年建成投產。選礦廠正在建設,設計選礦工藝為三段一閉路破碎,破碎產品經(jīng)磁滑輪干選,以提高入選品位,降低生產成本,干選精礦經(jīng)兩段階段磨礦(最終磨礦細度為-200目占80%)三次磁選,生產出含鐵65%的磁鐵礦精礦,磁選尾礦經(jīng)初步濃縮后,一部分用于地下采空區(qū)尾礦充填,剩余部分排至尾礦庫。選礦廠尾砂原始濃度為11.258%,采用NZG-38中心傳動高效濃縮機進行濃縮,脫水后濃度35%左右。37國家金屬采礦工程技術研究中心2 充填方案及其工藝選擇2.1 充填材料選擇充填膠結料由膠凝材料、惰性材料和水三部分拌合組
12、成,膠凝材料是普通硅酸鹽水泥,以及近年來開發(fā)的高水固化劑、礦渣膠結劑、膠固粉、赤泥膠結充填料等新型膠凝材料,惰性材料有尾砂、河砂(江砂、海砂)、碎石集料和磨砂等。降低充填成本是提高充填采礦法經(jīng)濟效益的一個重要途徑,通過對充填材料的合理選擇和優(yōu)化配比,降低充填材料成本是降低充填成本的有效途徑。根據(jù)鄭家坡鐵礦的內外部建設條件,可供選擇的惰性材料有掘進廢石及選礦廠尾砂,掘進廢石經(jīng)破碎加工可作為建筑材料綜合利用,礦山尾砂產率為58.665%,礦山周圍有多家水泥廠,交通運輸方便。因此礦山宜采用尾砂為惰性材料,相應的最合適的充填方式為尾砂膠結充填,膠凝材料為普通硅酸鹽325水泥。2.2 充填方案及其工藝選
13、擇尾砂膠結充填在國內外應用越來越廣泛,從分級尾砂充填發(fā)展到全尾砂充填,從低濃度尾砂充填發(fā)展到高濃度尾砂充填,以及近年來的膏體充填技術。低濃度尾砂膠結充填的充填料惰性材料為分級粗尾砂,該種充填方式采用兩相流管道輸送,為了解決井下充填料脫水問題,對尾砂充填料滲透系數(shù)要求較高,一般要求滲透系數(shù)>10cm/h,所以需對選廠尾砂進行分級。根據(jù)選廠尾砂產率和尾砂粒度組成,分級界線可設定為27m,+27m分級尾砂(粗砂)用于井下充填,-27m細泥排入尾礦庫。該工藝的優(yōu)點為:充填能力較大,操作管理簡單;充填倍線大,充填范圍廣;可根據(jù)生產需求配制不同強度的充填體,且與膏體充填、高濃度尾砂膠結充填比較,相同
14、水泥耗量,強度較高(若不產生離析);對全尾砂粒級要求不嚴格,分級簡單。缺點為:分級尾砂充填料漿采用兩相流輸送,管內流速一般為2m/s以上,即使在較高濃度下輸送,充填料漿充入采場后仍需脫水,引起尾砂和水泥流失,充填料在采場中不可避免地產生離析分層等現(xiàn)象,從而使充填質量降低、整體性變差。因產生離析現(xiàn)象,將浪費大量的水泥,污染巷道,增加排水排泥量,降低了礦山整體經(jīng)濟效益;容易堵管。高濃度尾砂膠結充填以膏體充填為代表。膏體充填是將多種充填材料進行優(yōu)化組合,配制成具有良好穩(wěn)定性、流動性和可塑性的牙膏狀膠結體,在自重或外加力作用下以柱塞的形態(tài)輸送到采空區(qū)完成充填作業(yè)的過程。膏體充填料的可泵性是反映膏體充填
15、料是否可泵送的一個綜合指標,是膏體充填料穩(wěn)定性、可塑性和流動性在泵送過程中的具體體現(xiàn)。國內外試驗研究結果公認膏體的配料中-20m的含量必須大于15%。膏體充填由于充填料漿的濃度高(大多在75%以上),輸送阻力大,一般需要泵送。在我國金川二礦、銅錄山銅礦、山東湖田鋁土礦等建設有泵送充填系統(tǒng),但大多因為設備因素停用或者使用效率低。該工藝的優(yōu)點為:采場不需排水,不離析;相同水泥量,充填體強度高;未加水泥的膏體,管內停運72小時,仍可繼續(xù)啟動,原則上不存在“堵管”;用泵送可以適應不利的礦體條件。缺點為:使用泵送,基建投資較高,操作管理較復雜;因濃度較高,必須泵送,目前設備仍未過關;對充填料的粒度配比要
16、求嚴格。長沙礦山研究院是全國最早從事充填技術研究的科研院所之一,從1990年開始研究料漿濃度介于低濃度尾砂充填和膏體充填之間的高濃度尾砂結構流膠結充填技術。為了保證井下充填質量,解決充填料脫水問題,必須盡量提高充填料漿制備輸送濃度,使充填料漿充入采場后不脫水或少脫水,但濃度不能太高,避免膏體充填時的輸送問題。高濃度尾砂結構流膠結充填以略高于尾砂最大沉降濃度的濃度,降低了充填料漿輸送阻力,可進行自流或自流為主輸送,充填料漿進入采場后不脫水、不離析。高濃度尾砂結構流膠結充填克服了低濃度尾砂膠結充填和膏體充填的缺點,吸收了其優(yōu)點,提高了充填質量,降低了運營成本。目前在已在南京鉛鋅銀礦、山東張馬屯鐵礦
17、等礦山相繼使用,效果良好。因此,鄭家坡鐵礦宜采用全尾砂-水泥為充填材料的高濃度尾砂結構流膠結充填。3 充填材料試驗為在鄭家坡鐵礦實現(xiàn)高濃度尾砂結構流膠結充填技術,需進行充填材料試驗,充填材料試驗內容包括:(1)全尾砂物理參數(shù)測定及其粒級組成測定對全尾砂進行取樣,測定比重、容重、孔隙率、自然安息角及其粒級組成。(2)全尾砂膠結充填配比優(yōu)化試驗及相關參數(shù)測定對不同濃度、不同灰砂比的充填試塊進行凝結時間及各齡期的強度測定,同時測定不同配比時料漿容重和試塊容重,根據(jù)充填體不同強度要求提供最佳充填濃度和配比。(3)充填料漿輸送性能試驗對不同濃度及配比的全尾砂料漿進行坍落度測定及L型管道自流輸送試驗,測定
18、其管道輸送的料漿流速和流變參數(shù)(屈服剪切應力0和粘性系數(shù)),分析計算其管道輸送阻力,為充填系統(tǒng)設計提供輸送方式、流速、輸送管道內經(jīng)和可實現(xiàn)順利輸送時的充填倍線。4 充填系統(tǒng)方案充填系統(tǒng)一般由地面設施(廠房設備、儀表等)和井下輸送管網(wǎng)組成,充填系統(tǒng)在允許的情況下,一般采用集中配置,以便于集中管理,減少操作人員,從而降低費用。充填系統(tǒng)主要由全尾砂儲存供料線、水泥儲存供料線、調濃水供給線、充填料漿制備與輸送等組成。其工藝流程示意圖見圖4-1。工藝流程圖見圖4-2。圖4-1 井下充填工藝流程示意圖鄭家坡鐵礦井下開采綜合技術研究充填設計方案 長沙礦山研究院圖4-2 充填系統(tǒng)工藝流程圖 鄭家坡鐵礦井下開采
19、綜合技術研究充填設計方案 長沙礦山研究院4.1 全尾砂儲存供料線首采段-120m、-160m兩個中段地質礦量為478.34萬噸,兩個中段同時生產,可達到45萬噸/年生產能力。礦山深部生產能力為年產原礦80萬噸。礦山選礦的尾砂產率為58.665%,礦山首采段年產尾砂26.4萬噸(33.332 t/h),深部年產尾砂46.9萬噸(59.257 t/d),尾砂原始濃度為11.258%。經(jīng)過NZG-38中心傳動高效濃縮機濃縮后,尾砂濃度為35%。礦山尾砂漿采用一臺型號QGB-150/6.4,流量150m3/h、揚程640m的渣漿泵輸送至尾礦庫,泵出口標高+5m。充填用全尾砂即由現(xiàn)用尾砂輸送泵直接將全尾
20、砂料漿輸送至充填站的立式全尾砂存儲倉中。共設置兩套充填系統(tǒng),每套充填系統(tǒng)設置兩個立式砂倉,砂倉直徑10m,直筒體高度10m,錐底角度30°,倉體總高22m,砂倉容積850m3,四個砂倉交替進砂和充填,以充分發(fā)揮系統(tǒng)生產能力。為了加快砂倉中全尾砂沉降,在尾砂管出料口設置進砂緩沖裝置。在進砂過程中,同時通過倉頂溢流口進行溢流。砂倉中全尾砂加滿后,即可隨其自然沉降以達到最大沉降濃度。充填前打開排水設施,以排除全尾砂料面以上的澄清水。溢流水及澄清水自流進入尾礦庫沉淀,尾礦庫中澄清水通過回水泵輸送至選礦廠重復使用。澄清水排完后,即可打開壓氣造漿噴嘴以對砂池中全尾砂進行壓氣造漿。待池中全尾砂造漿
21、均勻后,則打開放砂閥通過放砂管向攪拌機供給全尾砂漿。其放砂量由放砂管上電磁流量計進行檢測,放砂流量由電動夾管閥進行調節(jié)。4.2 水泥儲存給料線選用普通硅酸鹽水泥(325)作為膠結劑。散裝水泥由散裝水泥罐車運至充填站后,通過吹灰管吹卸入散裝水泥倉中。為了防止各種雜物進入水泥倉,吹灰管上設置有過濾裝置。散裝水泥倉直徑5.0m,倉體總高約21m,有效容積200m3,可儲存水泥260t,以滿足充填系統(tǒng)連續(xù)運行要求。水泥倉頂設置人行檢查孔、料位計及袋式收塵器。水泥倉底部設置有螺旋閘門及雙管螺旋給料機。充填時打開螺旋閘門,啟動雙管螺旋給料機即可向攪拌機定量供給水泥。水泥給料量由螺旋電子秤檢測。雙管螺旋電機
22、采用變頻調速,改變螺旋轉速即可改變水泥給料量,以滿足不同灰砂比及生產能力的要求。4.3 調濃水供給線充填站設置一條供水管道,由高位水池或泵加壓供給壓力水,以供沖洗設備、疏通管道及調節(jié)充填料漿濃度。當充填料漿濃度過高時,供水管上安裝有調濃水閥。調濃水經(jīng)電磁流量計檢測,調濃水量由電動調節(jié)閥進行調節(jié)。4.4 充填料漿制備與輸送全尾砂漿、水泥及適量調濃水經(jīng)各自的供料線進入進料斗后供給攪拌機。攪拌機選用雙臥軸攪拌機+高速活化攪拌機兩段連續(xù)攪拌。兩段攪拌機用連接斗進行連續(xù)。充填料經(jīng)兩段連續(xù)攪拌均勻后制備成濃度適中、流動性良好的充填料漿,而進入測量管。測量管上安裝有電磁流量計及射線濃度計以檢測充填料漿流量和
23、濃度。充填料漿最終進入充填料下料斗,并通過充填鉆孔及井下充填管網(wǎng)自流輸送至井下采場空區(qū)進行充填。為了防止大塊進入充填鉆孔并便于沖洗管道,下料斗設置有格篩、沖洗水閥及鉆孔排氣孔。4.5 系統(tǒng)自動控制為了保證充填料漿制備濃度、流量及配比的準確及穩(wěn)定,實現(xiàn)料漿的順利輸送,充填站設立較完善的自控系統(tǒng),以對充填系統(tǒng)各運行參數(shù)進行檢測和調節(jié),系統(tǒng)檢測的參數(shù)有:全尾砂放砂流量:電磁流量計檢測。水泥給料量:雙管螺旋給料機和螺旋電子秤檢測。調濃水量:電磁流量計檢測。充填料漿流量:電磁流量計檢測。充填料漿濃度:射線濃度計檢測。水泥倉料位:雷達料位計檢測。系統(tǒng)調節(jié)的參數(shù)有:全尾砂放砂流量:電動夾管閥調節(jié),控制室手動
24、操作或自動調節(jié)。水泥給料量:變頻調速器調節(jié),控制室手動操作或自動調節(jié)。調濃水量:電動調節(jié)閥調節(jié),控制室手動操作。4.6 系統(tǒng)運行參數(shù)充填料漿制備輸送能力 6080m3/h充填料漿濃度 70%±1%系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運行時間 810h系統(tǒng)一次最大充填量 600800m3灰砂比 14112可調充填體強度滿足采礦作業(yè)要求。4.7 充填系統(tǒng)參數(shù)計算 (1)充填料漿用量年需充填體積 Q年礦石產量,深部Q=800000噸礦石體重,=3.43t/m3Z采充比,取Z=1。代入上式 得Va=233236m3=23.3萬m3日需充填料漿體積T年工作日數(shù),T=330天k1沉縮比,取k1=1.1k2流失系數(shù),取k
25、2=1.05代入上式得,Q=816m3/d按充填系統(tǒng)制備輸送能力60m3/h,一次連續(xù)最大充填料漿制備量600800m3計算,設立2套充填系統(tǒng)可滿足礦山生產能力要求,這時系統(tǒng)每日平均純運行時間為t=816÷(60×2)=6.8h5 充填料制備充填站占地面積約50×30m,站內布置兩套可相互獨立運行的充填系統(tǒng),每套充填系統(tǒng)由兩個立式砂倉、一個水泥倉、一套攪拌設備及相配套的配電儀表室等組成。每套充填系統(tǒng)布置兩個充填鉆孔,兩組充填鉆孔間距離為14m,兩個鉆孔自地表+5m施工至-120m水平,兩個鉆孔自地表+5m施工至-280m水平。5.1 充填站址鄭家坡鐵礦床由五個礦體
26、組成,礦體呈層狀、似層狀,以單斜形式平行排列或斜列產出,產狀與圍巖一致,層位穩(wěn)定。礦體埋藏淺,常見分支復合現(xiàn)象,走向長達1500米以上,傾角較緩,沿傾向延深200米左右。礦山若要實現(xiàn)自流輸送,最佳方案是在礦體的南北部各設置一套充填系統(tǒng),才能使充填倍線都控制在5以下。礦山征地范圍主要為:北風井工業(yè)場地、南風井工業(yè)場地、1#措施井工業(yè)場地、2#措施井工業(yè)場地、主副井工業(yè)場地,以及生活區(qū),選礦場建于主副井工業(yè)場地,尾礦庫位于采、選工業(yè)場南面,距離約4.6公里處的山溝內。北風井、南風井工業(yè)場地位于礦區(qū)的端部,對充填倍線極為不利,不適合于建設充填站,生活區(qū)也不適合于建設充填站。因此充填站只能建設在1#措
27、施井工業(yè)場地、2#措施井工業(yè)場地、主副井工業(yè)場地。根據(jù)礦體的賦存狀態(tài)和開采方案,前期開采對象為+8線以北、-160m水平以上礦體,目前已經(jīng)形成的兩條措施井和北風井形成獨立的開拓系統(tǒng),深部利用中央主副井和南北風井開拓。充填站建設于1#措施井工業(yè)場地、2#措施井工業(yè)場地、主副井工業(yè)場地時的各中段充填倍線見表5-1。表5-1 各充填站建設位置最大充填倍線表水平主副井工業(yè)場地1#措施井工業(yè)場地2#措施井工業(yè)場地備注-8014.012.78.8-1209.58.16.1-1607.65.44.9-2006.08.58.2-2405.73.84.9-2804.14.75.3-3204.85.15.2從表中
28、可以看出,由于礦體埋藏淺,傾角緩,分布范圍大,所以礦山的充填倍線都較大,尤其是回采淺部礦體時,當充填站建于2#措施井工業(yè)場地時,礦山的充填倍線總體上要比建于主副井工業(yè)場地要小。但是根據(jù)礦山的設計規(guī)劃,2#措施井在前期主要用于提升礦石,其工業(yè)場地較小,且主要用于暫存礦石,原征地范圍不夠,且2#措施井位于礦山最終塌落范圍以內,充填設施若布置在2#措施井工業(yè)場地,須要留安全礦柱,減少了可采礦量,且充填站離選礦廠較遠。充填站建于主副井工業(yè)場地時,充填設施均布置在塌落范圍以外的安全地帶,不壓礦;工業(yè)場地內不用擴大占地面積,與選礦廠距離近,集中布置,管理方便;充填站位于整個礦體的中部,充填管線短捷;深部能
29、重力自流輸送,減少能耗。經(jīng)上所述,充填站建于主副井工業(yè)場地的副井南側,緊挨公路。5.2 砂倉、水泥倉砂倉是儲料和按給定參數(shù)放砂的重要設施,它的選型及容積確定,不僅決定著整個攪拌站的生產能力和生產的持續(xù)性,而且還平衡供砂與耗砂的波動,以及放砂的狀態(tài)與濃度。砂倉有臥式、池式、圓筒式及立式砂倉。根據(jù)各種砂倉的特點和礦山條件,臥式砂倉一般根據(jù)地形,或挖方或填方進行構筑,用于儲存干物料,其結構簡單,造價低、易調節(jié)充填濃度,可保證高濃度輸送的需要,但經(jīng)常是用電耙不連續(xù)供砂,故尚另需設一個中間砂倉和連續(xù)輸送機(帶式輸送機或螺旋輸送機)。而立式砂倉是指貯存飽和砂的立式砂倉,檢修造漿噴嘴時,需將砂放空,放砂濃度
30、波動,滿倉時濃度高,后期濃度降低。立式砂倉具有基建費用高,對工程地質要求較嚴等特點,但它具有進料出料最為簡單,能連續(xù)地均勻地放出較高濃度的砂漿(重量濃度為60%72%),便于實現(xiàn)自動控制,砂倉有效容積大,有效利用率可達7080%。但其結構復雜,造價較高。在鄭家坡鐵礦采用立式砂倉儲砂供砂。立式砂倉總容積應能滿足井下一次最大充填量及其連續(xù)性的要求,同時考慮供砂的不均衡性等問題,設置兩套充填系統(tǒng),每套充填系統(tǒng)設置兩個立式砂倉,砂倉直徑10m,直筒體高度10m,錐底角度30°,總高22m,砂倉容積850m3。砂倉由倉頂結構、溢流環(huán)槽及溢流管、倉身及爬梯、倉底及其內部的造漿系統(tǒng)與外部的放砂系統(tǒng)
31、及倉座等五部分組成。采用普通硅酸鹽水泥(32.5)作為膠結劑,由散裝水泥罐車運送至充填站,通過吹灰管吹卸入散裝水泥倉中。水泥倉要求密封性好、防潮,飛塵污染少,水泥倉質量穩(wěn)定,倉容利用率高,倉內粘結少,出倉流動性好。散裝水泥倉直徑5.0m,總高約21m,有效容積200m3,可儲存水泥260t,以滿足充填系統(tǒng)連續(xù)運行要求。水泥倉頂設置人行檢查孔、料位計及袋式收塵器。水泥倉底部設置有螺旋閘門及雙管螺旋給料機。充填時打開螺旋閘門,啟動雙管螺旋給料機即可向攪拌機定量供給水泥。水泥給料量由螺旋電子秤檢測。雙管螺旋電機采用變頻調速,改變螺旋轉速即可改變水泥給料量,以滿足不同灰砂比及生產能力的要求。5.3 攪
32、拌系統(tǒng)高濃度充填料漿的制備,是通過專用攪拌設備完成的,攪拌直接影響充填體強度和充填料漿的順利輸送,甚至造成堵管事故。設計采用雙軸攪拌機+高速活化攪拌機兩段攪拌,利用設備對物料的強力機械作用,實現(xiàn)對膠結充填料的活化攪拌,充填料漿經(jīng)強力活化攪拌,能打破料漿中水泥的絮團狀結構,充分發(fā)揮水泥的潛力,提高水泥的活化性能,大大改善充填物料的流動性。尾砂與水泥在進入臥軸攪拌機之前,尾砂經(jīng)電磁流量計,水泥經(jīng)螺旋電子秤計量。充填料漿經(jīng)雙軸攪拌機+高速活化攪拌機兩段攪拌后,經(jīng)電磁流量計和射線濃度計檢測后進入充填鉆孔。5.4 濃密與分級根據(jù)礦山尾砂的性質,并經(jīng)充填材料試驗后確定,礦山尾砂立即分布良好,全尾砂充填即可
33、滿足礦山開采的要求,尾砂不需要分級。礦山從選礦廠排放的尾砂濃度大約11.258%,采用NZG-30中心傳動高效濃縮機濃縮后,其濃度為35%。經(jīng)濃密后的全尾砂漿經(jīng)三通閥門可直接輸入泵入尾砂倉中,亦可打入尾礦庫。全尾砂在尾砂倉中在藥劑的輔助下,自然沉降濃密,使?jié)舛冗_到65%左右。5.5 充填的輔助設施充填的輔助設備包括有:放砂系統(tǒng)、生產用水、砂倉溢流水等。放砂系統(tǒng)主要包括放砂噴嘴和松動噴嘴及放砂管線,所需噴嘴的數(shù)量及放砂用氣量見表。充填料制備站設計生產能力6080m3/h。充填站生產和衛(wèi)生的新用水量約50 m3/h。砂倉中的進砂濃度為35%,經(jīng)沉降后的濃度為65%左右,每套系統(tǒng)尾砂倉的溢流水量為3
34、92.31 m3/d,兩套系統(tǒng)共計784.62 m3/d。需要在尾砂倉頂四周設置溢流排水閥,接溢流管,將溢流水排往尾礦庫或污水處理池。在充填鉆孔旁設排污池,收集來自充填站地表及系統(tǒng)的污泥。充填料漿在井下基本不許脫水,前期充填調試期間,在充填擋墻設初期充填時的輔助脫水管。少量溢水通過采場聯(lián)絡巷排走。6 充填料輸送根據(jù)充填材料試驗,鄭家坡鐵礦全尾砂粒級分布良好,可實現(xiàn)結構流輸送,結構留在橫斷面上的速度為常數(shù),這是因為集料顆粒間不發(fā)生相對移動,只有潤滑層的速度有變化。因此其流動阻力小,可在一定范圍內實現(xiàn)自留輸送。充填站位于主副井工業(yè)場地的副井南側,緊挨公路。而鄭家坡鐵礦礦體埋藏淺,走向長,傾角緩,其
35、充填范圍大,尤其是-160m以上礦體位于充填站北側,輸送距離遠,高差小,充填倍線大,無法實現(xiàn)自流輸送。在礦山不具備在多處建設多套充填系統(tǒng)的情況下,必須通過充填泵提供壓力,將充填料漿泵入采場。泵送充填和泵送混凝土類似,但無論在充填料的制備、充填管路的長度、配管的復雜程度、特別是向下泵送等,在泵送工藝和技術上均要比混凝土泵送復雜得多。泵壓輸送將注意以下問題:(1)向下泵送時,因充填料漿的自重下落,在鉆孔中將產生真空段,應設置氣門,使管內壓力平衡。(2)滿管輸送。(3)啟動充填泵,剛啟動時,慢速泵送低濃度充填料漿,直到采場見到充填料后,才加大濃度和流量。(4)鉆孔口需設置放氣裝置。(5)充填后清洗泵
36、送管路。在綜合考慮前期淺部開采和后期深部開采,后期深部(-320m水平、-280m水平、-240m水平)開采可在充填站下部打充填鉆孔,直接自流輸送實現(xiàn)充填,工藝成熟,流程相對簡單。而前期淺部開采充填倍線很大,-120m水平最大充填倍線為9.5,-160m水平為7.6,-200m水平為6.9,不能實現(xiàn)自流輸送。前期充填料漿輸送路線有如下方案:(1)充填料漿通過位于充填站的充填鉆孔和中段充填聯(lián)絡巷中的充填管輸送至-120m或-160m充填回風平巷,在地表加充填泵。(2)充填料漿通過布設于地表的充填管和位于2#措施井工業(yè)場地東南角的充填鉆孔,輸送至-120m或-160m水平充填回風平巷。在地表加充填
37、泵,充填料漿到達充填鉆孔后為開放式進料。(3)通過布設于地表的充填管、主副井工業(yè)場地東北角充填鉆孔,經(jīng)-120m或-160m水平中段充填聯(lián)絡巷中的充填管輸送至充填回風平巷。在地表加充填泵。(4)通過布設于地表、1#措施井的充填管道,經(jīng)-120m或-160m水平充填回風平巷中的充填管輸送,在地表加充填泵。各方案的比較見表6-1。根據(jù)充填泵的位置有整體加壓和局部加壓兩種,整體加壓在控制管內流速、壓力和滿管狀態(tài)方面難度更大。在此,選擇在地面局部加壓。方案一充填料漿在經(jīng)攪拌活化后直接泵送至充填鉆孔,充填泵的出口和充填鉆孔孔口閉合,要求充填料漿和設備性能嚴格,且工程量大;方案三、四充填料漿在經(jīng)攪拌活化后
38、直接泵送至地表管道、充填鉆孔,地表管道和充填鉆孔孔口必須閉合,使得充填料漿在進入充填鉆孔時具備初始速度。且方案四還有安全、征地范圍等方面的因素。方案二最大的問題是要經(jīng)過兩個工業(yè)場地,兩工業(yè)場地之間的管道可能會受到外界的干擾,但該方案充填料漿只需泵送至充填鉆孔,再自流輸送至各采場,工藝相對簡單。因此選擇二方案。前期充填料漿輸送線路:充填站地表充填管充填鉆孔-120m水平充填回風平巷,后期充填料漿輸送線路:充填站充填鉆孔-深部各水平充填回風平巷,結合前后期兩條路線,其總體輸送倍線為:表6-1 前期充填料漿輸送路線比較表方案方案一方案二方案三方案四備注方案描述通過位于充填站的充填鉆孔和中段充填聯(lián)絡巷
39、中的充填管輸送至-120m充填回風平巷通過布設于地表的充填管、位于2#措施井工業(yè)場地東南角的充填鉆孔,至-120m水平充填回風平巷通過布設于地表的充填管、主副井工業(yè)場地東北角充填鉆孔,經(jīng)-120m水平中段充填聯(lián)絡巷中的充填管輸送至充填回風平巷通過布設于地表、1#措施井,-120m水平充填回風平巷中的充填管輸送至2#措施井管線長度125+489=614m668+125+11=804m411+125+185=721m624+125+247=996m鉆孔長度125m125m125m0m井下充填聯(lián)巷工程量489m,1815m3(2×2),至9線336m,1247m311m185m,686 m
40、30m充填倍線9.56.18.08.1泵送方式地表加泵,鉆孔底部壓力較大地表加泵至2#措施井,再自流至井下,泵送工藝最簡單地表加泵,在充填料漿進入鉆孔時,給予初始壓力,鉆孔底部壓力較大地表加泵,在充填料漿進入鉆孔時,給予初始壓力,鉆孔底部壓力較大優(yōu)點技術可靠,僅需在地表或井下用充填泵局部加壓。技術可靠,工程量省,僅需在地表加充填泵增壓。技術可靠,工程量較省,需在地表加充填泵增壓。工程量省,僅需在地表加充填泵增壓。缺點充填聯(lián)絡巷長,工程量較大。地表管線布置不能影響已有水管氣管電纜等,存在冬季防凍問題。充填管線需經(jīng)過兩工業(yè)場地之間的公路,管理不方便。地表管線布置不能影響已有水管氣管電纜等,存在冬季
41、防凍問題。管理較不方便。地表管線布置不能影響已有工程。輸送管道的質量和服務年限嚴重影響礦山安全和生產。管網(wǎng)需穿過非征地范圍。 圖6-1 前期充填料漿輸送路線示意圖表6-2 各水平最大充填倍線表水平最大倍線下料充填鉆孔位置備注-80北8.82#措施井工業(yè)場地-120北6.12#措施井工業(yè)場地-160北4.02#措施井工業(yè)場地南3.0主副井工業(yè)場地-2006.0主副井工業(yè)場地-2405.7主副井工業(yè)場地-2805.0主副井工業(yè)場地因此,礦山在淺部和深部開采采用兩條不同的輸送方式和路線后,除80m水平外,其他各中段礦體的開采都可以采用鉆孔-各水平充填回風聯(lián)絡巷采場的自流輸送方式輸送充填料漿,僅需在前
42、期輸送路線上將充填料漿泵送至充填鉆孔處。前期充填的充填鉆孔的起始位置為:+5m-120m;-120m-160m采用井下充填井輸送。后期充填的充填鉆孔的起始位置為:+5m-280m。4個充填鉆孔坐標分別為:鉆孔1 X=4082881.914 Y=40461685.356鉆孔2 X= Y=鉆孔3 X=4082881.914 Y=40461699.356鉆孔4 X= Y=地面充填料漿輸送管道采用133×14mm鋼管作為輸送管,輸送管道暗埋于地面以下13m,并保持坡度平緩,地面管線布置將沿著尾礦給水、尾礦回水路線至尾礦泵站,然后沿著主副井工業(yè)場地的圍墻內側至主副井工業(yè)場地東北角,出圍墻,沿公
43、路至礦山2#措施井工業(yè)場地的東南角,靠近變電所。具體位置見充填站平面布置圖,并在現(xiàn)場施工中局部調整,以不影響礦山整體規(guī)劃、已有管網(wǎng)布置為佳。各中段主運輸巷可采用133×10mm鋼管作為輸送管,而進入盤區(qū)巷等需經(jīng)常移動或更換的地點則可選用內徑為110mm的鋼編高強復合管,進入采場后則可采用內徑為100mm的普通塑料管。7 計量與控制充填料漿的濃度和穩(wěn)定性是充填采礦法成功與否的重要因素,因此充填站主要需控制各材料的流量和濃度以及混合后的濃度。(1)水泥倉下料量的監(jiān)測采用雙管螺旋給料機和螺旋電子秤控制水泥的下料量。通過調節(jié)調速電機的調速裝置控制雙管螺旋給料機的轉速,保證水泥倉給料的穩(wěn)定。(
44、2)砂倉放料監(jiān)測砂倉同時設置手動調節(jié)閥和電動調節(jié)閥,控制放砂量,放砂量以電磁流量計進行監(jiān)測。(3)放料濃度監(jiān)測放料濃度采用射線濃度計進行監(jiān)測,其流量采用電磁流量計進行監(jiān)測。在雙軸攪拌機之前設置調濃水路,通過對水量的調節(jié)使砂倉的放砂濃度得到恒定。8 通訊充填料制備站、充填主聯(lián)絡巷、井下充填作業(yè)點各設一臺直撥電話。直撥電話應與礦山內部電話接通。9 供配電本工程用電設備全為低壓電,兩套套系統(tǒng)設備總容量約398kw,包括照明及其它用電設備。可直接從礦區(qū)引進。主要用電設備及負荷見表9-1。表9-1 充填料制備站主要用電設備及負荷序號設備名稱數(shù)量(臺) 容量單位備注1強力活化攪拌機130kw2雙軸攪拌機1
45、45kw3雙軸螺旋給料機17.5kw4充填泵2kw5污水泵13kw6除塵器13kw7空壓機155kw8電動葫蘆(3t)15.5kw9照明設備及其他150kw10單套系統(tǒng)合計8199kw11兩套系統(tǒng)合計398kw10 充填井巷工程因前期礦體位于充填站北側,充填料漿通過地面泵送至2#措施井的充填鉆孔自流輸送至采場,在-120m水平掘進充填聯(lián)絡巷至充填鉆孔,長度約25m,巷道斷面為2.0×2.0m的三心拱巷道(斷面積3.71m2)。后期深部開采,充填料漿直接從位于充填站的充填鉆孔下,在-280m水平的井底車場,掘進充填聯(lián)絡巷至充填鉆孔,長度約50m,因此,井下的主要充填工程量為75m,27
46、8m3。11 土建11.1 主要選用的規(guī)范規(guī)程建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準(GB50068-2001);建筑工程抗震設防分類標準(GB50223-2004);建筑地基基礎設計規(guī)范(GB50007-2002);建筑結構荷載規(guī)范(GB50009-2001)(2006版);混凝土結構設計規(guī)范(GB50010-2002);砌體結構設計規(guī)范(2002年局部修訂)(GB50003-2001);建筑抗震設計規(guī)范(GB50011-2001);鋼結構設計規(guī)范(GB50017-2003);門式鋼架輕型房屋鋼結構技術規(guī)范(CECS102:2002);冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范(GB50018-2002);構筑物抗震設計
47、規(guī)范(GB50191-93);11.2 工程地質本工程建設場地屬中低山區(qū),地勢平緩,海拔高度為5m左右。根據(jù)已有資料,本工程建設場地表土層、風化層厚,表土層含水豐富。要求建設單位在廠址確定后,首先進行工程地質詳勘,以取得確定結構設計的基礎資料。工程地質勘探的要求為:1、本工程為包括鋼結構尾砂倉、水泥倉及輔助廠房的充填站,其中尾砂倉高25m,自重100t,裝滿尾砂重約1300t,水泥倉高25m,自重40t,裝滿水泥重約300t。根據(jù)充填工藝配置要求,充填料制備站場地平整范圍長43m,寬29m,面積1247m2,其中的四個尾砂倉交替裝滿尾砂、放空尾砂,對地基的作用力也隨之變化。2、查明場地與地質的
48、穩(wěn)定性,地層的類別,厚度和坡度,持力層和下臥層的工程特性。3、查明基巖的構造、巖性、風化程度及其厚度和起伏變化。4、提供滿足基礎設計、基坑設計、施工所需的巖土技術參數(shù)。5、提供各土層樁的摩阻力和持力層端阻力。6、提供地震設計所需的場地土類型及巖土的地震穩(wěn)定性評價。7、對巖土工程進行評價和建議。對基坑開挖、邊坡穩(wěn)定性進行分析,提出基坑支護方案、施工降水可行性及其影響。8、查詢地下水埋藏情況、類型、水位及其變化,判斷地下水對建筑材料的腐蝕性。9、勘探孔不宜少于9個。10、未盡事宜均按巖土工程勘察規(guī)范(GB50021-2001)等有關規(guī)范、規(guī)定執(zhí)行。11.3 建筑設計充填料制備站設計長43m,寬29
49、m。在兩套系統(tǒng)之間一樓設配電間、儀表操作間、壓力機及試塊制作室等,二樓設辦公室和會議室。12 采場充填采礦方法為多礦體組合盤區(qū)上向水平分層點柱充填采礦法,該采礦法將礦段分成采場由下向上逐層回采充填,在有兩幫圍巖或點柱柱支撐的礦石頂板下回采作業(yè),以充填體作為工作平臺,崩落礦石采用小型鏟運機鏟運至采場溜井。設計采幅3.3m,分兩層或三層進行鑿巖落礦,達到設計采幅后,進行采場礦石清理,即可根據(jù)充填的要求,進行充填準備及充填作業(yè)。在分層聯(lián)絡巷砌筑充填擋墻,充填管道從每個采場的充填回風井進入采場進行充填,并為下一分層的回采留2.0m左右的作業(yè)空間。采場充填可分為人工假底和分層充填。人工假底:為-200m
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