大茶園礦床傾斜礦體尾渣水砂充填管道水力輸方案

1、大茶園礦床傾斜礦體尾渣水砂充填管道 水力輸送工業(yè)試驗(yàn)方案一、 前言：水砂充填粗粒級(jí)（25mm）管道水力輸送工業(yè)試驗(yàn)，于上世紀(jì)90年代初曾在大茶園礦床631-2#采場(chǎng)（充填總量為1044m3）實(shí)踐過(guò)。具體試驗(yàn)效果見(jiàn)表：項(xiàng)目采場(chǎng)最大粒徑（mm）平均粒徑（mm）充填倍線（N）I水砂比（x）流速（m/s）注砂量（m3/h）充填料631-2#一分層259.62.552：16.5859流紋巖631-2#二分層259.62.551.5：17.4383流紋巖上述較好效果的主要原因有:充填倍線小;N=2.55(設(shè)計(jì)為8)，管路短L=380m，彎頭少（12只）等，這對(duì)大茶園礦床尾渣水力管道輸送有一定的經(jīng)驗(yàn)積累和數(shù)

2、據(jù)參數(shù)可借鑒。1、 原大茶園礦床水砂充填工藝系統(tǒng)： 采石場(chǎng)（汽車）150m3原料倉(cāng)板式給礦機(jī)鄂式破碎機(jī)皮帶機(jī)元錐破碎機(jī)皮帶機(jī)振動(dòng)篩750m3(有效容積550 m3)成品倉(cāng)注砂硐室（水砂混合溝）充填管道采場(chǎng)充填廢水及泥漿沉淀池、水倉(cāng)地表高位(2個(gè)1000t)水池)循環(huán)使用。2、 原充填工藝的主要設(shè)計(jì)參數(shù) 水砂比3：1；合格砂粒徑-25mm；干砂流量40m3/h；最大充填倍線N=8；充填管道尺寸114*7（無(wú)縫鋼管）；含泥量小于58。3、 存在的主要問(wèn)題 充填材料自備（采石、破碎）成本較高；彎頭磨損快；充填無(wú)縫鋼管管道加工、安裝精度難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，給更換管道帶來(lái)不少麻煩；井下沉淀池的清理排泥工作

3、尚未解決。原大茶園水砂充填系統(tǒng)，由于受到當(dāng)時(shí)政策性的仃產(chǎn)等一系列原因影響，而沒(méi)能繼續(xù)試驗(yàn)下去。二、 現(xiàn)狀 隨著無(wú)軌采礦設(shè)備的推廣使用及充填工藝和支護(hù)技術(shù)的不斷革新，充填采礦法在國(guó)內(nèi)外取得了很大進(jìn)展，有色金屬礦山采用充填采礦法的比重逐年上升。如加拿大、澳大利亞、瑞典、美國(guó)、日本和德國(guó)等國(guó)，充填采礦法比重達(dá)2030%，波蘭達(dá)50%以上，我國(guó)有色金屬礦山中，用充填法采出的礦量達(dá)25%，黃金礦山達(dá)31%，鈾礦山在“2+3”計(jì)劃實(shí)施以前，充填采礦法曾達(dá)到72%以上。國(guó)內(nèi)各種充填采礦法的應(yīng)用中，存在許多技術(shù)難題，干式充填運(yùn)轉(zhuǎn)困難，平場(chǎng)量大，充滿率低；水砂充填水砂比大，井下排水費(fèi)用高；尾砂充填條件有限且尾砂

4、分級(jí)后充填料不足，需另采廢石磨細(xì)增補(bǔ)，但廢石磨細(xì)成本較高。一些礦山開(kāi)展高濃度全尾砂膠結(jié)充填工藝的研究，有的礦山也進(jìn)行粗粒級(jí)水砂充填研究并取得了一定的成果，但對(duì)于深部開(kāi)采的礦山，存在排水費(fèi)用高和井下排泥難度大等的問(wèn)題。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)的高水固結(jié)充填技術(shù)研究正在進(jìn)行并取得了成功，如招遠(yuǎn)金礦、新橋硫鐵礦、銅錄山銅礦和金川龍首鎳礦都相繼采用全尾砂作高水固結(jié)充填工業(yè)性試驗(yàn)和工業(yè)應(yīng)用。大大降低了充填料的制備和排水費(fèi)用，提高了充填效率，但為了保證充填體的強(qiáng)度，高水固結(jié)材料用量大，材料價(jià)格高，致使充填成本很高，難以得到普遍推廣。隨著地表堆浸采鈾技術(shù)的廣泛應(yīng)用，堆浸尾渣的排放和處理逐漸成為影響礦山效益的難點(diǎn)。如何利

5、用高濃度水砂充填方法將堆浸尾渣作充填料回填井下采場(chǎng)，既可以解決充填料來(lái)源、提高充填效率和降低成本，又可以減少堆浸尾渣排放，降低礦山退役治理費(fèi)用，是目前大茶園鈾礦井采冶（地表堆浸）工藝技術(shù)改進(jìn)急待解決的問(wèn)題。目前大茶園礦井的充填系統(tǒng)：采用尾渣干式下井充填（170#探井60m平巷充填上山35m平巷10m平巷充填上山采場(chǎng)充填），其充填環(huán)節(jié)多、難度大、充填時(shí)間長(zhǎng)、效率低等嚴(yán)重嚴(yán)重制約著礦井的采礦生產(chǎn)能力。走完善堆浸尾渣高濃度水力管道輸送充填工藝新技術(shù)，是大茶園鈾礦井綜合技術(shù)、生產(chǎn)提升的必由之路。三、 工業(yè)試驗(yàn)的目的和要解決的問(wèn)題本方案為大茶園礦床綜合技術(shù)改造系統(tǒng)中尾渣水力管道充填的工業(yè)性試驗(yàn)。根據(jù)現(xiàn)有

6、的生產(chǎn)情況，初定35m中段337#采空區(qū)為試驗(yàn)采場(chǎng)。本項(xiàng)目的試驗(yàn)?zāi)康闹饕墙Y(jié)合目前大茶園礦井的生產(chǎn)現(xiàn)況，研究將地表堆浸尾渣回填到井下的工藝技術(shù)，一可研究解決充填材料制備、降低充填成本和提高采場(chǎng)無(wú)軌采礦生產(chǎn)能力，二是研究減少地表堆浸尾渣排放量和礦山地表設(shè)施（尾礦庫(kù)設(shè)計(jì)）的合理布置問(wèn)題，為礦山退役治理創(chuàng)造有利條件，改變大茶園鈾礦井常規(guī)開(kāi)采中長(zhǎng)期存在的充填工藝技術(shù)落后現(xiàn)狀。試驗(yàn)所需解決的問(wèn)題：掌握堆浸尾渣管道水力輸送穩(wěn)定性工藝及參數(shù)；研究堆浸尾渣作為采場(chǎng)充填料的物料配比和固結(jié)技術(shù)；提供充填料的輸送方法和經(jīng)驗(yàn)，避免充填料在輸送過(guò)程中的固結(jié)及分相沉降；充填管道（耐磨性）的選材試驗(yàn)；井下排水、排泥等。四、

7、 尾渣水力管道輸送技術(shù)方案的確定（一、）充填工藝的主要參數(shù)計(jì)算1、 充填量計(jì)算充填工作制度：實(shí)行連繼充填作業(yè)，每日四班。每班作業(yè)6小時(shí)，純充時(shí)間為四小時(shí)，準(zhǔn)備和收尾工作為2小時(shí)。按年采出總礦量180000T，采充比1：0.9計(jì)算充填總方量。2、 礦山日平均充填量Q0Q0=Q年/T×1/T×Z ，m3/d式中：Q年充填法年采出礦量，t/aT礦石容重，t/m3T礦山年工作天數(shù)，d/aZ采充比，m3/m3, 年充填利用系數(shù)取0.7Q0=18000/2.47*1/330/0.7/0.9=284 (m3/d)3、 充填合格砂粒徑-4mm（堆浸尾渣）4、 充填材料日平均供應(yīng)量Q1 Q1

8、=K1K2K3Q0 ，(m3/d)式中：K1充填材料的原體積與初次沉縮后的體積比，取1.15K2充填材料的流失系數(shù)，取1.05K3采充不均衡系數(shù)，取1.15Q1=1.15*1.05*1.15=394 , (m3/d)5、 充填日平均用水量W0W0= Q1*s/p*(1- p) ，(m3/d)式中：s尾渣松散容量， t/m3 p砂漿的重量濃度W0=394*1.49/0.6*(1-0.6)=391(m3/d)6、 充填日需供水量W1=（1+K）W0 ，(m3/d)式中：K水的損失率 ，取0.1W1=(1+0.1)*391=430 (m3/d)7、 充填注砂管尺寸根椐大茶園礦井的年充填總量和堆浸尾渣

9、管道輸送的顆粒度偏小，若充填能力和水砂比不變，在一定的自壓頭下，加大管徑可以達(dá)到更大的充填倍線，使輸送的距離加大，從而擴(kuò)大充填范圍。目前，國(guó)內(nèi)外礦山成熟的水砂充填技術(shù)經(jīng)驗(yàn)證明，其注砂管的尺寸一般都在=125178mm之間。為此，本方案充填主管道采用=125mm，d=1015mm的加錳鑄鐵管，下步中段及采場(chǎng)充填上山可選用耐磨PVC管替代。8、 充填倍線 N=L/HNt=2gD/v2r，臨界流速vr=（34）vsVs=0.55*d(-1)=0.55*0.4*(2.47-1)=0.42 m/sVr=4*0.42=1.68 m/s故充填倍線的理論最大值Nt=2*9.8*0.125/1.682/0.07

10、811.0大茶園礦床-15m中段以下礦體的東西走向（不連續(xù)）長(zhǎng)度約為1150m，埋藏最大深度（標(biāo)高）-190m204m均在東部的、礦體。本方案所選用自備站的注砂井（東風(fēng)井附近）至西部-15m中段8#礦體的管路長(zhǎng)約1100m，高差227.7m，充填倍線N=4.83，到-90m中段8#礦體的最大倍線N5；至東部、礦體的充填倍線就更小了（見(jiàn)大茶園礦床地表工業(yè)布置及礦體平面圖）。計(jì)算的實(shí)際倍線值遠(yuǎn)小于理論最大值。故方案設(shè)計(jì)確定的N6均可滿足35m中段337#采場(chǎng)的工業(yè)性試驗(yàn)要求，還能適用于大茶園礦井綜合技術(shù)改造深部尾渣水力管道充填的需要。9、 充填輸送能力Qn=3600*（D/2）2Vr=3600*（

11、0.125/2）2*3.14*1.68=74.2(m3/h)10、 水砂比實(shí)方比X=Q0/（1-PN）Qt式中：Q0砂漿輸送中水的流量，m3/s Qt砂漿輸送中固體流量，m3/sPn松方固體的孔隙率，取0.396X=15.5/0.704/21.5=1.02（二）、充填系統(tǒng) 本方案選用尾渣管道水力自流輸送充填系統(tǒng)（堆浸尾渣水力充填中酸性及氡子體淅出等因素的影響暫不在本方案考慮）。1、 充填攪拌站的選址大茶園礦床目前開(kāi)拓深度（標(biāo)高）在-40m-65m之間?，F(xiàn)回采標(biāo)高在60m-15m間，礦體東西走向長(zhǎng)約 1000米。一是受在表工業(yè)場(chǎng)地的限制（見(jiàn)大茶園地表工業(yè)設(shè)施布置圖）；二是原大茶園礦井水砂充填系統(tǒng)

12、注砂井離西部8#礦體的輸送距離約 1100米，東部、礦體也只有400米。按理論計(jì)算Nmax9.6，而實(shí)際計(jì)算出N6。所以，選用一條充填系統(tǒng)即可達(dá)到充填倍線6的要求；三是原水砂充填系統(tǒng)中的廠房、料倉(cāng)、成品倉(cāng)和2個(gè)1000t高位水池、注砂硐室等都可維修恢復(fù)使用，這對(duì)尾渣水力管道輸送充填系統(tǒng)的投資和建設(shè)是非常有利的。椐此，經(jīng)分析和比較,充填攪拌站建在大茶園礦井的東風(fēng)井地表附近內(nèi)（見(jiàn)大茶園礦井地表工業(yè)布置圖）是恰當(dāng)。2、 充填攪拌站工藝流程及設(shè)施的確定（見(jiàn)充填系統(tǒng)工藝流程圖）1)、充填系統(tǒng)工藝流程：尾渣用汽車運(yùn)到尾渣堆場(chǎng)，直接倒入尾渣倉(cāng)或倒在堆場(chǎng)用電耙絞車耙入尾渣倉(cāng)，尾渣倉(cāng)下設(shè)置槽式給礦機(jī),經(jīng)皮帶輸送

13、機(jī)輸送給振動(dòng)篩篩分，大塊由皮帶輸送機(jī)排出，-10尾渣進(jìn)入篩分倉(cāng)，經(jīng)電子皮帶秤控制尾渣量,送至皮帶輸送機(jī)，進(jìn)入混合溜槽。水循環(huán)利用，從兩個(gè)高位水池供水至混合溜槽處，用渦輪流量計(jì)觀察水的流量,根據(jù)要求控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥,調(diào)節(jié)水的流量。尾渣與水在混合溜槽中混合，進(jìn)入混合倉(cāng)，流入混合溝，再經(jīng)充填管路流至采空區(qū)，用電磁流量計(jì)監(jiān)測(cè)充填料流量?？刂剖以O(shè)在混合溜槽邊上。2）、充填系統(tǒng)主要設(shè)施：序號(hào)設(shè)施名稱規(guī)格型號(hào)單位數(shù)量備注1電耙絞車2DPJ-15套12尾渣倉(cāng)200T個(gè)1已有改造3槽式給礦機(jī)980×1240臺(tái)175T/h,5.5Kw4皮帶輸送機(jī)B=800條15自定中心振動(dòng)篩SZZ1250×25

14、00套1100T/h,5.5Kw6篩分倉(cāng)個(gè)17皮帶輸送機(jī)B=500條18電子皮帶秤ICS-800-PL套190T/h,5Kw9皮帶輸送機(jī)B=800條110高位水池1000T個(gè)2已有11閘閥DN200只212蝸輪流量計(jì)LWY-200只113電動(dòng)調(diào)節(jié)閥ZAZN-16(Ø200)只114混合溜槽1500×5000套115混合倉(cāng)20M³個(gè)116混合溝條1已有17電磁流量計(jì)LD-125只118閥門(mén)Ø125只119供水管路DN200焊管米20充填管路DN125加錳鑄鐵管米或耐磨PVC管3、 填管道的布置、安裝與管理充填系統(tǒng)方案采用集中布置方式，整個(gè)充填系統(tǒng)通過(guò)一條主

15、要管道或主鉆孔將充填尾渣水力輸送到井下各充填采場(chǎng)。由地表打鉆孔至井下中段下放充填料，在國(guó)內(nèi)有少數(shù)礦山曾采用，但受到鉆孔的堵塞、磨損及維護(hù)困難等原因至今仍在使用的甚少。結(jié)合受地表工業(yè)場(chǎng)地自備站建設(shè)和尾渣水力管道輸送等諸多因素影響，本方案暫不采用地表鉆孔為主管道輸送。 1）、充填主管道的布置方式自備站注砂硐室（原有注砂斜井長(zhǎng)184m）110m中段平巷110m60m中段管道注砂斜井（新建長(zhǎng)75m）60m中段二號(hào)平巷充填上山采場(chǎng)（見(jiàn)大茶園礦井充填管道布置圖）。2）、管道的加工與安裝 為便于管道的運(yùn)輸和安裝，每節(jié)充填管的長(zhǎng)度加工為22.5m，且每20m30m的管道中加裝一節(jié)0.25m長(zhǎng)的短接管。同時(shí)，對(duì)

16、管道的轉(zhuǎn)彎處配置彎頭、偏口、平口、短管等管件，彎頭的最小曲率半徑取1.5米，制成10°、15°、30°三種角度，并要配備2、3、8的偏口。彎頭拐彎外壁比內(nèi)壁磨損更為嚴(yán)重，應(yīng)對(duì)外壁較內(nèi)壁加厚12倍。對(duì)與彎頭相接的直管管口部位也應(yīng)增一節(jié)0.5米長(zhǎng)的厚壁短管。3）、充填管道維護(hù)管理的措施為了減輕管道磨損和延長(zhǎng)管道的使用壽命。充填試驗(yàn)期間主要的采取措施有：（1）、增加特殊部位管壁的厚度。（2）、轉(zhuǎn)動(dòng)管道 或變換管道位置（上下更換、左右轉(zhuǎn)動(dòng)），對(duì)每節(jié)管子要轉(zhuǎn)動(dòng)使用23次。（3）、有條件時(shí)將管道附加耐磨襯里（細(xì)顆粒尾渣充填）。（4）、對(duì)曲率半徑較小的充填管道拐彎處安裝一個(gè)三通

17、掏砂管。（5）、嚴(yán)禁充填管道出現(xiàn)漏水、漏漿現(xiàn)象，以防管道堵塞。五、試驗(yàn)充填采場(chǎng)的確定以大茶園礦井現(xiàn)行的井下常規(guī)采礦現(xiàn)況和本試驗(yàn)研究的目的，從試驗(yàn)的代表性和應(yīng)用推廣等方面，經(jīng)比較和分析，確定在大茶園礦床 的35m中段337-1-2#采場(chǎng)進(jìn)行堆浸尾渣管道水力充填的工業(yè)性試驗(yàn)。該采場(chǎng)原采用空?qǐng)霾傻V法開(kāi)采，現(xiàn)已采完，走向平均長(zhǎng)76m，水平厚度最厚27m，平均14m，高平均在812m，傾角40°，局部50°。1、 充填試驗(yàn)系統(tǒng)充填試驗(yàn)系統(tǒng)由輸送料的制備系統(tǒng)，輸送管路系統(tǒng)及計(jì)量控制系統(tǒng)等三部分組成（見(jiàn)圖）。制備系統(tǒng)集中布置于地表制備站，制備站位于東風(fēng)井原水砂充填系統(tǒng)內(nèi)（標(biāo)高245.3m

18、），由充填水池及供水管路、砂倉(cāng)、電子皮帶秤和混合溜槽組成。充填水池利用原有的2個(gè)1000t水池，通過(guò)供水管路向水砂混合溜槽注水。充填用水為井下外排的礦坑水。為了使注砂均勻，濃度均衡，做到滿管輸送，利于計(jì)量和控制。水砂在混合溜槽里充分混合后進(jìn)入溜槽和下部混合溝二次混合至喇叭口與充填管道連接輸送，通過(guò)控制砂量、水量和沙漿流速來(lái)保持恒定的砂漿濃度和混合槽下部喇叭口恒定的液面，保證輸送管的滿管輸送。在管路系統(tǒng)中，充填管路采用125×10的加錳鑄鐵管，由注砂硐室經(jīng)喇叭口（223m）110m60m注砂斜井和60m水平主巷到采場(chǎng)上階段平巷，再經(jīng)上山進(jìn)入采場(chǎng)進(jìn)行充填，進(jìn)入采場(chǎng)后用襯鋼絲尼龍的膠皮管。

19、管路系統(tǒng)中還有包括下列管件：彎頭（規(guī)格10°、15°、30°，曲率半徑1500mm）、扁口(規(guī)格2°、3°、8°)、平口(內(nèi)徑100mm，外徑150mm)。在計(jì)量控制系統(tǒng)中，渣漿流量和給水量采用上海光華儀表廠生產(chǎn)的LD150型、LD-80A型電磁流量計(jì)測(cè)量，計(jì)量渣漿流量的流量計(jì)安裝在充填管水平管路上，計(jì)量水量的流量計(jì)安裝在供水管的水平段管路上，由電磁流量變送器和轉(zhuǎn)換器組成檢測(cè)系統(tǒng)，顯示瞬時(shí)流量。管道水力坡度采用上海自動(dòng)化儀表一廠生產(chǎn)的CECC差壓變送器測(cè)量。在水平管段設(shè)置一對(duì)取壓點(diǎn)，取壓點(diǎn)間距5m，取壓孔經(jīng)導(dǎo)壓管、隔離罐與差壓變送器相

20、連。堆浸尾渣計(jì)量用PCR-2型電子皮帶秤控制計(jì)量。2、信息系統(tǒng)攪拌站或注砂硐室與充填采場(chǎng)的通信信號(hào)，采用有線常開(kāi)對(duì)講電話及聲響、燈光等結(jié)合的信息系統(tǒng)。注砂、注水以及充洗管道等操作程序，均由充填采場(chǎng)作業(yè)人員通過(guò)信息系統(tǒng)傳遞。3、 準(zhǔn)備工作31、 清理采空區(qū)從采空區(qū)搬走各種工具和材料，回收采空區(qū)內(nèi)的散礦和殘礦，清理開(kāi)拓采準(zhǔn)工程的周邊廢石，用鏟運(yùn)機(jī)充入采空區(qū)。32、 架設(shè)充填濾水隔離墻及脫水假巷上山與采場(chǎng)聯(lián)絡(luò)道內(nèi)用竹簾子、鋼絲網(wǎng)、廢舊鋼材或元木做成濾水隔墻，在采空區(qū)底部沿采場(chǎng)走向架設(shè)一條脫水砼假巷。33、 充填攪拌站的準(zhǔn)備工作該項(xiàng)工作主要有：檢查砂倉(cāng)、供水及沙漿制備控制系統(tǒng)，建立和檢查地表與井下充填

21、區(qū)段的通訊聯(lián)系，試驗(yàn)訊號(hào)是否正常，充填管道是否暢通，供水水池是否灌滿水，汽車運(yùn)至自備站砂倉(cāng)堆場(chǎng)的尾渣量是否足夠當(dāng)班的充填量等。采場(chǎng)充填之前應(yīng)先對(duì)管道用水進(jìn)行試充后，再由低濃度向高濃度逐步過(guò)度。34、 充填管道易損件的準(zhǔn)備水砂充填效率高，水砂流速快，粗顆粒對(duì)管道壁磨損大，特別是角度大的彎頭處，沖擊磨損快，為了及時(shí)處理跑水、漏砂事故，在采場(chǎng)與管子巷配備各種角度彎頭、扁口與直管，以便及時(shí)更換。35 、管道布置充填管路經(jīng)充填上山或下盤(pán)聯(lián)絡(luò)道進(jìn)入采場(chǎng)，管道出口部分用襯鋼絲尼龍的膠皮管，將管道固定在采場(chǎng)邊幫的上部，并向上仰5°左右，以保證采場(chǎng)充填體表面平整。36、 充填工藝試驗(yàn)充填系統(tǒng)的已知條件

22、輸送管道總長(zhǎng)度：950m；管道進(jìn)出口處的高差：188m。管道直徑：125mm（鑄鐵管或耐磨PVC管），膠管直徑：125mm。管道彎頭數(shù)目：n=4個(gè)。管道的最大傾角：30°。最大充填倍線：5.05尾渣輸送濃度：50%60%（重量濃度）4、采場(chǎng)內(nèi)充填尾渣的脫水 根據(jù)充填試驗(yàn)采場(chǎng)的結(jié)構(gòu)，結(jié)合堆浸尾渣含泥量小(平均7%)、滲透性好（滲透系數(shù)1.15m/h）的特點(diǎn)，采空區(qū)充填體的脫水采用溢流和滲濾兩種脫水形式。充填前，在采空區(qū)底部沿采場(chǎng)走向的部分或垂直走向(穿脈)架設(shè)一條2.22.4m×2.5m2.8m的脫水砼假巷，長(zhǎng)度小于采空區(qū)長(zhǎng)度和等于采空區(qū)的寬度，在假巷中部沿采場(chǎng)傾斜方向用混凝土構(gòu)筑一個(gè)1.5m*1.5m的通風(fēng)濾水順路井，濾水井及砼假巷墻的周圍預(yù)留100mm的濾水孔，充填時(shí)用鋼絲網(wǎng)和濾水材料包起來(lái)用于脫水。每一回填分層在濾水井兩側(cè)沿走向分別鋪設(shè)一根150mm的廢舊鋼管或塑料管，沿管道的長(zhǎng)度方向鉆80mm×80