1、1黄沙坪铅锌矿深部多金属矿尾废充填系统研究中南大学资源与安全工程学院湖南有色黄沙坪铅锌矿2008 年 12 月2目 录1 课题的提出 32 充填材料基本试验 421 充填材料性能试验的目的 .422 松散容重和饱和浓度试验 .523 尾砂粒级分析试验 .524 尾砂胶结充填强度试验 .53 充填系统改造方案 831 尾砂充填站的内容 .832 尾砂充填系统改造设备以及备件费用 .94 设计图附图 123黄沙坪铅锌矿深部多金属矿尾废充填系统研究1 课题的提出黄沙坪铅锌矿是我省著名的采选综合企业，也是我国使用尾砂胶结充填最早的地下矿山之一。上世纪七十年代，矿山建设了我国较现代的立式充填系统，为黄沙
2、坪铅锌资源的开采和我国采矿事业的发展作出了很大的贡献。受矿山采矿方法变更的影响以及充填系统中存在问题的制约，矿山采用了废石充填，因而尾胶充填系统闲置不用，造成原尾胶系统：充填管路与系统报废充填仪表与设备损坏技术与操作人员流失国有资产严重贬值。众所周知，黄沙坪铅锌矿是我国有色矿山的一棵常青树。经过五十年的开采，虽然铅锌资源储量缩小，但矿区新发现的钨钼铁硫多金属资源相当丰富。矿山除年产 30 万 t/a 的铅锌资源外，多金属矿资源生产能力将达到 70 万t/a，矿山的生产能力逐年增加，经济效益越来越好，为地方经济发展作出了重要贡献。 由于黄沙坪矿生产能力增加，井下废石充填已不能满足矿山生产要求。一
3、方面井下废石来源不足，而另一方面选矿尾矿未被充填利用，尾矿库不堪重负。新建尾矿坝不仅侵占农田，占用土地，污染环境，更主要的是废石充填系统在资源利用、降低贫损和劳动强度等方面存在严重缺陷与不足，迫切需要对矿山弃之不用的充填系统进行恢复，结合矿山生产实际，利用尚存的砂仓与水泥仓，建设适合黄沙坪多金属矿开采的尾胶充填系统。黄沙坪充填系统的恢复，具有如下重要意义：解决井下充填料不足的问题减少尾矿存放地表，保护农田，防止污染环境 提高矿山胶结充填能力，降低工人劳动强度4提高充填体强度，减少回采损失率和贫化率充填体密实性提高，控制地表变形与地质灾害能力增强资源综合利用率提高，矿山寿命延长，经济效益增加 基
4、于此，黄沙坪领导高瞻远瞩，决定对矿山尾胶充填系统进行恢复改造，并委托中南大学进行此项艰巨任务，其主要研究内容如下：尾砂充填系统现场调查多金属矿胶结充填材料物理力学试验尾胶充填系统的改造与优化设计尾砂充填工艺调试 井下充填管道选择与施工设计尾废充填构筑物设计及施工采场充填工艺与技术。2 充填材料基本试验2 1 充填材料性能试验的目的确定合理的充填系统改造方案获得井下胶结充填合理的工艺流程研究合适的尾胶充填采矿方法研究合理的回采顺序与作业时间确定合理的充填配比，降低贫损率研究降低充填成本方法，提高企业效益为此，我们对黄沙坪矿多金属矿选厂全尾砂进行了现场取样，送至中南大学进行相关试验，得出如下结论：
5、尾砂粒级细，含泥量多；充填滤水速度慢、难凝，不加胶凝剂易成为泥石流，危及井下工人生命与生产安全；沉淀分层现象严重，表面泥质，人与设备难行；胶结充填料强度对照试验，结果如表 2 所示。52 2 松散容重和饱和浓度试验黄沙坪矿多金属矿选厂全尾砂松散容重和饱和浓度试验数据如下：量杯质量：151.5g，加尾砂后重：599g，量杯容积：250ml，容重：1.79/ml，加水后重：702.5g，料浆容重：2.2g/ml，饱和浓度：82%。量杯质量：57g，加尾砂后重：135.5g，量杯容积：50ml，容重：1.579/ml。量杯质量：76.5g，加尾砂后重：233.5g，量杯容积：100ml，容重：1.5
6、79/ml，加水后重：272.5g，料浆容重：1.96g/ml，饱和浓度：80%。量杯质量：80g，加尾砂后重：231.5g，量杯容积：100ml，容重：1.57/ml。2 3 尾砂粒级分析试验黄沙坪矿多金属矿选厂全尾砂粒级分布试验数据如表 1 所示。表 1 尾砂粒级分布表序号 粒级/微米 试验值/%1 00.8 4.022 0.82.2 4.533 2.24.3 7.74 4.38.5 115 8.518 15.516 1834 18.297 3463 18.398 63125 15.649 125224 4.4410 224 6.4862 4 尾砂胶结充填强度试验黄沙坪矿多金属矿选厂全尾砂
7、胶结充填强度试验数据如表 2 所示。表 2 尾砂胶结充填强度试验表抗压强度/MPa编号 灰砂比 质量浓度7d 14d 28d28d 劈裂抗拉强度/MPaSA1 1:4 70% 3.36 5.32 8.62 1.27SA2 1:6 70% 1.56 2.09 4.62 0.72SA3 1:8 70% 0.88 1.01 2.11 0.41SA4 1:10 70% 0.55 0.66 1.2 0.28SA5 1:12 70% 0.4 0.4 0.95 0.25SA6 1:16 70% 0.18 0.31 0.57 0.12SB1 1:4 65% 1.8 3.06 5.74 0.57SB2 1:6
8、65% 0.88 1.21 2.82 0.31SB3 1:8 65% 0.57 0.89 1.7 0.24SB4 1:10 65% 0.46 0.47 1.22 0.21SB5 1:12 65% 0.35 0.44 0.74 0.11SB6 1:16 65% 0.12 0.22 0.37SC1 1:4 60% 1.96 2.34 3.53 0.76SC2 1:6 60% 0.58 1.24 2.8 0.34SC3 1:8 60% 0.39 0.87 1 0.17SC4 1:10 60% 0.24 0.57 0.72 0.23SC5 1:12 60% 0.06 0.22 0.37SC6 1:16
9、 60% 0.02 0.13 0.24SE1 1:4 75% 4.99 6.2 12.03 1.23SE2 1:6 75% 2.1 2.65 4.65 0.83SE3 1:8 75% 0.98 1.59 1.98 0.54SE4 1:10 75% 0.76 0.75 1.95 0.38SE5 1:12 75% 0.5 0.38 1.36 0.32SE6 1:16 75% 0.26 0.38 0.84770%浓 度 下 灰 砂 比 对 强 度 的 影 响02468100 10 20 30养 护 时 间 /d试件抗压强度/MPa1:041:061:081:101:121:16图 1 70%浓度下灰
10、砂比对强度的影响65%浓 度 下 灰 砂 比 对 试 件 强 度 的 影 响024680 10 20 30养 护 时 间 /d试块抗压强度/MPa1:041:061:081:101:121:16图 2 65%浓度下灰砂比对强度的影响60%浓 度 下 灰 砂 比 对 强 度 的 影 响012340 10 20 30养 护 时 间 /d试件抗压强度/MPa1:041:061:081:101:121:16图 3 60%浓度下灰砂比对强度的影响875%浓 度 下 灰 砂 比 对 强 度 的 影 响0510150 10 20 30养 护 时 间 /d试件抗压强度 1:041:061:081:101:12
11、1:16图 4 75%浓度下灰砂比对强度的影响3 充填系统改造方案3 1 尾砂充填站的内容对黄沙坪铅锌矿原尾砂充填置备站进行工艺系统的改造，我考虑可分为两步操作，第一步是依照人工操作，仪表监测的原则设计、改造、调试、运行正常，领导满意后，根据手动充填的经验和各配比试验的数据、调试。以下是改造的几个方面：1） 、对砂仓内外活化造浆环节进行改造，调整造浆环管，更换新式造浆喷嘴等。2） 、对砂仓放砂管及放砂形式进行改造。3） 、全尾砂充填仓内增设破泥架。4） 、为方便控制，便于操作将搅拌桶基础标高提到-2.00 米（即搅拌桶上边比充填站地板高 0.4 米） 。5） 、集中各控制环节的位置，如：充填流
12、量搅拌桶放砂、砂仓放砂、砂仓造浆控制阀门都集中在搅拌桶及砂仓底部外。6） 、两个充填钻孔、套管、充填管按原设计要求焊接至标高 3.5 米以上。7） 、在副桶与搅拌井壁之间，标高-3.5 米至-2.0 米设一个 2.2 米的污水井（备用水池，充填管在池中） 。98） 、原充填钻孔处：即标高-12 米3.5 米回填，-3.5 米至-2.0 米部分回填。9） 、搅拌桶基础按原基础尺寸打至-1.7 米。10） 、增设副桶，以便排除气泡、观察液位及浓度。11） 、配 2 块仪表，浓度计 1 台，流量计 1 台（2 次仪表分体）二次仪表安装在搅拌桶周围便于操作工观察控制流量、浓度、下灰量等。12） 、搅拌
13、桶与钻孔实行全封闭式放砂。13） 、更换 20002100 双叶轮高浓度搅拌桶 1 台，电机 35KW。14） 、更换 3500（DN250 或 DN200）双管螺旋喂料机一台， （1134m 3/h 或825m3/h）流量，电机（11KW 或 7.5KW）带变频调速。根据胶结料类型选定喂料机型号15） 、砂仓配 DN150 铸石耐磨电动球阀 2 台（每个仓 1 台） 。16） 、配流量 40 m3以上、扬程 100 米以上请水泵 2 台。17） 、配 2 p 泥浆泵 1 台。18） 、配 10 立方米空压机 1 台。19） 、水泥仓除尘器建议自行修复（改为手动振打） 。20） 、搅拌桶除尘自
14、制。21） 、副桶、液位计自制。3 2 尾砂充填系统改造设备以及备件费用尾砂充填系统改造按设计图施工，改造所需设备以及备件费用为 87.26 万元，其详细支出如表 3。表 3 尾砂充填系统改造设备和备件以及费用支出表序号 名称规格型号及配套设备单位数量 参考厂家或用途和单价价格/万元设备明细1双叶轮高浓度搅拌槽20002100，35kw 电机 台 1常州市新武机械有限公司，TEL：13706121378；莱州市鹏源矿山机械厂，TEL：137089175339.04.52双螺旋喂料机进出口中心长3.3mDN200，7.5kw 变频调速电台 1 常州市新武机械有限公司；莱州市鹏 源矿山机械厂 7.
15、23.610机3 清水泵DA18010，15kw 电机 台 2山东博山水泵厂，流量 32.4m3/h，扬程114m 0.954 泥浆泵 普通型 台 1 ZPNL 立式泥浆泵 0.625 袋式除尘器 水泥仓顶 台 1 甲方自己改造原设备，手动振打 0.36水泥仓松动器 自制 台 1 自制 0.0057智能型电磁流量计选型编码：MGG-10111612 台 1开封威利仪表有限公司TEL：13953341631注：现场服务,人员培训28 浓度计 台 1 兰州化学物理研究所技术服务中心科丰电 子有限公司，注：人员培训，现场服务 3.859 搅拌桶液位 计 自制 台 1 根据甲方意见可购置雷达式液位计
16、0.00310 电动铸石耐 磨球阀 DN150-1.6Mpa 台 2 TEL：13708910087，2.18 万元/台 4.3611 空压机 10m3，55kw 电机 台 1 4.5 万元/台 4.512 喷嘴 个 260 莱州市：TEL：13806451856，160 元/个 4.1613 旋流器 300 台 8 威海海王旋流器厂 9000 元/台 7.2阀门明细1 手动浆液单 闸板阀 DN150-2.5Mpa 个 4 TEL：13708910087 0.52 手动耐磨单闸板调流阀 DN100-1.6Mpa 个 1 TEL：13708910087 0.353 手动管夹阀 DN100 个 3
17、 300 元/个 0.14 不锈钢单闸 板阀 DN65-1.6Mpa 个 20 明螺杆式，100 元/个 0.25 不锈钢单闸 板阀 DN50-1.6 Mpa 个 4 明螺杆式，80 元/个 0.0326 不锈钢闸板 阀 DN80-1.6 Mpa 个 2 明螺杆式 120 元/个 0.0247 止回阀 旋启式DN80-1.6 Mpa 个 2 100 元/个 0.028 止回阀 旋启式DN50-1.6 Mpa 个 2 80 元/个 0.0169 手动胶管阀 DN150 个 8 477 元/个 0.3910 球阀 DN40-1.6 Mpa 个 1 33 元/个 0.003311 球阀 DN20-1
18、.6 Mpa 个 4 17 元/个 0.006812 手动浆液阀 DN80-1.6 Mpa 个 8 600 元/个 0.5管路明细1 钢管 12110 无缝钢管 米 8 搅拌桶至钻孔，192 元/米 0.162 钢管 1598 无缝钢 米 100 砂仓放砂管，228 元/米 2.2811管3 钢管 767 无缝钢管 米 100 砂仓造浆管，84 元/米 0.844 钢管 616 无缝钢管 米 20 砂仓造浆管，48 元/米 1.05 钢管 364 无缝钢管 米 10 24 元/米 0.0246 钢管 895 无缝钢管 米 100 水管风管，76.2 元/米 0.87 钢管 2178 无缝钢管
19、米 300 砂仓逆流管（泵站至砂仓顶）300 元/米 98 钢管 1598 无缝钢管 米 200 砂仓上砂管（泵站至砂仓旋流器）228 元/米 4.56管路附件1 厚壁弯头 DN150mm 个 16 350 元/个 0.62 厚壁弯头 DN100mm 个 20 250 元/个 0.53 弯头 DN75mm 个 80 220 元/个 1.84 弯头 DN50mm 个 10 115 元/个 0.125 法兰盘 6 个 48 配套阀门，83 元/个 0.46 法兰盘 4 个 20 配套阀门，62 元/个 0.157 法兰盘 3 个 30 配套阀门，29.4 元/个 0.18 法兰盘 21/2 个 6
20、0 配套阀门，20 元/个 0.129 法兰盘 2 个 10 配套阀门，15.2 元/个 0.0210 法兰盘 8 个 1 配套阀门，150 元/个 0.01511 橡胶弹性接 头 DN150mm 个 1 50 元/个 0.00512 厚壁弯头 DN200mm 个 10 400 元/个 0.4其他材料1 螺纹钢 32mm 米 12 破泥架 18.93 元/米 0.032 钢板 10mm 米 2 12 副桶、梯子，471 元/米 2 0.63 钢板 12mm 米 2 18 污水井、梯子，565 元/米 2 1.14 钢板 16mm 米 2 5 汇集箱，600 元/米 2 0.35 花纹钢板 68
21、mm 米 2 30 操作平台，3156 元/米 2 106 槽钢 20# 20 充填井平台和旋流器支架，103 元/米 0.27 槽钢 12# m 100 充填井平台和旋流器支架，48.2 元/米 0.58 角钢 660 m 100 操作台等，22.88 元/米 0.259 角钢 550 m 100 支架，15.08 元/米 0.210 圆钢 10mm m 100 U 型卡子等，2.46 元/米 0.02511 钢管 32mm、40mmm 6030 防护栏杆 32mm、8.34 元/米，40mm14.76 元/米0.0712 造浆环管 见设计图 套 2 2.4 万元/套 4.8124 设计图附
22、图13、 、 、 、 140 ?160?60?87104850860 860?90?60?5020副桶 搅 拌 桶污水井水泥仓 搅 拌 桶 沿 水 泥 仓 方 向 尽 量 靠 近 搅 拌 井边 缘 ， 具 体 尺 寸 视 现 场 情 况 确 定1、50214、 、 、 、 、 401601609045 充 填 钻 孔 套 管 、 充 填 管 按 原 设 计 要 求 安 装 至 -3.50米 。 套 管 与污 水 井 钢 壁 、 充 填 管 之 间 封 闭 焊 接 牢 固 。 米 处 装 三 通 、 阀门 。 搅 拌 井 标 高 -3.50米 以 下 全 部 回 填 牢 固 。 米 至 2米 部
23、分 回 填 。 搅 拌 桶 、 副 桶 基 础 从 米 处 考 虑 。-2.0-3.50 1:50315、 、 、 、 、 支 架 共 5个 均 布 ,喷 嘴 16个 209645依 次 排 列 ， 类 推 安 装支 架 共 14个 均 布 喷 嘴 3个 依 次 排 列 ， 类 推 安 装支 架 共 8个 均 布 ,喷 嘴 9个 0645依 次 排 列 ， 类 推 安 装支 架 共 19个 均 布 喷 嘴 3个 依 次 排 列 ， 类 推 安 装45609 28M18.528120 环 径?160?60?8101： 50416、 、 、 、 、 接 空 压 机 接 水 泵250A A16016
24、09045 搅 拌 桶40DN10胶 管 阀65闸 阀风 喷 嘴 共 39个 均 布 ,90645依 次 排 列 ， 类 推 安 装水 喷 嘴 共 39个 均 布 ,90645依 次 排 列 ， 类 推 安 装水 喷 嘴 共 30个 均 布 ,90645依 次 排 列 ， 类 推 安 装水 喷 嘴 共 16个 均 布 120依 次 排 列 ， 类 推 安 装DN150手 动 浆 液 阀 DN150钢 管电 动 球 阀 除尘器至室外闸 阀DN50止 回 阀 DN50管 路闸 阀 1、5025025025017、 、 、 、 、 ?1590?32螺 纹 钢 四 根130 1、50618、 、 、
25、、 、 1453 14531453 52106080 70?8710?160?60?810 9BCDE BCDE 8710环 管 可 分 6块 加 工 ， 喷 嘴 座 39个 均 布 ， 安 装 角 度 为 仰 角 90645，相 邻 3个 喷 嘴 相 互 错 开 ， 即 ： 安 装 一 个 0， 第 二 安 装 6。 第 三 安 装类 推 安 装 。 环 管 可 分 块 加 工 ， 喷 嘴 座 个 均 布 ， 安 装 角 度 为 仰 角9645,类 推 安 装 。 0环 管 可 分 块 加 工 ， 喷 嘴 座 3个 均 布 ， 安 装 角 度 与 810环 管 相 同 。 1环 管 可 分
26、2块 加 工 ,喷 嘴 座 16个 均 布 ， 安 装 角 度 为 仰 角2， 类 推 安 装 。 第 环 管 均 为 76无 缝 钢 管 加 工 。 环 管 支 架 U型 卡 材 料 为 0m圆 钢 。 101、50719、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、1、5084002300 副桶搅 拌 桶?2000自制液位计2100回填回填回填4001500 污 水 池搅 拌 井 平 面 图搅 拌 井 剖 面 图搅 拌 桶 基 础?2100污 水 井?2400 -3.50副 桶基 础700550-2.00200 充 填 钻 孔 套 管 、 充 填 管 按 原 设 计 要 求 安 装
27、 至 -3.50米 。 套 管 与污 水 井 钢 壁 、 充 填 管 之 间 封 闭 焊 接 牢 固 。 -3.30米 处 装 三 通 、 阀门 。 搅 拌 井 标 高 -3.50米 以 下 全 部 回 填 牢 固 。 -3.50米 至 -2.00米 部分 回 填 。 搅 拌 桶 、 副 桶 基 础 从 -3.50米 处 考 虑 。65020030070020、 、 、 、 、 65010 10 ?12310 230230 40410255810、1、Q235、 、6m 650650410 、1、6m、 2、3、6m、302406634035201107563138319615m、1、5092
28、1、 、 、 、 、 1、 、 、 、 、 9M1824 1032 16M8 M182151414141520 8216、 4 14528、 4 412666 10607 24 M81 730 M18.51133535145022、 、 、 、 、 180 7070、35+0.1-1.0SJ-1 1-5050503010418505050 18 +0.1-1.01、2023、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、副桶 ?3300砂仓中心线水泥仓中心线5000 待 设 备 到 货 后 ， 根 据 设 备 技 术 参 数 要 求 确 定 双 螺 旋 给 料 机基 础 处 理 方 案
29、。1:501224、 、 、 、 、 1、20432086410623085、8m、14-312-314010561480120138012023、 、25、 、 、 、 、 ?8710?160?60?810 8710环 管 可 分 6块 加 工 ， 喷 嘴 座 39个 均 布 ， 安 装 角 度 为 仰 角9645， 相 邻 3个 喷 嘴 相 互 错 开 ， 即 ： 安 装 一 个 90， 第二 安 装 。 第 三 安 装 45类 推 安 装 。 810环 管 可 分 6块 加 工 ， 喷 嘴 座 39个 均 布 ， 安 装 角 度 为 仰 角9645,类 推 安 装 。 环 管 可 分 4
30、块 加 工 ， 喷 嘴 座 0个 均 布 ， 安 装 角 度 与 810环 管 相 同 。 160环 管 可 分 2块 加 工 ,喷 嘴 座 16个 均 布 ， 安 装 角 度 为 仰 角2945， 类 推 安 装 。 第 4环 管 均 为 76无 缝 钢 管 加 工 。1、50445609 28M18.528120 环 径1826 充 填 钻 孔 套 管 、 充 填 管 按 原 设 计 要 求 安 装 至 -3.50米 。 套 管 与污 水 井 钢 壁 、 充 填 管 之 间 封 闭 焊 接 牢 固 。 -3.30米 处 装 三 通 、 阀门 。 搅 拌 井 标 高 -3.50米 以 下 全
31、 部 回 填 牢 固 。 -3.50米 至 -2.00米 部 搅 拌 桶 、 副 桶 基 础 从 -3.50米 处 考 虑 。 充 填 钻 孔 周 围 从 -12米 做 一 长 1.6米 、 宽 为 0.6米 的 砼 基 础至 -3.5米 。充 填 管 在 钻 孔 内 的 安 装 图黄 沙 坪 铅 锌 矿 尾 砂 充 填 系 统 充 填 井 及 钻 孔 结 构 改 造 图1:50 1:10 - -黄 沙 坪 铅 锌 矿 尾 砂 充 填 系 统充 填 井 及 钻 孔 结 构 改 造 图中 南 大 学 资 源 与 安 全 工 程 学 院 建 设 单 位建 设 项 目矿 长设 计审 核审 图制 图图 号比 例专 业阶 段日 期1527、 、 、 、 、 、1:506、 6328
