玉鑫矿业高浓度尾砂胶结充填可研.doc

*县玉鑫矿业有限公司高浓度尾砂胶结充填工程可行性研究*县玉鑫矿业有限公司 二0一二年四月（附资质证书页）注：必须附*县玉鑫矿业有限公司高浓度尾砂胶结充填工程可行性研究总 经 理：副总经理：总工程师：技术负责人：审 核：总设计师：*县玉鑫矿业有限公司 二0一二年四月参加项目设计人员名单序号专业(专题)专业负责人设计(编制)人审核人备 注 1地质2采矿4充填5自动化6土建7电气8环保9概算*县玉鑫矿业有限公司高浓度尾砂胶结充填工程可行性研究目录1 总论11.1 概述11.2 设计基础资料31.3 建设条件41.4 设计方案51.5 工程概况及主要技术经济指标61.6 存在问题72 充填方案与建设规模82.1 充填方案82.2 建设规模102.3 充填站型式与位置选择113 充填系统133.1 充填系统的组成133.2 充填材料的选择133.3 充填技术参数154 充填设计184.1 全尾砂输送184.2 全尾砂浆制备184.3 水泥贮放194.4 充填浆料的制备204.5 充填料浆输送204.6 充填钻孔及管网214.7 充填系统自动控制225 充填站245.1 尾砂斗仓245.2 水泥仓285.3主要设备及其材料296 充填工艺及设施346.1 充填材料及用量346.2 充填材料配比及耗量356.3 充填工艺及设施356.4 充填方法386.5 坑内充填工区通讯426.6 劳动定员427 总图437.1 总图布置437.2 总图运输438 给排水448.1 生产用水448.2 井下排水排泥设施449 电力、仪表与电讯469.1 电力469.2 自控仪表489.3 电讯5010 能源消耗及供应状况5110.1项目能源消耗情况5110.2 项目能源供应情况5110.3 项目能源消耗分析5210.4 能源消耗评估5410.5 能源消耗类比评估5810.6 节能降耗措施5910.7 评估结论及建议6311 土建6510.1 设计依据6510.2 建筑设计原则6710.3 建筑设计6710.4 结构设计6810.5 存在问题6912 环境保护7011.1 设计依据7011.2 主要污染源及环保治理措施7011.3 环境管理及监测7111.4 环境投资概算7113 劳动安全卫生7212.1 设计依据7212.2 工程简况7212.3 主要危险、有害因素分析7312.4 劳动安全与防范措施7412.5 劳动安全卫生管理7412.6 预期效果7514 项目实施进度7615 投资估算7814.1 编制依据7814.2 投资估算7816 项目评价8115.1 技术经济效益评价8115.2 社会效益评估8217 结论与建议8416.1 结论8416.2 问题与建议84附图：spct1 充填站平面位置图spct2 充填站系统纵向图spct3 充填站工艺流程图spct4 充填钻孔图- 77 -1 总论1.1 概述（1）矿区简况*县玉鑫矿业有限责任公司三铺铁矿位于*县四铺乡三铺村北0.5公里。矿区中心地理位置东经：1165041北纬234148。公司成立于2007年1月，采矿许可证取得时间为2006年10月29日，2011年7月通过安全验收，取得非煤矿山安全生产许可证。矿现有职工120人，其中工程技术人员12人，中高级职称8人，地、测、采技术管理人员齐全。公司至2010年底总资产5500余万元、固定资产净值3800万元。资产负债率30.5%，地质储量339.7万吨，图11 三铺铁矿地理位置一期矿体生产铁矿石10万吨/年。现厂区占地面积11.3万m2。（2）地形与气象条件玉鑫矿业有限公司位于*县境中部四铺乡三铺村，东临宿州市。境内拥有丰富的煤炭、铜铁矿石等矿产资源，建有现代化煤矿两座、铁矿四座、荣亚粉业、08食品等一批现代化的农产品加工厂。东距京沪铁路12公里、合徐高速公路10公里，省道303公路、正在规划的泗许高速公路穿境而过，交通运输十分便利。矿区处于北温带，属北方型大陆性气候与湿润气候之间的季风气候，气候温和，日照充足，四季分明，春秋季明显短于冬夏季，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨，年平均气温为14.8摄氏度。全年主导风向夏季多为东南风，冬季主导风向为东北风。年平均无霜期203天，年平均降水量830毫米，年平均相对湿度71%，日照时数2315.8小时。处于淮北平原中部，东北角有丘陵，最高点海拔363米。澥、浍、沱、濉诸水流经县境。主要矿产有煤炭、铁矿石、铜、金等。工业以酿酒、采煤、化肥、炼铝为主。国家商品粮基地县。（3）立项理由*县玉鑫矿业有限公司拥有资源储量（矿石品位为53%）339.7万吨，年设计生产能力10万吨。该矿属于含铜、形态复杂的中型富铁矿床。玉鑫矿业公司：计划总投资3600万元，于2007年底试生产投产，2010年7月获得非煤矿山安全生产许可证，可实现销售收入2600万元，利税可达1000余万元。原安徽省冶金设计院设计推荐分段矿房法，矿山实际采用上向分层废碴充填采矿法进行开采。采矿过程中由于胶结充填系统没有建设，采用掘进废碴干式充填，充填效果不理想，发现4#矿体-116m以下分段矿柱中的进路地压显现较为严重，巷道有片帮、顶板开裂等情况发生；此外，该矿体上部存在破碎带及含泥带，采用废碴干式充填，部份矿柱不能回收，且接顶质量差，对矿体回采安全及提高回采率不利，建设胶结充填系统有利于安全生产和提高资源综合利用。随着生产勘探和采矿生产对矿体的进一步揭露，加上此前进行的采矿生产实践以及矿体开采外部和内部条件的变化，暴露出诸多急待解决的问题。主要有以下几个方面：、采用上向分层废碴充填采矿法充填效果差，充填效率低对上部开采存在岩层错动的可能，对地下采矿不利易造成危害。、采用废碴充填法，废碴来源不足，需要开掘岩石巷道补充填废碴，增大采矿成本。、原采用上向分层废碴充填采矿法的矿石回收率低仅为67%，采用分层进路胶结充填采矿法，矿石回收率可达85%，提高回收率18%，为企业创造效益的同时提高资源利用率。充分发挥自身的资源优势、充分回收利用资源是企业未来发展的重要途径。1.2 设计基础资料 根据*县玉鑫矿业有限公司生产规模10104t/a，同时考虑在采矿、充填系统、选矿系统、通风系统进行配套后，留有适量余地。需要充填的是采场，按照矿石体重4.0t/m3计算则采空区为2.5104m3/a。按照高浓度全尾砂胶结充填设计，充填量为2.89104m/a。需要全尾砂（干）3.77104t/a，水泥0.48104t/a（或胶骨料0.2104t/a），水1.6104t/a。按工作制度330d/a计算，则平均用砂量115t/d，水泥15t/d，水63m/d。目前，玉鑫矿业有限公司选矿厂还没有建设，尾砂需从外部购买，根据目前太平矿业有限公司、东鑫矿业有限公司所产生的尾砂量，除部份自用外还需向外排放，所需尾砂3.77104t/a能够通过外购解决，或从附近电厂灰坝取粉煤灰。东鑫矿选矿试验资料，矿石碱度cao+mgo/al2o3+sio2比值为2.17，应为碱性矿石。尾砂中tfe含量7.22%，co含量0.0051%，s含量0.47%（均低于地质边界品位tfe1520%，s8%）。尾砂中的其他成分主要有cao、sio2、mgo及al2o3等，不含有降低强度的化学成分。尾砂平均粒径约为0.06mm；尾砂干密度为3.2t/m3。太平矿业（前常铁矿）尾砂堆场离三铺铁矿约1km，尾砂（干密度2.9t/m，含水率约10%）数量和质量满足井下充填要求。充填所用的胶结材料为水泥或胶骨料，可用外购散装水泥或购置太平矿业有限公司胶骨料解决。充填用水可用井下排至地表的澄清水，其质量和数量可完全满足充填需要。1.3 建设条件*县玉鑫矿业有限公司已建有主井（4.0）、副井(4.0)以及-90m、-116m二个主要中段的井巷，矿区形成了完整的运输、提升、通风、排水、动力供应等10104t/a生产能力的开拓系统。占地11.3104m2的工业场地已设有主、副井提升机房、变电所、空气压缩机房、矿石堆场及生产服务等设施。玉鑫矿业有限公司在附近1km内有年处理量100104t/a原矿能力的太平矿业有限公司选厂（1km）和处理量30104t/a原矿能力的东鑫矿业有限公司选矿厂(1.4km)，二座选矿厂均配有尾砂压滤设备。附近电厂灰坝距离矿区20km内。*县玉鑫矿业有限公司井下排水量为4.3104t/a，能保证充填用水。充填料材料来源有保证。1.4 设计方案*县玉鑫矿业有限公司充填站设计采用高浓度全尾砂自流输送充填方案。其要点是采用外购全尾干砂作为主要充填骨料，加适量胶结材料和水，制备满足设计强度和数量要求的充填浆体，然后通过管道自流或局部压送至采场。所谓高浓度是指所用尾砂在水中自然沉降所能达到的最大浓度，其数值大小与尾砂干密度、粒度组成及压缩层厚度有关。这种高浓度全尾砂胶结料充入采场后不渗水，只有少量沉降水（泌水）。所谓管道自流输送是指砂浆在允许充填倍线内，超过允许的倍线则需增加外力保持浆体在管内流动。比较经济的有效的的方法之一是采取压气助流。为了顺利对井下采场实施充填，须事先在地面建立充填搅拌站。与一般建筑用混凝土搅拌站相比，矿山充填搅拌站有以下特点：（1）充填骨料常用矿山废料主要是选厂尾砂，其粒度比较细；（2）采场各处充填强度要求不一，因而灰砂比的变化范围较大，通常为1：41：20左右。有些矿山还有不加水泥的非胶结充填与胶结充填的交替使用，这就要求充填站有适应胶凝材料添加量变化大的设备能力和相应的计量设施。33（3）由于充填采矿在充填前的井下准备工作复杂，而在充填过程中，中断充填工作的因素较多，故实施充填的节奏性不强。这就要求充填站能适应井下要求随时可以运转，也可以随时可以停止向井下供料。（4）鉴于地下充填点的移动性和分散性及向充填站供料条件，因而要求充填站要能近期和远期相结合。必要时可考虑分散建站，实行分散建站和集中建站相结合的方案。（5）地下充填点一般是大范围的主体分布，且矿山地形和地质条件都较复杂，充填站既要尽可能适应管道或钻孔自流将充填混合料送入充填点又要避免过长的管路输送中混合物离析、充填倍线过大等不利因素。（6）充填采矿中采充顺序和充填目的的不同，具有相同年总充填量的矿山，其要求的小时充填能力并不一定相同。相似条件的充填站，其实际的年工作日可以相差较大。充填站的能力有的可以是年充填总量的日平均值，有的都应大于日平均值的2倍。*县玉鑫矿业有限公司在地面集中建设一座充填站，根据二期矿石产量25104t/a，设计充填规模7.2104m/a，按年工作日330天计算，平均220m/d。充填能力60m/h，日平均工作4小时，按日平均值2倍计算，连续一次最大充填量480m，需连续工作8小时。1.5 工程概况及主要技术经济指标*县玉鑫矿业有限公司充填站设有面积277的尾砂堆场，一座容量为114m的水泥仓、一座85m的水池以及给料、搅拌设备、管路、检测仪表等组成。充填站设计规模7.2104m/a，充填能力60m/h。充填站选址在现有主、副井所在工业场北部（院外），占地971（需征或借用土地）。主要技术经济指标见表1.1。表1.1 主要技术经济指标序号项目单位数值备注2充填能力m/a2.89104m/h603总投资万元3000.00其中基建投资万元2587.2土建万元708.56设备及安装万元242.16电气万元227.20仪表万元343.60管道万元232.68包括220钻孔480m、480m套管、8000m充填管和5000m聚乙烯管等4充填成本万元/a243.05尾砂、水泥、水、机械动力、人工等运营费。元/m84.10元/t矿24.31按回收率80%可采矿272104t计算，包括基建和运营总成本28.08元/t。充填站基建期时间：充填钻孔23月，土建及管道安装46月，共计69个月建成。井下充填管道及钻孔施工与管道安装可同地面基建平行作业。1.6 存在问题胶结尾砂充填需要全尾砂3.77104t/a，目前*县玉鑫矿业有限公司选矿厂没有建设，尾砂等充填材料需要外购。解决途径：一是从太平矿业有限公司尾矿堆场用自卸汽车运进；二是井下废石不出井掺入空区充填；三是从附近电厂灰坝运粉煤灰。充填用胶凝材料主要是42.5级矿渣硅酸盐水泥需0.41104t/a，占充填成本的比例66%以上，建议寻找水泥代替品（胶骨料），并作试验研究进行技术经济比较确定。2 充填方案与建设规模2.1 充填方案矿山充填的主要问题是充填材料选择，混凝土是最普通的建筑材料。鉴于安全、环保及成本要求，充填材料首选为选矿尾砂、矿山废料、工业废渣以及地方材料。目前国内外应用于采矿的充填工艺主要有以下几种。（1）分级尾砂充填分级尾砂充填工艺曾经是我国应用最广泛的一种充填工艺，包括分级尾砂胶结充填和非胶结充填。充填浆料的质量浓度为6570%充填采场脱水量3015%。分级尾砂的利用粒径一般为37m以上，尾砂利用率为50%左右。（2）高浓度全尾砂胶结充填充填骨料利用选厂不分级全尾砂。所谓高浓度是指全尾砂在静水中沉降的最大浓度。其重量浓度高低取决于全尾砂比重、粒度大小与组成及压缩层厚度。而体积浓度则主要取决于颗粒大小与组成。胶凝材料主要是水泥或其代用品如矿渣、干排粉煤灰等工业废渣。借助管道自流输送其质量浓度为7075%（体积浓度4351%），充填倍线为37，采场脱水量为38%。（3）膏体泵送胶结充填充填骨料有全尾砂、棒磨砂、粉煤灰、普通硅酸盐水泥、磨碎炉渣等。配制的充填料浆浓度为7580%，坍落度为20cm左右，充填采场的脱水量几乎为0。这种浓度的充填料浆称为膏体，其自流输送困难，一般需要泵送。膏体输送一般采用混凝土双轴搅拌槽和混凝土泵，目前国内外生产的泵最高泵压为15.020.0mpa，当输送量为4060m/h，最大水平输送距离为1500m，或最大垂直输送高度为200m。膏体输送泵可采用德国产kos或ksp双缸液压活塞泵和沈阳建设机械总公司hbt混凝土泵。（4）废石胶结充填废石胶结充填往往采用自然级配的破碎料、掘进废石作为充填料，胶结料采用纯水泥浆或水泥砂浆。胶结充填料浆体通过管道输送到井下采场。废石一般采用多种输送方式，如自溜输送、皮带机、铲运机等方式进行输送，根据现场实际情况选择。分流输送工艺对充填浆料没有特殊的要求。大规模废石胶结充填主要采用自淋混合的工艺，采场制备胶结混合料。本方法充填体强度较高，但效率低，采场接顶需要采取特殊措施。（5）其他充填方法其他充填方法主要是根据矿山实际情况，充分利用其他工业废渣（象铝土矿的赤泥、磷矿的磷石膏、粉煤灰、冶炼炉渣等）及产量丰富的地方材料如河砂、海砂、江砂及风砂等作为胶结材料和骨料，按一定比例和浓度制成充填浆料。然后通过充填钻孔及井下管道自流输送至采空区进行充填。根据*县玉鑫矿业有限公司现有条件，按骨料不同有两个充填方案可供选择。一是废石胶结充填；二是尾砂胶结充填。掘进废石进行破碎筛分，在井下上分层建设混凝土搅拌站，通过采区充填井向下输送，平巷车辆运送；尾砂不需要加工筛分只需要运至充填站。与尾砂相比废石还可以作建筑材料，所以确定采用尾砂充填方案。尾砂充填可以细分为分级尾砂充填；高浓度全尾砂胶结充填；膏体充填三种。分级尾砂需要增加脱泥工序，采场脱水量大，综合能耗较高，尾砂利用率低；膏体充填质量高，但是其系统复杂、基建设备投资大、运行能耗高，技术要求高；高浓度全尾砂胶结充填体质量适中，采场脱水量小，基建设备投资较小，综合能耗较小、成本低、工艺成熟、技术可靠、管理简便。比较上述方案，设计采用高浓度全尾砂胶结充填。2.2 建设规模根据*县玉鑫矿业有限公司分段空场嗣后充填采矿法，及高浓度全尾砂胶结充填方案，一期年产量铁矿石10104t，需要2.89104m/a充填料对地下采场进行充填，考虑到与拟建选矿厂尾矿处理配套及充填能力备用系数2倍的需要，充填站设计充填能力选择略有增加。考虑二期产量25104t/a，设计充填能力7.2104m/a，按年工作330天，则日充填量220m/d，考虑到采充平衡，不均衡系数取2，则连续一次最大充填量为440m。按充填能力60m/h计算，则日平均工作时间为3.7小时，连续一次最长工作时间为7.4小时。按照充填体强度要求，矿柱用灰砂比为1：6，矿房采用灰砂比1：12，两种灰砂比充填料的体积比为4：6。由此计算尾砂与水泥用量，确定充填站建设规模。根据上述资料确定*县玉鑫矿业有限公司充填站为中型高浓度全尾砂胶结充填搅拌站，其中充填系统主要参数：尾砂贮量（干）：831t（最大一次充填量660t）；水泥贮量：120t；用水量（一次最大量）：280m；充填能力：7.2104m/a（240480m/d，60m/h）充填浆料浓度：70%75%；灰砂比：1：61：12；2.3 充填站型式与位置选择充填站为地面集中式布置，站内设尾砂堆场与供砂斗仓、1座水和一个水池。水从水池经管道定量自流入搅拌桶；尾砂经定向振筛机处理后装进斗仓，再由电磁振动给料机喂料给大倾角皮带机，然后通过漏斗进入搅拌桶；散装水泥用水泥罐车压送至水泥仓，出料为称重式螺旋给料机按一定灰砂比定量放入搅拌桶；再由高浓度搅拌桶将水、尾砂和干水泥混合搅拌制成浆体，搅拌均匀后通过钻孔自流至井下采场充填。地面充填站位置选择影响因素主要有以下几点：（1）充填钻孔孔底到采场距离尽可能短，可以减少充填倍线便于自流输送；（2）地面充填站应位于塌落线外20m；（3）尾砂及水泥等充填材料的运输比较便捷；（4）水电供给、管理比较方便；（5）利用贫瘠土地或矿山已有空地，尽量不占用或少占用农田和村庄；根据以上条件，充填站选在*县玉鑫矿业有限公司已有工业场地主井东北部50m处（详见附图1）。3 充填系统3.1 充填系统的组成充填法开采的地下矿山，必须建立一套完整的充填系统。充填系统一般包括以下内容：（1） 充填方式、充填材料种类、数量、来源及材料力学强度与化学稳定性；（2） 尾砂与水泥的输送、贮存与溜放；（3） 材料配比与浆体浓度调节（包括试验）；（4） 供水、供电；（5） 充填浆料的制备；（6） 充填浆料井下自流与助流管道输送与分配；（7） 制浆设备、充填钻孔与输砂管道的清洗；（8） 采场挡墙与排水排泥系统；（9） 料位、流量与浓度的自动监测与控制系统；（10）充填系统的控制、调度与通讯联络。3.2 充填材料的选择根据充填所起的作用、充填材料的运输方式以及确定的充填工艺，结合矿山的具体条件合理地选择经济实用的充填材料，是一项重要的工作。目前矿山常用的充填材料有：废石或者专门开采的块石；选厂尾砂或自然沉积的细砂（风砂、河砂、海砂）；戈壁积料和经过破碎加工的山砂；冶炼炉渣和各种工业废料以及用水泥或其他活性材料制备的各种胶结充填料。对充填材料一般有以下几个方面的要求：（1）充填材料应有满足充填量的稳定来源，便于采集、运输并且价格低廉。一般材料不具备更大的经济价值。例如，尾砂作为充填材料时，其金属含量应低于地质边界品位；其中各种伴生有益成分含量应低于综合回收伴生金属最低工业品位。（2）为便于运输和贮存，以及在充填后能够迅速形成坚固而稳定（沉缩率小）的充填体，要求充填材料具有一定的强度和稳定的物理性质。容易风化和水解的材料一般不宜做充填材料。（3）为保证生产安全及充填采场良好的劳动作业条件，要求充填材料具有一定的化学稳定性。含碳和油页岩以及含硫化物较多的充填材料，容易氧化发热，使井下温度升高，同时释放大量的co、co2、so2等有害气体，严重时甚至引起地下火灾。当必须采用这类材料充填时，应采取必要的防范措施。因此，选用尾砂和其他工业废料时，应注意其中有无过量的有毒和腐蚀性物质，及释放出有毒、有害气体。（4）考虑到破碎、加工和运输的方便，充填材料含水率要求510%，根据*县玉鑫矿业有限公司实际条件充填材料可选用邻矿选厂尾砂及附近电厂粉煤灰，尾砂粒度分析及物理性质见表3.1。粉煤灰粒度分析及物理性质见表3.2。表3.1 外购东鑫矿业有限公司尾砂粒度组成粒径（mm）0.50.250.250.0750.0750.050.050.010.010.0050.005比例（%）0.9314.7726.8836.4811.329.62dcp=0.056，d10=0.005，d60=0.052，cu=10，=3.06t/m。*尾砂粒度参考东鑫矿业有限公司尾砂，括号内密度为尾砂库所取的粗尾砂数值。表3.2粉煤灰粒度分析（取自电厂灰坝）粒径（mm）70.50.50.250.250.0750.0750.050.050.010.010.0050.005比例（%）1.133.5323.339.9846.806.798.43dcp=0.0791，d10=0.006，d50=0.040，d60=0.045，cu=7.5，=2.13t/m。3.3 充填技术参数全尾砂胶结充填料是指不经分级和脱泥的全尾砂作为充填料，以水泥或其他胶凝材料为胶结剂构成的胶结充填料。充填工艺对充填要求有四个：一是充填体强度，二是管输特征，三是采场充填接顶效果或充填率，四是采场脱水量要小。当确定了全尾砂作为充填体骨料后，充填强度大小取决于灰砂比和灰水比（或砂浆浓度）两个参数，灰砂比和灰水比（浓度）越大，则强度越高，但是灰水比或砂浆浓度愈高，管道输送越困难，采场充填率低，接顶效果差。从充填体强度、输送、脱水率等方面综合考虑，确定采用70%75%浓度全尾砂胶结充填方案和工艺，其特点是：（1）充填体内粒级分布均匀，水泥分布均匀，没有粗细颗粒的分层现象，因而充填体整体性好、稳定性高。（2）胶结充填料在胶结过程中具有泌水密实作用，泌水率仅为37%，料浆中多余的水浮在充填体的表面，可以通过悬挂在采场顶板的脱水管排出采场挡墙外水沟内。不会存与充填料中，使充填浆体长期处于流体状态。（3）68%及以上浓度充填料浆水泥离析现象基本消失，23天即凝固，具有初始强度。高浓度全尾砂浆静置沉降时能达到的最大浓度又称临界浓度，这种浓度及其沉降速度是尾砂脱水工艺的重要参数。全尾砂浆的最大沉降浓度主要取决于尾砂的密度（或比重）与粒度及压缩层高度。密度越小、越细、压缩层低，最大沉缩浓度越低；反之越高。鉴于强度和管输充填性能两方面的因素进行尾砂配比试验。高浓度全尾砂胶结充填体性能参数见表3.3和3.4。表3.3 不同浓度与配比尾砂胶体性能参数试件号砂浆浓度%砂浆容重t/m灰砂比料浆浓度%坍落度cm单轴抗压强度mpacwcvcwcv3d7d28d165.037.81.781：668.441.527.50.360.580.99265.037.81.781：668.441.527.50.370.571.00368.041.01.841：671.344.826.10.841.031.97468.041.01.841：671.344.80.831.052.06570.043.21.891：666.847.122.51.071.522.56670.043.21.891：666.847.11.041.502.62765.037.81.781：1266.839.827.80.110.220.29865.037.81.781：1266.839.80.120.220.30968.041.01.841：1269.742.927.20.090.260.381068.041.01.841：1271.645.20.080.270.401170.043.21.891：1271.645.225.80.630.972.091270.043.21.891：1271.645.20.641.002.00说明充填体材料为东鑫矿业有限公司全尾砂浆及强度等级为42.5级的普通硅酸盐水泥；根据砂浆浓度与灰砂比不同，其尾胶体初凝时间为3050小时，而硬化（固化）期则持续时间达2890天以上，时间愈长强度愈高。表3.4 不同浓度全尾砂胶结充填材料及固化体积试件序号全尾砂浓度（%）砂浆kg/m灰砂比水泥量（kg/m）浆料容重充填料浆泌水率%浆料固化后体积mcwcv全尾砂水体积mcw%cv%165.037.811566221：61931.851.06368.441.54.031.02265.037.811566221：61931.851.06368.441.55.201.02368.041.012555901：62091.921.06871.344.82.421.04468.041.012555901：62091.921.06871.344.82.401.04570.043.213235681：62211.971.07273.147.11.681.05670.043.213235681：62211.971.07273.147.11.751.05765.037.811566221：12961.821.02766.839.86.350.96865.037.811566221：12961.821.02766.839.86.200.96968.041.012555901：121051.891.03469.742.92.991.001068.041.012555901：121051.891.03471.645.23.251.001170.043.213235681：121101.931.03671.645.21.891.021270.043.213235681：121101.931.03671.645.22.071.01说明：表中尾砂密度3.06t/m东鑫矿业有限公司，水泥密度3.06t/m；泌水率为充填料浆凝固后，凝固体表面的水占原浆料的体积百分比。可按照泌水率计算充填采场的排水量；充填料浆浓度cw超过6870%水泥离析现象基本消失。4 充填设计高浓度全尾砂胶结充填设计内容是充填站及管网布置。充填站主要有砂仓、水泥仓、给料及搅拌制浆装置组成，充填料输送则由充填钻孔与井下输送管道构成的充填管网承担。4.1 全尾砂输送全尾砂胶结充填的主要材料是全尾砂。根据*县玉鑫矿业有限公司的现状，来源有两处：一是外购其他矿山尾砂，二是自建选厂产生的尾砂。外购太平矿业有限公司（前常铁矿）选厂堆场尾砂可以通过自卸汽车运输至本矿充填站地面。为了弥补尾砂量的不足，可以到附近电厂灰坝取粉煤灰，掺入尾砂使用。4.2 全尾砂浆制备（1）全尾砂浆的脱水直接采用选厂未经脱水的尾砂时，其浮选尾砂的含水量很大（浓度很低），需要脱掉大量的水才能满足高浓度的制备要求。但是全尾砂的含泥量高，渗透性低，并且在脱水过程中要避免过量细泥物料的排放。所以，全尾砂的高效脱水技术成为全尾砂充填料制备工艺的一项非常关键的技术。目前工业应用比较成熟的全尾砂脱水工艺有： 旋流、沉降、过滤三段脱水，需要砂泵、旋流器、砂仓、过滤机、皮带机及砂池； 浓密、沉降、过滤三段脱水，需要浓密机、砂泵、砂仓、过滤机、皮带机、砂池； 浓密、过滤两段脱水：需要浓密机、砂泵、过滤机、皮带机，砂仓； 浓密、沉缩两段脱水，需要浓密机、砂泵、砂仓（砂池）； 旋流、沉降两段脱水，需要砂泵、旋流器、砂仓； 全尾砂浆直接脱水一段脱水，需要砂泵、砂仓（砂池）。其中，、方法能耗较低、效率较高的短流程脱水工艺。在条件允许的情况下，可以采用全尾砂直接沉降脱水的工艺，完全取消机械脱水，此法尾砂沉降脱水周期较长。*县玉鑫矿业有限公司充填站全尾砂来源主要是外购尾砂运来的半干尾砂，故脱水问题不突出。（2）全尾砂浆的制浆 半干全尾砂进入搅拌桶加水及水泥调制搅拌。4.3 水泥贮放水泥贮存采用钢制水泥筒仓，对水泥筒仓的技术要求是密闭好、防潮湿、强度系数能够满足压料及承载120t水泥的要求，水泥进仓和出仓机械化程度高，飞尘污染少，水泥存仓质量稳定，仓容积利用率高，仓内粘结少，出仓流动性好等优点。水泥进仓一般采用散装水泥罐车，用压风机将罐内水泥由仓顶压入，仓顶水泥入口位置应开在仓壁处切向吹入，或在中心斜向吹入，以避免进气直接吹向已进入仓的水泥，引起过大粉尘，加重收尘器的负荷。仓顶设有收尘器、观察孔（检修口）、料位计和呼吸器等。水泥仓顶无论有无仓顶房，仓顶各种孔口都应密闭，防止水进入。水泥仓底部通常为截锥形，锥角应不大于60，斗仓下口以上1/41/3高度处安装流态气化管，以防止仓内水泥结拱堵塞。斗仓下口装有可调节流量的插板、螺旋给料机，向搅拌槽定量给料。给料速度由变频器控制，以满足配比设计要求。4.4 充填浆料的制备充填料浆由全尾砂、水、胶凝剂（水泥）等材料以一定的比例配制并混合而成。4.5 充填料浆输送全尾砂高浓度胶结充填料浆属于一种似均质结构流体。充填输送中主要利用高差自重产生自流为主，充填倍线在37。*县玉鑫矿业有限公司充填钻孔标高+30m-90m，高差120m，根据充填倍线为37，水平管道长度在240m720m，超过水平长度的部分，增加压气助流辅助措施。压气助流方法即是在水平管道每隔一定距离加设压气助推喷嘴，喷嘴的方向和砂浆流向成30角，喷嘴间隔距离5060m。输砂管上方铺设压风管，助推喷嘴的用气有压风管供给。喷嘴由支管球阀、逆止阀组成。每处喷嘴耗气量0.12m/min。为了减少水对砂浆体充填质量的负面影响，管道清洗采用压气为主水为辅的水气联合清洗方法。4.6 充填钻孔及管网充填钻孔的设置与施工应遵循以下要求：（1）钻孔应选在距离充填采空区水平距离最短的位置，以降低充填倍线；（2）钻孔下口应尽量靠近主要运输巷，以减少井下充填巷道工程量和基建投资；（3）钻孔垂直度控制在1%以内，以便井下准确对位；（4）钻孔与地表充填站应设在地表塌落线外20m，以保证充填站和充填钻孔的安全；（5）钻孔与地面站尽可能利用贫瘠的土地和荒坡，或在已征土地，少占耕地和村庄减少投资；（6）钻孔孔径大小根据地质条件和充填管径确定，第四系土层为220，基岩为170。第四系土层钻孔内有套管和充填管双重管，钢套管一般为1805，充填管为14612材质为16mn或14611.5复合陶瓷管，管的连接按照地质管扣或套管焊接方法进行。（7）套管与钻孔壁用42.5级硅酸盐水泥固定。第四系（q4）钻孔可采用泥浆护壁或水泥浆固结后扫孔清洗按地质钻孔要求进行，内管下入后套管和充填管之间间隙采用优质泥浆灌满；（8）在钻孔施工过程中，要求对所取得岩心进行地质编录；（9）垂直钻孔底部安装三通（盲板），以便在垂直充填管堵塞时处理。垂直钻孔下端位于充填采场运输巷道，主要运输巷道一般采用普通钢管与钻孔充填内管联结相连，规格采用13310或12710，采场充填管与主要巷道采用三通连接，进入采场充填管采用半透明的树脂管1104.8，树脂管另接一个三通以便清洗水流入运输巷排水沟。水平输砂管连接可以采用gjj型柔性环形卡箍或套管焊接。4.7 充填系统自动控制高浓度全尾砂胶结充填系统自动控制，主要是针对充填料的制备与输送过程实施跟踪监测并进行自动控制。自动控制系统包括：仪表自动监测、显示和微机自动处理。为了加强质量控制、保持正常连续生产及经济管理，充填站应对尾砂、水泥及水流量与砂浆浓度进行计量和控制。检测内容包括：水泥仓料位、搅拌桶液位、放砂浓度、放砂流量、水泥给料量以及制备的充填浆料的浓度、灰砂比、流量等。需要检测控制的参数、所用的仪表及调节方式如下：（1）全尾砂可采用皮带秤计量（计算时应扣除尾砂所含水份）。（2）水泥仓料位计由设置在仓顶的雷达料位计检测，水泥由仓底称重式螺旋给料机输送，通过控制变频器调整速度对水泥给料进行调节。（3）灰砂比控制：按设计的灰砂比与灰水比计算出全尾砂（干）给料机给料量及水量，再按充填料浆浓度计算全尾砂浆的浓度。上述参数分别由浓度计、流量计、自控阀和称重式螺旋给料机控制。（4）高浓度搅拌桶液位由超声波液位计检测，根据搅拌桶额定液位上下限确定搅拌桶进出砂浆的流量。砂浆浓度控制：混合料浆浓度的高低取决于全尾砂砂浆供料浓度及添加水泥的比例。为了确保浆体浓度的稳定，设置浆体浓度控制装置。当浓度过高，则由电动夹管阀向搅拌桶添加适量清水，从而实时控制浆体浓度。充填浆体流量及浓度检测分别采用安装在搅拌桶下部充填管上的浓度计（也可人工定时取样测定）和电磁流量计完成。（5）充填站内主要用电设备，如振筛机、皮带机、搅拌桶等均有各自的电流、电压表，充填站应设置总电功表。为了实施上述自动检测、控制并及时采集记录打印、分析充填系统运行参数，设计采用一套电脑控制与显示系统。5 充填站高浓度全尾砂胶结充填搅拌站主要由尾砂堆场、斗仓、水泥仓、水池、给料设备、搅拌设备、计量监控系统及其它辅助设备组成。5.1 尾砂斗仓 尾砂斗仓作为尾砂过筛处理和调节给砂量的重要环节。斗仓上口45003500，下口1500800，高度4000，容积34m。5.2 水泥仓水泥消耗量占尾砂消耗的1/121/6，水泥需要从外部购进。为了保障生产必须有一定的贮存量，通常水泥仓容量，通常水泥仓容量应能够满足矿山连续一次最大充填量的最低要求。水泥仓有效容积系数为0.9，水泥仓的计算参数见表5.4。经计算，需要水泥仓1座。水泥仓采用全钢板焊接的立式砂仓：直径4.0m，高度9.1m，全高15.1m，水泥仓容量为122t可满足2.5天（灰砂比1:6时，550m充填量）的水泥用量。仓顶装有除尘器，雷达料位计、人孔、卸料孔等。水泥有散装水泥罐车运来压风送入仓内。为了防止水泥在仓内结拱和挂壁，在仓体部位安装有风动喷嘴，卸料口两侧装有水泥微孔板，使水泥卸料口处的物料流态化。仓底设有插板阀、星形给料阀及称重式螺旋给料机向搅拌筒干式喂料。喂料速度根据不同灰砂比进行计量控制。表5.4 水泥仓计算表序号项目单位数量备注1水泥仓最大容量t96.8按连续一次最大充填量（440m，灰砂比1:6）2水泥仓最小容量t48.4按连续一次最大充填量（440m，灰砂比1:12）3水泥仓平均容量t684水泥仓几何容积取值m965设计水泥仓直径m4.06水泥仓座数个17水泥仓容积m1148水泥仓筒体高m7.09水泥仓斗仓高m2.110水泥仓全高m15.1下口离地面6m11水泥仓有效容积m10212水泥仓贮水泥量t122可满足2.5天最大的水泥用量5.3主要设备及其材料*县玉鑫矿业有限公司充填站所用的尾砂，目前主要来源离站1km的大平矿业选矿厂，利用自卸汽车将尾砂送至充填站。要防止尾砂内杂物如石块、铁丝、树枝、编织袋等比较大的异物混入，采用筛分方法剔除杂物。振动筛可选用筛孔为30mm生产能力为120200t/h定向振动筛，振动筛安装在斗仓上部。尾胶充填站用于高浓度全尾砂胶结充填料浆的制备，除了砂仓与水泥仓及其给料装置之外，还要按设计的灰砂比与灰水比制成均匀合格的高浓度充填浆料，然后通过管道自流或压送井下采场充填。混凝土是建筑行业使用最为广泛的一种材料，它的制备是通过各种类型的混凝土搅拌机完成。混凝土搅拌机是对混凝土的组成物水泥、砂、石子和水按照一定比例进行混合搅拌的一种机械。按设定的比例的水泥、石子和水则分别用不同的给料与计量装置加入到搅拌机内。与混凝土相比，高浓度全尾砂胶结充填料浆没有石子等粗骨料仅有水、水泥和尾砂三种物料组成，因此进入搅拌机只有水、全尾砂和粉状水泥。全尾砂充填料浆的制备，目前绝大部分搅拌站是用高浓度搅拌桶，但也有部分矿山将水泥和砂分别制成浆后，利用这两股浆料的紊流能动自然混合，或用一无动力混合器加剧其紊流状态达到混合目的。为了制成符合采场充填要求、不堵管的高质量砂浆，尾砂需要通过筛网，然后同水、水泥一起进入搅拌槽混合，搅拌均匀后的料浆流入漏斗格筛网进入充填管路输送。高浓度强力搅拌槽（桶）定型生产，成为目前矿山充填系统中制备高浓度尾砂胶结充填料的标准设备，其技术参数如下：外形尺寸：23003453槽体尺寸：20002100有效容积：约5.5m叶轮直径：650叶轮数量：上左旋一个，下右旋一个，叶轮转速240r/min；电机功率：40kw正常搅拌（质量）浓度：75%生产能力：6080m/h料浆在槽体搅拌时间（入口-出口）45分钟高浓度强力搅拌桶的特点：槽体设计布置合理，砂与水泥顺叶轮旋转方向，从叶轮外缘斜向进料；上左旋叶轮使浆料下压，下右旋叶轮使料浆上翻，使高浓度浆面呈鱼鳞状；槽底呈凸球面形，避免沉砂淤积；放浆口置于鼠笼内防止大块杂物进入管道；槽体上表面装有料位计，上限1.5m下限1.1m，在此范围内为正常作业区；搅拌槽与干料给料系统均采用柔性软连接，以便清洗、维修方便。充填站内搅拌桶，都是空负载启动，达到额定转速后，再向槽内注清水约15分钟（视管道内径和长短而定，按dn125管路则每100m需要用水1.23m），以作为输浆前清洗地下管道是否通畅，然后再放入尾砂和水泥；搅拌结束时，最后用清水冲洗管路。*县玉鑫矿业有限公司尾胶充填站主要材料见表5.5，主要设备见表5.6。表5.6 *县玉鑫矿业有限公司充填站主要材料表序号名称及规格单位数量重量kg备注单重总重2钻孔套管1805m24021.585180钻孔全长（2孔）3充填孔内管，14612m26039.661031216mn或者复合陶管14611.54巷道充填管，12710m50028.8514425井下部分5聚乙烯（树脂）管，1104.8m300采场用6水管，1084m20010.2620527水管，605m1006.786788球阀，dn50只49球阀，dn100只410闸阀，dn125只1011水泥筒仓=10114.478.589774.09.1表5.5 *县玉鑫矿业有