CN104763467A - 用于深井金属矿山采空区的充填体及其充填方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于深井金属矿山采空区的充填体及其充填方法和系统，该充填体按重量份计，是采用尾砂、抛尾渣和水以2.75～3:0.75～1:1:0.25的比例进行混合得到的，还可根据需要加入0.25份的水泥。按配比称取所需的原料，然后搅拌混合均匀，最后对采空区进行充填即可。本发明提供的方案，利用抛尾渣、尾砂进行充填可提高矿产资源的回采率，解决金属矿山的尾砂排放、抛尾渣堆放的安全环保问题，同时可有效控制山区矿山地质灾害的发生，是现代采矿工业中“无废开采、循环发展”的一项战略新技术。
Description
技术领域
本发明属于矿山开采技术领域，具体涉及到一种利用矿山固体废物制作的用于深井金属矿山采空区的充填体及其充填方法和系统。
背景技术
1、采空区的安全隐患日趋严重
随着地表及浅部资源的逐渐减少和枯竭，矿产资源开采已由浅部逐步转入深部。随着开采深度的增加，“三高”特性逐渐加剧，矿压显现强烈，巷道位移显著增大，导致冲击地压危险加大，矿区地表受采动影响而引发的地表地质灾害的范围扩大，致使采空区潜在的重大安全隐患增多。
2、矿山固体废物堆放的安全环保问题日趋严重
随着开采水平的延深，金属矿山出现矿体厚度变小、品位变低、废石混入率变大等问题，致使出矿品位降低。为提高选矿效率、降低加工成本，选厂在矿石进入磨矿作业前常采用预先抛尾方法除去脉石。然而，随着抛尾渣堆放量的增多，占用的土地逐渐增加；堆场内部较不稳定，雨季易形成泥石流，从而危及下游居民的安全；同时随着尾砂排放量的增加，需不断加高尾矿库，或占用新土地建设新尾矿库。尾矿库是一个具有高势能的人造泥石流危险源，存在溃坝危险。因此，金属矿山地表固废堆放的安全环保问题日趋严重。
现有的矿山固废充填技术（全尾砂胶结充填、废石尾砂充填技术）可解决金属矿山深井安全高效开采、矿区地表变形与沉陷、尾砂排放问题，但无法解决金属矿山新出现的抛尾渣堆放问题。现有充填技术主要存在如下三个方面的缺陷：
1）对抛尾渣未加利用，致使矿区地表抛尾渣的堆放量越来越多，从而存在的安全隐患越积越多。
2）现有废石尾砂充填技术不能解决抛尾渣尾砂充填问题。废石尾砂充填中的废石是矿山掘进出的废石，其粒径大，强度高；抛尾渣尾是选矿过程中预先抛弃的脉石，其粒径小，强度低。因二者之间存在很大的差异，致使充填体的胶凝机理、充填工艺也有差异。故需发明一种可解决抛尾渣充填的技术体系。
3）充填成本高。因现有固废胶结充填体的胶凝材料为高水材料，或水泥含量的比例较高，且固废在充填时需进行破碎工序，因此现有的充填技术的充填成本较高，从而制约固废充填技术的进一步推广应用。
发明内容
本发明的目的是针对以上问题，提供一种用于深井金属矿山采空区的充填体及其充填方法和系统,其能够解决传统抛尾渣地表堆放、尾砂排放而引起的安全环保等方面的问题，特别是该充填体还可加入部分水泥，充填井下采空区后，具有一定的强度，能够有效防止矿区地表沉陷、减少地灾。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用于金属矿山采空区的充填体，该充填体按重量份计，是采用2.75～3份尾砂、0.75～1份抛尾渣和1份水进行混合得到的。
该充填体可以大量消耗抛尾渣和尾砂，将其充入井下采空区，以减少矿山抛尾渣、尾砂的地表排放，可很好的解决传统抛尾渣、尾砂地表堆放而引发的占地、安全隐患、环境污染等问题。
该充填体还包括0.25份的水泥，通过添加水泥，充填体充填凝胶之后，其强度可以达到1.5—1.9MPa以上，具有一定的支护强度，可提高地下结构抵抗动载荷的能力，控制地表变形、控制采空区中的高地压，控制岩爆或地下结构的突然破坏；对采场围岩可以起到限制采场围岩的变形和位移作用，可有效防止地表沉陷、减少地灾。
优选的方案中，所述尾砂为2.75份、抛尾渣为1份，该配比下的尾砂及抛尾渣能够充分混合，特别是添加水泥之后，填充体的强度到达最大。
所述的抛尾渣是选矿厂在进行干式拋尾处理时得到的废料，其中1-15mm的颗粒占40-50%，其余的为 1mm的颗粒。
所述的尾砂是经过选矿工艺后得到的废料，其中0.074-0.3mm的颗粒占40-45%，其余为0.074mm以下的颗粒。
所述抛尾渣的密度在1.4-1.6t/m3。
所述尾砂的密度在1.2-1.4 t/m3。
上述用于金属矿山采空区的充填体的充填方法，具体步骤为：按配比称取所需的原料，然后搅拌混合均匀，充填料浆浓度达到65%以上即可进行充填。该浓度是指：料浆中充填物料所占的比例，即：充填物料重量（包括抛尾渣、尾砂及水泥）/（料浆总重量（包括抛尾渣、尾砂、水泥及水）。
一种用于深井金属矿山采空区的充填体的充填系统，包括搅拌机，搅拌机与储存仓通过管道连接，储存仓再通过充填泵及管道连接到待充填的采空区，所述的搅拌机与储存仓之间安装有流量计，搅拌机的入口处还设有物料进口。
该系统还包括抛尾渣输送系统、尾砂输送系统、水泥输送系统。通过该系统可实现自动化作业，节约劳动力。
通过设置储存仓，可储充填料浆。解决连续充填作业中每班必须配置作业人员的问题，可实现每间隔一段时间后进行集中充填，从而降低充填成本。
本发明具有以下有益效果：
1、利用抛尾渣、尾砂进行胶结充填开采可提高矿产资源的回采率，解决金属矿山的尾砂排放、抛尾渣堆放的安全环保问题，同时可减缓矿区地表的塌陷，从而可有效控制山区矿山地质灾害的发生，缓解矿山压力应力释放速度，提高地下结构抵抗动载荷的能力，控制岩爆或地下结构的突然破坏。是现代采矿工业中“无废开采、循环发展”的一项战略新技术，符合政府行业主管部门要求的矿山绿色开采。
2、同时本发明根据各矿山所处的地理环境、矿体赋存情况、井下开采的安全环境、矿山固废的处理要求等不同，对充填体提出了多种方案，各矿山可根据实际情况而决定适合的充填方案。
3、因采空区由一定支护强度的充填体支撑，在充填本发明的充填体之后可回收部分矿柱，提高资源量的回采率；对保留的矿柱受力状态由一维改为二维或三维状态，可提高矿柱的强度。以某铁矿为例：矿房垂高为55米，采用浅孔留矿采矿法，需保留5米高的矿柱；而采用抛尾渣尾砂充填系统后，5米的矿柱可回收，提高资源回采率为9.1%，从而提高企业经济效益。
4、因充填材料为矿山的固体废物，即抛尾渣和尾砂，所用的胶凝材料为普通硅酸盐水泥，同时水泥的含量仅为固体物料的6.3%，因此相比其它高水胶结充填、膏体充填的成本低；同时因抛尾渣是矿石破碎后预抛出的废料，其粒径小，再充填时不需要进行破碎，因此比传统的废石尾砂充填成本也低。
5、本发明提供的方案推广意义大，目前金属矿山普遍存在抛尾渣堆放、尾砂排放的安全环保问题，且日趋严重。目前尚未开展抛尾渣的充填工作，因此本项技术推广意义极大，应用前景极广。而且本发明的充填方法简单，易于操作，充填装置配置灵活、适应能力强、工期快，各矿可根据各自要求，选择与其充填能力、充填功能要求相匹配的设备进行组建，其建设工期一般6个月。
附图说明
图1为矿山固体废物的传统方案及本发明提供的方案的充填流程示意图。
图2为本发明提供的抛尾渣尾砂充填系统图。
具体实施方式
下面结合实施例来进一步说明本发明，但实施例仅在于说明本发明，而不是对其进行限制。
如图1所示，传统的方案中，抛尾渣是采用的地表堆积排放，其不仅破坏环境，还存在诸多的安全隐患。
实施例1：
本发明提供的用于金属矿山采空区的充填体，是由尾砂、抛尾渣和水以2.75：1：1的重量比例进行混合，然后搅拌均匀，经过充填系统填入采空区即可。
实施例2：
一种用于金属矿山采空区的充填体，是由尾砂、抛尾渣、水、水泥以2.75：1：1：0.25的重量比例进行混合，然后搅拌均匀，经过充填系统填入采空区即可。
实施例3：
本发明提供的用于金属矿山采空区的充填体，是由尾砂、抛尾渣和水以3：0.75：1的重量比例进行混合，然后搅拌均匀，经过充填系统填入采空区即可。
实施例4：
一种用于金属矿山采空区的充填体，是由尾砂、抛尾渣、水、水泥以3：0.75：1：0.25的重量比例进行混合，然后搅拌均匀，经过充填系统填入采空区即可。
实施例5：
一种用于金属矿山采空区的充填体，是由尾砂、抛尾渣和水以2.85：0.9：1：的重量比例进行混合，然后搅拌均匀，经过充填系统填入采空区即可。
实施例6：
一种用于金属矿山采空区的充填体，是由尾砂、抛尾渣、水、水泥以2.85：0.9：1：0.25的重量比例进行混合，然后搅拌均匀，经过充填系统填入采空区即可。
一种用于金属矿山采空区的充填体的充填系统，包括搅拌机1，搅拌机1与储存仓2通过管道连接，储存仓2再通过充填泵3及管道连接到待充填的采空区4，所述的搅拌机1与储存仓2之间安装有流量计，搅拌机1的入口处还设有物料进口。储存仓2可储充填料浆，可实现每间隔一段时间后进行集中充填，从而降低充填成本。
该系统还包括抛尾渣输送系统、尾砂输送系统、水泥送系统，提高充填的自动化程度，减少劳动力的消耗，各系统如下：
抛尾渣输送系统：抛尾渣51→第一皮带输送机52→第一电子皮带秤53→搅拌机1；
尾砂输送系统：尾砂61→第一输送管道62→浓密机63→第一流量计64→搅拌机1；
水泥输送系统：水泥料仓71→第二皮带输送机72→第二电子皮带秤73→搅拌机1；
水输送系统为：自来水81→第二输送管道82→第二流量计83→搅拌机1。
另外，充填浆制备、输送工序为：抛尾渣、尾砂、水泥、水→搅拌机1→第三流量计91→储存仓2→充填工业泵3→充填管路92→采空区4，具体如图1和图2所示，其中A方案为添加水泥的方案，B方案为不添加水泥的方案。
Claims (9)
1.一种用于金属矿山采空区的充填体，其特征在于：该充填体按重量份计，是采用2.75～3份尾砂、0.75～1份抛尾渣和1份水进行混合得到的。
2.根据权利要求1所述的充填体，其特征在于：该充填体还包括0.25份的水泥。
3.根据权利要求1或2所述的充填体，其特征在于：所述的抛尾渣是选矿厂在进行干式拋尾处理时得到的废料，其中1-15mm的颗粒占40-50%，其余的为 1mm的颗粒。
4.根据权利要求1或2所述的充填体，其特征在于：所述的尾砂是经过选矿工艺后得到的废料，其中0.074-0.3mm的颗粒占40-45%，其余为0.074mm以下的颗粒。
5.根据权利要求1或2所述的充填体，其特征在于：所述抛尾渣的密度在1.4-1.6t/m3；所述尾砂的密度在1.2-1.4 t/m3。
6.根据权利要求1或2所述的充填体，其特征在于：所述尾砂为2.75份、抛尾渣为1份。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的用于金属矿山采空区的充填体的充填方法，其特征在于，具体步骤为：按配比称取所需的原料，然后搅拌混合均匀，至充填料浆浓度达到65%以上，最后进行充填即可。
8.根据权利要求1-6任意一项所述用于深井金属矿山采空区的充填体的充填系统，其特征在于：包括搅拌机（1），搅拌机（1）与储存仓（2）通过管道连接，储存仓（2）再通过充填泵（3）及管道连接到待充填的采空区，所述的搅拌机（1）与储存仓（2）之间安装有流量计，搅拌机（1）的入口处还设有物料进口。
9.根据权利要求8所述的充填系统，其特征在于：该系统还包括抛尾渣输送系统、尾砂输送系统、水泥输送系统。
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