全尾砂膏体充填在拉么锌矿的研究与应用

ＩＳＳＮ　１６７１—２９００　ＣＮ　４３－１３４７／ＴＤ　采矿技术第１５卷第１期　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏ１．１５，Ｎｏ．１　２０１５年１月　

Ｊａｎ．２０１５　

全尾砂膏体充填在拉么锌矿的研究与应用　李镇瀚　（Ｖｐ＃Ｉ华锡有色设计研究院有限责任公司，　广西Ｓｐ＇）Ｈ市５４５００１）　摘要：随着矿山持续发展，废石、尾砂等大量工业固体废料堆放地表．尾矿排放和处理仍　然是金属矿山亟待解决的难题之一。文章阐述了全尾砂膏体充填的工艺特点，详细介绍　了该工艺在拉么锌矿的研究与应用。拉么锌矿取得了全尾砂膏体充填技术的突破。成为　了西南地区首家采用此新工艺的矿山．为今后全尾砂膏体充填技术的应用和推广提供了　宝贵经验。　关键词：全尾砂膏体充填；沉降；密闭墙；滤水　

拉么锌矿隶属广西有色集团公司．是以开采锌、　铜矿为主的矿山，矿山设计生产能力２５．５万ｔ／ａ。　目前，矿山井下已开拓有１０个生产中段。开采最低　水平为４７０　ｍ水平。地表配套建设有两座选矿厂．　选厂设计总规模４５万ｔ／ａ，日处理能力１５００　ｔ／ｄ。　矿山年生产金属量３万ｔ／ａ，其中ｚｎ金属８０００　ｔ，Ｃｕ　金属５００　ｔ，硫铁矿金属２１５００　ｔ。　

１　矿床开采技术条件及采矿方法　拉么锌矿矿区地形复杂，区内山峦起伏，地势陡　峻，海拔５７０～１１４０　ｒｎ。矿床为拉么锌矿段的笼箱盖　锌铜矿床。矿床主要类型有：矽卡岩型缓倾斜似层　状锌铜多金属矿床；陡倾斜裂隙充填、交代锌铜多金　属矿床。矿区水文地质条件简单，主要地下水类型　有碎屑岩夹碳酸盐岩溶洞裂隙水和基岩裂隙水。矿　体赋存在扁豆灰岩、细条带硅质岩、泥灰岩及页岩　中，属坚硬一半坚硬岩石。矿体顶底板一般为灰岩　或花岗岩，围岩蚀变较强，稳固性好。矿石硬度中　等，稳固性好，多呈浸染状结构、块状结构和团块状　结构。矿体多为缓倾斜薄矿体．倾角２０。～３Ｏ。，矿体　最小厚度０．７　ｒｎ，最大厚度１０．３　ｍ，矿体平均厚度４．３　ｍ。　根据矿体特征及产状．拉么锌矿以潜孔留矿采　矿法为主，全面空场采矿法为辅进行井下开采，形成　空区规模小，空区稳定，坡度缓和，对全尾砂膏体充　填空区较为有利。　

２尾矿性质及沉降实验　２．１尾矿性质　目前，拉么锌矿尾矿量为１３９２　ｔ／ｄ，尾矿干量约　１６．３２万ｍ　／ａ。为了解掌握拉么锌矿尾矿的性质，　进行了尾矿粒度分析实验。实验从尾矿浓缩池的给　矿采集矿浆样本，样本浓度现场测定为１８％。将实　验采集的矿浆烘干、拌匀，并进行缩分制样。尾矿粒　度分析成果如表１所示。　表１尾矿粒度颗分析结果　试验结果表明拉么锌矿的尾矿以中细粒为主，　细度一０．０３７　ｍｍ（一４００目）粒级产率为２２．９％，　一０．０７４（一２００）目粒级产率为５７．３％。尾矿的成分　含量：Ｚｎ　０．３％、Ｃｕ　０．０４％、Ｓ　２％一３％、Ｆｅ５％一７％、Ａｓ　２％～３％、Ｓｎ　０．０１％～０．１％、Ｗ　０．０１％～０．１％，其它细　砂成分为硅质岩、泥灰岩、页岩等。尾矿真比重３．２　～３．３　ｔ／ｍ　。堆积容重１．８　ｔ／ｍ　。　２．２尾矿沉降实验　矿样配浆按矿浆重量浓度７％、１０％、１３％、１８％　和２０％５种进行调配，添加河北阴离子絮凝剂，分　别进行静态絮凝沉降对比试验，试验结果详见图１、　图２。　尾砂沉降高度用沉降临界点上的净水高度来计　算。从图１可知，在加药量相同的条件下，矿浆浓度　提高，沉降速率反而下降，且浓度越高，下降幅度越　显著。由图１、图２表明，矿浆浓度升高，絮凝剂用　量增加十分明显，用药量加倍。　８　采矿技术　当输送管道内径由　９６　ｍｍ增大至　１１７　ｍｍ　后，尾矿浆体的流速由１．６５～１．７４　ｍ／ｓ降至１．１１～　１．１７　ｒｎ／ｓ，流速的减小，大大降低输送过程中的沿程　损失。　膏体制备站建设在选厂重选车间附近，膏体站　标高＋５３８　ｍ，膏体尾砂输送至采空区最大输送距离　２．５　ｋｍ，最大输送高差８５　ｍ。由于高浓度尾矿浆料　的流动性差，输送距离较远，输送高差大，输送阻力　大等因素，设计采用管道泵压输送尾矿浆料。压力　泵选用３一Ｄ６Ｍ６／６０一ＢＹ—ＩＡ隔膜泵．输送管道采用　ｑ￣１３３　ｍｍ￣８　ｍｍ无缝钢管，具体设备及参数见表３。　

表３尾矿制备输送系统设备明细表　

３．２采空区密闭及密闭墙厚度计算　经现场调查核实，拉么锌矿井下可实现膏体尾　砂充填采空区有Ｏ＃空区、３＃空区、５＃空区及１５＃空　区，为防止充填时发生跑浆、漏浆等事故，避免充填　尾矿污染井下巷道，对采空区底部通口进行密闭，主　要密闭、滤水措施是在采场的底部各出矿进路和顺　路天井的联络道内构筑立面脱水墙，并通过采空区　上部的回风巷等通口向空区内排放废石，在形成４～　５　ｍ废石滤水层后，再向采空区内排放高浓度尾　矿浆。　３．２．１密闭墙设计参数　密闭墙支撑面与巷道中心线夹角Ｏ／、　值由围岩　性质确定，拉么锌矿围岩稳定性系数．厂＞６，取　＝　３０。，　＝６０。。　密闭墙设计为Ｃ２０钢筋混凝土墙，密闭材料强　度按现行的钢筋混凝土结构设计规范取用，加两排　钢筋，钢筋排距１５０　２００　ｍｍ，网孔１００　ｍｍ×１００　ｍｍ。Ｃ２０混凝土轴心抗压强度．　为１０　ＭＰａ，轴心　

抗拉强度　为１．１　ＭＰａ，抗剪强度　：０．７５（ＵＺ）　。　按０．９５的安全系数折算，则　＝９．５　ＭＰａ，．　＝１．０５　ＭＰａ，　＝２．３６９　ＭＰａ。　３．２．２密闭墙承压计算　膏体尾砂充填采空区，矿浆对密闭墙的作用主　要以静压为主，可忽略动压的影响。参照流体力学　公式及其他计算方法，密闭墙上的最大承压可按照　以下公式计算：　（１）依据流体力学理论　Ｐ＝ｐｇＨ　式中，Ｐ为尾矿浆密度，取１．８　ｔ／ｍ　；Ｈ为尾矿浆高　度；ｇ为重力加速度，取９．８　ｍ／ｓ　。　（２）按尾矿库内排水管荷载计算　Ｐ　＝　ｉ￣ｇＨｗ＋　。ｇＨｏ　式中，　为尾矿密度，取１．６　ｔ／ｍ　；７。尾矿水密度，取　１　ｔ／ｍ　；　为侧压系数，取０．４９；Ｈｗ为尾矿表面高度；　为尾矿水高度；ｇ为重力加速度，取９．８　ｍ／ｓ　。　（３）按尾矿库内排水井荷载计算　Ｐ　＝（１一ｓｉｎ￣）ｙｉｇ日　十ｙ。ｇｒｉｄ　式中，６为尾矿有效力抗剪角度，一般取５。　１０。；　为尾矿密度，取１．６　ｔ／ｍ　；　为尾矿水密度，取１．０　ｔ／　ｒｎ。；Ｈｗ为尾矿表面高度；Ｈｏ为清水高度，一般可取　Ｈｏ＝Ｈｗ　Ｘ　２；ｇ为重力加速度，取９．８ｍ／ｓ　。　为确保密闭墙承压的可靠性，取３个计算值中　的最大值作为密闭墙的计算承压。结果见表４　所示　表４采空区密闭墙承压计算结果　３－３－３密闭墙厚度计算　目前没有具计算体密闭墙厚度的公式．参照　《采矿手册》井下防水闸门硐室的设计，密闭墙厚度　采用楔形计算方法计算，具体如下。　（１）按抗压强度计算：　／（ａ＋６）ｚ＋　一（口＋６）　：　———————　————一　４ｔａｎ（ｘ　式中，　为计算密闭墙厚度；ａ为巷道净宽度；ｂ为巷　道净高度；Ｐ为作用在密闭墙上最大承压；ｆｃ为混凝　土轴心抗压强度。　（２）按抗剪强度计算：　：　２（ａ＋ｂ）ｉｖ　式中，　为计算密闭墙厚度；ａ为巷道净宽度；ｂ为巷　道净高度；Ｐ为作用在密闭墙上最大承压；ｆｏ为混凝　土轴心抗剪强度。　李镇瀚：　全尾砂膏体充填在拉么锌矿的研究与应用　９　（３）按抗渗透性条件计算　≥４８Ｋｈａｂ　式中，　为计算密闭墙厚度；０为巷道净宽度；ｂ为巷　道净高度；Ｋ为考虑井下密闭墙的抗渗性要求，取　０．００００１５：ｈ为设计承压相对的静水压头高度。　为了简化计算。取一个具有代表性的巷道断面　来计算．拉么锌矿为有轨矿山，巷道断面尺寸均按　３．０　ｍ　Ｘ　２．５　ｍ计算，密闭墙嵌入岩体深度Ｄ：　Ｗｔａｎ３０ｏ。密闭墙的混凝土密闭结构安全等级为一　级。结构安全系数取１．１，永久作用荷载分项系数取　１．４。考虑井下隔水密闭的永久性和抗震性，增加富　余安全系数１．４，则Ｐ设计＝２．１５６Ｐ计算。按照上述３种　计算方法，并增加２．１５６倍的安全系数，分别对各个　采空区密闭墙厚度进行计算．计算结果详见表５。　

表５采空区密闭墙厚度计算结果　

考虑密闭墙的重要性．施工时应设监工．并严格　按照施工要求施工。　３．３充填滤水　充填滤水是一个重要的工艺环节．很多矿山都　忽略了这一点。充填的滤水效果直接影响整个充填　空区的稳定和安全。若充填尾水不能排出采空区。　尾砂无法固结，会影响采空区的稳定．增加井下安全　风险，对人员及井下设备的安全构成严重威胁。　为了解决上述问题，本设计的滤水系统由滤水　管、密闭墙和沉淀池组成。在充填采空区前，预先对　空区底部通口进行有效密闭．构筑巷道密闭墙等密　闭措施。将滤水管布置在空区底部及沿斜底板敷设　至空区顶部。滤水管采用＃型布置．间隔１５　ｍ　２０　ｍ，并相互连通构成网状脱水结构。主滤水管从空区　底部接出，穿过密闭墙接人采空区外的沉淀池。滤　水管采用ＰＥ１００（ＳＤＲ１１）聚氯乙烯承压管，承压管　直径５０　ｍｍ，厚４．６　ｍｍ，承压１．６　ＭＰａ。管壁四周均　匀开设直径２０　ｍｍ的排水孔，排水孔采用梅花型布　置，间隔３０　ｍｍ。在滤水管外包裹工业滤布。一般只　包一层，滤布目数根据尾砂性质确定。这里取１５０　目，其目的是只允许水通过，阻止尾砂进入滤水管，　

从而实现尾砂脱水。尾水以自流的方式，分两个主　要过程排出空区，一是在尾砂充填空区时，尾砂与滤　水管网接触时会有部分流动的尾水进入滤水管后排　出空区：二是尾砂自然沉降时，尾水上浮后从滤水管　网排出空区。　本系统投资成本低，操作容易，可以快速排出尾　砂中的重力水，使充填空区尾砂快速沉降，大大缩短　尾砂达到稳定的时间，并且滤出的尾水为清水，无需　处理．可回收再循环利用。　３．４充填制度　全尾砂膏体充填为非胶结充填，充填的尾砂料　浆需有足够的时间沉淀脱水，因此不能连续长时间　充填．且充填后让尾砂要处于自然沉降的状态，不能　使尾砂受到扰动或震动的影响。　为使尾砂充分沉淀，全尾砂膏体充填采用间隔　充填的充填制度，因此充填前应准备３个以上采空　区。一次作业只充填一个空区，一次作业充填时间　不超过８　ｈ，间隔时间１６　ｈ以上。拉么锌矿采用从　近到远的充填原则．首充３拌空区，充填８　ｈ后转向充　填０号采空区，最后依次充填５＃和１５＃空区，如此交　替往复。每次充填结束，直接从隔膜泵用清水清洗　管道，清洗完毕后可进行下个采空区充填。　根据尾砂产出量１４００　ｔ／ｄ计算，尾砂密度为１．６　ｔ／ｍ　，则尾砂产出量换算为８７５　ｍ　／ｄ。根据现场调　查测量出各个采空区的体积可计算出各个采空区的　充填时间，详见表６。　

表６各个采空区充填时间明细表　

整个工程可充填尾矿３８６　ｄ，可实现约３３万ｍ　的尾矿排放，可减少尾砂地表排放。　３．５充填注意事项　（１）充填工作开始前，先用清水冲洗输砂管道，　防止尾矿堵管，并检查管道是否渗漏。如有渗漏。应　及时处理：　（２）在充填空区过程中，做好巷道密闭墙、溜　井、上山和人行天井的监测工作，如发现泄漏。须及　时停止充填工作，并及时向有关部门汇报：　（３）采空区滤出的尾砂水需及时处理．避免污　（下转第１３页）