大空区低成本充填处理方法研究与实践
摘要
针对老空区充填处理一般投资较大、成本较高的技术难题,结合某铁矿大空区充填处理实际,利用原地面大空区观测孔和既有充填系统,设计建设了一套简单、实用、投资较低的地面辅助泵送充填系统,并配套发明设计了一套翻板式活门搅拌机取料装置;研究发现了泵送充填上坡管路的严重震动现象,提出了混凝土墩固定管路的减震方法;通过研究分析大空区的充填特点,提出了薄饼充填结构模型思想,认为大空区充填体强度设计较高既无必要,也起不了多大强度作用,据此提出了降低充填体强度和充填灰砂比的设计建议。
作者及单位
林景尚1， 王谦源2， 陈宁青1， 王海龙3， 林敏1
1.安徽庐江龙桥矿业股份有限公司；2.青岛理工大学理学院；3.青岛理工大学创新科技有限公司华刚矿业股份有限公司
引用格式
正文
由于采矿技术、开采成本、环境意识与管理等多方面的原因,我国金属和非金属地下矿山过去主要采用空场法和崩落法开采,留下了大量采空区,一般称为老空区。据统计,截止到2015年底,共有采空区12.8亿m3,分布于全国 28 个省(市、区),给矿山安全和环境生态造成严重危害。
老空区的隐蔽灾害有引发透水、巷道冒顶片帮、矿山地震、地表塌陷等多个方面,特别是体量超过数十万方的大空区,围岩冒落时甚至会引起矿震和冲击波。为加强老空区治理工作,国家、行业和地方出台了一系列规范文件,很多矿山也结合实际进行了积极的探索。老空区治理的方法有崩落、充填、封闭、支护等多种,各有优缺点和不同的适应条件,其中充填法由于有良好的围岩位移控制作用,可以很好地解决井下安全隐患和地表环境保护问题而受到高度重视。
但充填法治理老空区的突出问题是投入大、成本高。一般要建设充填系统,解决充填骨料和输送问题,特别是胶结充填还要产生较高的胶凝材料成本。如何结合矿山实际,合理利用现有条件和装备,选择满足要求的充填配比,达到减少投入、降低成本的目的是很多矿山关心的问题。本文结合国内某矿山的大空区治理研究和实践,就这一问题进行探讨。
1 项目概况与问题
图1 某铁矿大空区结构剖面图
2 辅助充填系统设计方案
通过分析矿山现状,得出有利于大空区治理方案设计的3个因素:
(1)大空区地面观测孔可用于充填放料。为便于及时了解和掌握大空区的发展情况,该矿先后在大空区上方施工了10个ϕ104 mm观察孔,而且观察孔分布相对均匀,距离空区边界最远不超过100 m,是大空区充填处理的理想通道。
(2)该矿已经建成一套满足300万t/a生产规模、150 m3/h自流输送能力的深锥浓密机高浓度全尾砂制浆充填系统,可利用该系统的料浆制备能力充填空区,但需要建设一套地面辅助泵送充填系统,解决充填料浆取料和地面输送问题。
(3)大空区处理充填与井下采矿充填不同,主要利用采矿充填的剩余尾砂和间歇时间充填,充填时间相对宽裕和灵活,因此,若投资紧张,充填泵可选1台,暂不考虑备用。
据此提出了如下地面辅助泵送充填系统方案:
(1)泵送充填能力130 m3/h,从充填站一级搅拌机出口取料;充填泵房设于充填站一侧,采用半地下式,以方便充填料浆自流到充填泵受料斗。
(2)选用BG200-10-320型普通工业泵,出口压力10.0 MPa,双机总功率320 kW,可满足反坡高度50 m,最远距离1 500 m的泵送输送要求;暂不考虑备用泵,只设一台充填泵,单台价格约120万元。
(3)设计了串接10个地面观测孔的2条支线地面管路系统(见图2)。主管路采用ϕ188 mm、壁厚8 mm 16Mn钢无缝钢管。考虑到地面观测钻孔的孔径较小,与充填能力不匹配,设计2个钻孔同时充填,通过1个夹管分配阀分配流量。
3 翻板式活门取料装置设计
将该装置直接焊接于一级搅拌槽出料口下方。井下充填时,通过手柄5将活门2翻转到侧壁1,下部开口完全打开,一级搅拌料可顺利进入下部二级搅拌机,满足井下充填运行正常需要。空区充填时,将手柄5反向旋转,操作活门关闭底部开口;一级搅拌料浆进入集料斗后,通过侧开门7经溜槽10进入充填泵受料斗。为解决密封问题,在下底板9上开有一圈沟槽用盘根填埋,并配备密封圈。该装置安装使用后,效果良好,现已获国家实用新型专利。
4 管路震动问题与解决方法
5 充填配比优化研究
6 主要结论与效益
