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冶金矿山尾矿胶结充填重点技术的商讨
冶金矿山尾矿胶结充填重点技术的商讨
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报告题目:
冶金矿山尾矿胶结充填重点技术的商讨
报告人:惠林
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冶金矿山尾矿胶结充填重点技术的商讨
一、研究好尾矿的物理化学性质是搞好胶结充填的前提
二、尾矿特征决定制备设备的选择
三、控压助流技术是实现全尾高浓度连续充填的重点
四、絮凝剂增添及对放砂浓度的影响
五、充填体强度确实定及其影响要素
六、采场接顶技术的商讨
七、新式胶凝资料与增添水泥的试块强度比较与研究
主要内容
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冶金矿山尾矿胶结充填重点技术的商讨
充填资料的物理力学性能及化学成份不单对充填参数,如全尾砂比重、容重、孔隙率、全尾砂粒级构成,全尾砂化学成份,稠度、粘度等,有侧重要影响,并且若此中存在有害成份,污染井下环境,则不可以用作充填料。
一、研究好尾矿的物理化学性质是搞好胶结充填的前提
所以正确测定尾砂充填料物理力学性能和化学成份及其含量,得出正确的结论,并
据此对充填料作出定性剖析,选择适合的制备、输送设备、脱水设备和输送方法,是尾砂充填最重要的基础工作。
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充填资料的比重、容重、粒级构成和孔隙率,对水力输送、直接的影响。
充填质量和充填能力都有
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充填料的容重和孔隙率是跟着充填料的压缩程度不同而发生变化,系数也越大,而物料强度则越小。
孔隙率越大,压缩
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自然聚积的充填料,其松懈容重最小,孔隙率最大;充入采空区形成充填体后,跟着水的排出和时间的延伸,并在自重作用下,充填体渐渐沉缩,孔隙率相应减小,而容重增大。
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优秀级配的充填料,应当是孔隙率最小,密实性最大,并能保证有优秀的承载特征和必需的浸透率,进而使充填料细颗粒成分损失最小。
1、广泛以为,粒级构成的最正确级配应当切合塔博方程式:
d60/d10=4~5
式中:d60----粒经为60μm的颗粒含量;
d10----粒经为10μm的颗粒含量。
2、关于尾矿粒级构成比较平均,而不平均系数(d60/d10,粒级构成曲线上积累含量60%时对应的颗粒粒径与积累含量10%时对应的颗粒粒径之比)为2~3时,属平均的黏土类,制
浆时易于混淆,便于管道输送,充入采场后,将有益于减少水泥的离析;
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在自流输送过程中,选择适合的高浓度料浆关于充填过程中顺利的输送是十分重要的。关于粘度低的充填料,或说关于含水量过高的充填料,固体将因积淀而惹起拥塞;而关于粘度高或含水量很低的充填料,摩擦阻力过大也会惹起拥塞。
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二、尾矿特征决定制备设备的选择
常有的固液分别技术主要分为二类,即沉降分别与过滤。此中,重力沉降借助自然力,少用能源,最为经济,是较好的固液分别工艺技术,虽系弱沉降分别,但宽泛作为固液分别的首选手段;离心沉降、真空过滤、压滤、离心过滤等都是较强的分别手段,但因需借助外力,要耗费许多的能源,从长久看,不行取。
极细粒级的尾矿因为其饱和浓度较低,在充填设备的选择上一般宜采纳卧式砂仓或
深锥茂密机,关于许多的金属矿山,若有色金属和铁矿因选矿工艺和尾矿特征大部分采纳立
式砂仓许多。
为降低能源耗费,立式砂仓料浆的固液分别主假如采纳重力沉降,立式砂仓近似选厂的浓缩池或沉降槽,与之对比,其高度增添、直径变小。这两者的变化,一利一弊。有益
的一面是立式砂仓高度增添,使砂仓底部尾砂压缩区增大,尾砂沉降后可延伸尾砂压缩时间,
提升仓底尾砂浓度,即增大仓底放砂浓度,该浓度远大于浓缩池或沉降槽底的浓度;弊的一面是立式砂仓直径减小,给仓顶尾砂的固液分别增添了难度。
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现代选矿工艺要求尾砂粒级构成愈来愈细,选厂尾砂由仓顶进入立式砂仓后,因为
砂仓沉降面积不大,仓顶周边溢流中常含有大批细颗粒,特别是当沉降面渐渐上涨后,溢流浓度将愈来愈高,严重影响仓顶溢流的排放。所以,在尾矿制备过程中侧重以下几个问题:
①延伸沉降路径+絮凝沉降是实现全尾充填的有效门路;
②实现静态沉降是实现极细粒级尾矿沉降充填的重要方法;
③溢流澄清是查验全尾充填的重要标准
为提升尾砂的沉降速度,在尾沙浆中加入了絮凝剂,保证仓顶溢流澄清脱水成效。
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三、控压助流技术是实现全尾高浓度连续充填的重点
高浓度尾砂拥有固体兼液体的特征,假如总试图用牛顿流体的近似方法经过确定某
种特定状态下贱体的粘度来描绘流体的流变性能,就简单在理论上和实践上造成一些误会或
困难。如宾汉流体方程,在某些状况下,流体的实质内因被隐含起来,不利于对流体力学属
性实质进一步深入认识。
式中:τ—管壁切应力(Pa);τo—初始剪切应力(Pa);ηs—粘性系数(Pa·s)
u—孔隙压力(Pa);Φ—内摩擦角(°);σ—总法向应力(Pa)
式中:τ—管壁剪切应力(Pa);τ0—初始剪切应力(Pa);
η—粘性系数(Pa·S);du/dy—剪切速率(S-1)
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利用一些基本力学规律,
并参照土力学中的一些看法和方法,
提出了一种新的流体力
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学模型:
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孔隙压力能够分为三种基本种类,分别为初始静孔隙压力、初始超孔隙压力、剪切作用产生的孔隙压力。
新的流体力学模型能够理解为,浆体由好多固体颗粒组合成,部分固体颗粒相互接触,此中的空隙充满或充有液体或充有水,这样就存在着孔隙压力的问题,即总法向应力σ一部
分经过固体颗粒直接传达给固体颗粒,另一部分应力(大小为u)由固体传达给液体,或再由液体传达给固体。前一部分力按固体相对滑动来考虑,后一部分力能够近似按牛顿流体来考虑。控压助流的重点技术是:
1、出入均衡是全尾砂高浓度连续充填的重点;
2、弱化风水造浆有助于充填浓度的提升;
3、在必定条件下,充填能力与立式砂仓容积没关;
4、自动化控制程度决定充填质量;
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四、絮凝剂增添及对放砂浓度的影响
依据尾矿性质的不同,为尽量的减少水的二次污染,往常采纳有机高分子絮凝剂进
行水办理,这是因为絮凝剂的分子构造决定的,因为絮凝剂架桥能力强而显示出在水办理中的优胜性。
实验表示,增添絮凝剂可提升水质的纯净度,降低水中附着物的含量,可提升尾矿料浆的沉降速度,但不可以提升尾矿的饱和浓度,试验得悉,增添絮凝剂的尾矿饱和浓度不会高于不加絮凝剂的尾矿饱和浓度,
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在絮助凝剂的状况下,矿浆能以最快的速度形成较大絮体并沉降,达到迅速沉降的
目的,与此同时,获取了清亮的溢流口出水,也正因为获取了大批的絮体,使矿浆的沉降时间延伸,进而最后获取了连续且稳固的高浓度底流矿浆,给下一步充填工作供给了较高矿浆浓度的保证。
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五、充填体强度确实定及其影响要素
胶结充填体的强度和成本,主假如尾矿自己的性质、充填料浆浓度、胶结资料的选
择等多方面要素决定的,所以,深入的进行不同种类的尾矿研究,选择不同的胶凝资料是特别重要的,而对充填体强度而言,不同的采矿方法和不同的采矿步骤对充填体强度要求是不同的,整体而言,研究发现,充填体的强度要求,应依据不同采矿方法和不同的回采步骤,确定充填体高度、宽度、密度之间的函数关系。
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1、依据不同的采矿方法和采矿步骤时,在考虑是不是最大有效垂直高度仍是有效高度增添
值时,要考虑损坏的方向是不是垂直(沿倾斜方向)的重要仍是垂直/倾斜兼有的重要。通
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过大批的试验和实践证明,关于深孔崩矿采场的充填体非侧限抗压强度取度可使充填体的自立支撑高度达60m左右。
700kPa。这一强
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2、尾砂胶结充填体抗压强度切合弹塑性模型,达到强度极限损坏后,仍可保持相对较高的
剩余强度,有益于采矿安全,但其劈裂强度得力—应变曲线基本没有塑性变形阶段,达到极
限劈裂强度值即损坏,丧失持续承载能力。所以,在采场部署和回采次序确准时,应尽量防止在充填体中出现拉应力集中。
3、关于尾矿胶结充填来说,传统意义上以为分级尾砂的强度比全尾砂充填体强度要高,这
一结论是不正确的。经过对大批的分级尾砂和全尾砂进行试验表示,尾砂的级配能否合理,是胶结体强度高低的又一重要影响要素,关于级配合理的胶结体强度不必定低于分级尾砂,
这就相当于制备混凝土过程中要获取较高强度的混凝土,就一定增添不同粒径的骨料,道理是相同的。
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由曲线图能够直观的看出,跟着构成颗粒比表面积的增大,充填体强度有增大的趋向。
其原由在于跟着比表面积增大,尾砂吸附能力增强,水泥活性物质的大批附着增添了充填体
凝固硬化的成效,进而表现出拥有相对较高的强度。在大概上比表面积较大的状况下,含有
必定级配条件下,可使充填体颗粒级配获取优化,孔隙获取填塞,形成较为稳固的力学构架,
因此充填体强度能够获取相应的提升。
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4、灰砂比的看法(重量比):关于胶结充填来说灰砂比对胶结充填体的强度有侧重要影响,
灰砂比大,充填体的强度越高,灰砂比越小,则强度越低,可是关于细粒级的尾矿来说,相同的灰砂比其强度值却大大降低,这是因为关于单位体积的充填体来说因为孔隙率的原由,胶凝资料含量不相同。
5、充填体要有足够的弹性,特别是对大孔采矿来说,以便经得起直径165mm炮孔的爆破
效应。
5、在充填过程中,特别是高硫尾矿,硅酸盐水泥不是好的胶凝资料,在高硫尾矿中,因为
硫的存在而使充填体强度大大降落。
6、充填体一定有足够的强度,以保证生产井随回采的进展而整体稳固。在深孔崩矿采区,因为矿体宽度达10~40m,所以整个充填体发生应力从头散布,事实上,这是不行能的。跟着回采的进展,应力将散布到偏向稳固主矿柱、未采部分矿体和界限围岩。
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充填体试样单轴压缩的最后损坏形式可概括为以下四种:
1)充填体试样沿轴向存在相当多的劈裂面,但有一个贯串整个充填体试样的剪切损坏面。某些充填体试样除主剪切面以外还存在少许的局部剪切损坏面。因为充填体的抗拉强度很
低,所以就损坏面而言以张拉为主,有时甚至掩饰了剪切损坏面;
2)两个互相连结的剪切面共同实现对充填体试样的贯串,充填体试样中也存在沿轴向的
劈裂面;
3)充填体试样一端为破碎圆锥面,在锥顶产生沿轴心的张裂损坏。这种状况较少,充填体试样两头同时出现破碎圆锥面的状况是极少发生的;
4)充填体试样侧面出现近似于“压杆失稳”的岩片折断损坏。
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六、采场接顶技术的商讨
充填采空区是地压管理的重要方法,好多矿山因为采空区充填过程中,未能接顶导
致围岩挪动,地压活动屡次,片帮冒落严重,给矿山安全生产带来极大的难度,特别在多步
骤地下开采活动中,因采空区不可以接顶,造成采切工程施工难度大,资源贫化损失大,安全
生产遇到极大的威迫,所以,经过自流输送解决采空区接顶技术难题,除去安全隐患,有着
极其重要的意义。
1、尾矿性态对充填接顶的影响
2、全尾砂自流接顶技术和充填体承载技术的研究
3、可采纳的接顶方法
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1、尾矿性态对充填接顶的影响
在尾砂充填过程中,特别是胶结充填接顶过程中,为达到充填体与采空区顶板做到无缝连结,它要求在接顶前一定对胶结充填料浆的组份、性能、流动性、和易性、孔隙率、
浸透系数、凝固时间等性能进行大批的试验,掌握和剖析尾矿充填料浆详确的各种物化参数,对浆体的流动性能、管道的阻力损失(水力坡度)等作出定量的剖析计算,经过试验和剖析
计算结果,设计出充填接顶所需要的充填接顶临界管道直径、临界浆体流速、输送能力等指标,经过增添不同的增添剂或胶凝资料,调理和改良浆体在管道中的悬浮状态、改良浆体流动特征。
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2、全尾砂自流接顶技术和充填体承载技术的研究
管道自流接顶属于典型的固-液两相流,两相流理论成为指导充填系统设计和充填接
顶的重要理论基础,管道自流输送系统的设计要求对浆体的流动性能、管道的阻力损失(水力坡度)等作出定量的剖析计算。为知足生产实质需求,国内外对两相流理论进行了较深入的研究。
依据不同的物料性质及输送条件,提出了各样水力坡度计算的经验公式,比较有名的如尤芬公式、纽伟特(Newitt)公式、卡尔斯公式、金川公式、鞍山黑色金属矿山设计院公
式、陕西水科所公式等;依据浆体在管道中的悬浮状态对浆体输送性能的影响,提出了改良浆体流动特征的门路。
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3、可采纳的接顶方法
充填系统设计所需要的临界管道直径、临界浆体流速、输送能力等指标都有比较靠谱
的计算方法,在获得靠谱的计算数据后,可采纳以下方法进行接顶。
①关于粒度较细,尾矿比重较大、流动性较好的充填料浆充填浓浆浓度可增大至75%左右,
这种采空区的接顶可采纳高浓度,分多次接顶,为防备充填挡墙遇到剪切损坏,挡墙地点一
。,~
全凝固,为保证料浆的流动性和强度,其灰砂比以1:6~1:10为宜;
②不论是采纳何种方法接顶,其接顶充填管一定悬挂在安全的采空区最高地址,在设计充填
孔时一定依据尾砂的流动性,保证充填接顶密实,采空区一定在最高点设计两个以上充填钻
孔;
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③采场充填接顶时,要严格控制充填量,为增强充填空区的料浆排水和保养,充一天保养一天,限量充填。
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3、可采纳的接顶方法
④接顶时,可依据胶结面的平坦度合时调动充填钻孔,充填时应保证充填面水平,保证胶结
面(或砂面)平坦;采场充填结束后,应付采场能否接顶进行确认,确认的主要方法有二种,即依据充填设计,经过充填钻孔对接顶地址进行实测,如采纳测绳,协助方法有:检测钻孔内能否有空气流;详见下列图
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采纳上述接顶方法,冬瓜山铜矿的采场接顶率达到98%以上,基本上每个采场都达到了无缝接顶的成效,有效的保证了二步骤及三步骤的回采安全。
3、可采纳的接顶方法
⑤采场接顶时,要增强对充填空区的观察,如检测充填钻孔(含空区冒落状况)、检测充填
体水平,检查空区内空气流动状况,一般来说,空区充填接顶的特点是,除丈量钻孔外,还有钻孔内无空气流动,最后一次充填接顶时间不超出十分钟,即似原料浆浓度溢出。
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七、新式胶凝资料与增添水泥的试块强度比较与研究
经过大批的实验室实验,利用工业废渣钢渣、粉煤灰、矿渣、粉煤灰、硅灰和一些建
筑垃圾等配制的新式胶凝资料抗压强度,在同一环境、同一灰砂比、同一浓度条件下,其胶结充填体的抗压和抗剪强度高于水泥,这是因为这种胶凝资料各组份之间的级配和胶凝资料
水化所生成的硅酸钙凝胶许多,浆体密实性好,减少了水泥的水化热,抗硫酸盐侵害性好,特别是在集料含硫时(如含硫尾砂),拥有更强的与全尾砂的胶凝能力,充填集料粒径越小,这种优势越显然。
新式胶结资料拥有四种效应:
①火山灰活性效应
②容貌效应
③微充效应
④叠加效应
新式胶结资料的三大主要功能①各组份的叠加功能
②改良充填料浆的流变功能
③提升充填体强度和抗硫酸盐功能
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所以,关于胶凝充填来说,利用工业废渣和炼铜炉渣不失为一种降低水化热、提升充填体强度的重要方法,低温高强的胶凝资料是保证井下工作环境、降低充填作业成本,提
高充填质量的一条重要门路。
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感谢大家!
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