活化搅拌技术及其在矿山充填中的应用何哲祥谢开维张常青谢长江(长沙矿山研究院)【摘要】阐述活化搅拌技术制备细颗粒骨料与水泥等材料组成的高浓度胶结充填料的原理、搅拌工艺及其设备,介绍了活化搅拌技术在高浓度全尾砂胶结充填、空场采矿法嗣后全尾砂胶结充填和下向进路尾砂胶结充填采矿法中的应用。关键词活化技术搅拌机尾砂胶结充填中图分类号TD853134上,由于转子杆以不同的线速度转动,使与转子杆相互作用的充填料颗粒也具有不同的速度和运动方向。在高速旋转的转子强力作用下,成团颗粒被分裂,水与固体颗料的分离性减弱。这不仅减小颗粒之间的粘着力,而且使水泥颗粒破裂,强化了水泥的水化作用,从而改善充填料的强度特性和流动性,达到活化搅拌的目的。试验结果表明,活化搅拌机转子的转速、搅拌时间与充填料28d龄期抗压强度及流动性存在如下关系。当转子的转速在1000～1500r/min时,充填料试块抗压强度均有不同程度的提高。当灰砂比1∶5、质量分数75%～80%时,强度平均增长8169%;当灰砂比1∶10时,强度平均增长12191%。与常规搅拌设备对比试验表明,28d龄期强度提高了10%～24%,流动性增加了4%～715%。对于粒度极细的尾砂,在质量分数为70%～72%时,采用活化搅拌技术制备出的充填料呈现出宾汉流体特性,其形状类似牙膏,含水量少。按砂浆流量45t/h计,当料浆浓度达到75%,灰砂比为1∶4和1∶7时,采场脱水量分别为01558t/h和01279t/h,充填料均匀、流动性好,其抗压强度变化率小于30%,可视为均质流体。充填到采场后不需平场,而且表面光滑平整。充填体强度高,水泥耗量低,单位体积水泥耗量降低20%～30%。1活化搅拌技术原理以细颗粒骨料与水泥等固体材料组成的混合物料,是一种具有触变性质的标准分散体系。在相对静止状态下,混合料呈固体性质。这种固体物料与水混合后,在振动、强力搅拌等机械作用下,当作用于颗粒的机械冲击力超过分子的内聚力时,混合料的固体颗粒便失去赖以组成统一介质的水膜,其固体分散体系,即液化成溶胶体,具有近似牛顿流体的状态。此时,混合料的微粒处于活跃的似布朗运动状态,胶结料微粒则由于物理化学作用而分布在混合料中,有如盐离子在溶液中一样,保证了混合均匀。此外,当水泥微粒互相碰撞时,会从表面掉下一些水合产物和再结晶产物,从而暴露出新表面又产生水合作用,这也加速了水泥颗粒的分散。分散体系的这种触变稀释特性,揭示了矿山尾砂胶结充填料可以被制备成含水量少、流动性高、混合均匀的充填料浆。2活化搅拌工艺及其设备在活化搅拌工艺中,双轴搅拌机与强力活化搅拌机配套使用,即双轴搅拌机对充填料初步搅拌后,料浆自流进入活化搅拌机进行强力活化搅拌。双轴搅拌机由卧式筒体、搅拌机构、传动装置等部件组成。它通过改变搅拌叶片的送料流程,对充填料浆实行强制迂回搅拌,使极细颗粒含量高、粘性大的高浓度充填料浆混合基本均匀,为下一步活化搅拌制备出流动性高、混合均匀的高浓度充填料创造了有利条件。强力活化搅拌机由机壳、搅拌转子、传动装置等部件组成。该搅拌机工作原理是:经由双轴搅拌机初步混合的充填料自溜落到高速旋转的转子杆3活化搅拌技术在矿山充填中的应用311凡口铅锌矿高浓度全尾砂胶结充填凡口铅锌矿是我国大型铅锌矿山之一,采选综合生产能力4000～4500t/d,年产铅锌金属量15×104t。因矿石品位高,为降低贫化、损失,采用充填采矿法开采。采用分级尾砂胶结充填工艺时,由于尾砂产率低,经分级脱水之后,可用于充填的分级尾砂仅占尾砂总量的50%,充填料严重不足,需外购收稿日期2000-03-12何哲祥长沙市长沙矿山研究院采矿所410012第21卷2000年第9期·19·河砂或人工磨砂,相应大幅度提高了充填成本。采用传统的分级尾砂胶结充填工艺管道输送浓度较低,其质量分数仅为60%～68%,料浆容易产生离析,水泥流失现象严重,从而降低了充填体的强度或增加了水泥的耗量,充填成本也相应提高。不能用于充填的大量细粒级尾砂,需建造一座新的大容量尾砂坝来贮存,需占用大片农田,投资费用高。而且,细粒级尾砂堆坝相当困难,加速了环境的污染和生态破坏。因此,实现高分数全尾砂胶结充填是解决这些问题的最有效途径。威尼克斯人下载“七五”期间,长沙矿山研究院与凡口铅锌矿等单位合作,率先在国内采用活化搅拌技术制备全尾砂胶结充填料,实现了高浓度全尾砂胶结充填。其工艺流程为:来自选厂的尾砂浆(质量分数为15%～20%),经Φ9000mm高效浓密机进行一段脱水,沉砂(质量分数约为50%)进入68m2圆盘真空过滤机进行二段脱水,含水率约为20%的滤饼由带宽650mm的皮带运输机运至充填站的卧式砂仓,卧式砂仓的湿尾砂由55kW电耙间断耙运到中间贮料仓,然后由CWZ-Ⅱ型带破拱架的振动放料机均匀地供给带宽650mm的计量皮带运输机,转运至双轴叶片式搅拌机,水泥借助风力管道输入水泥筒仓,经可调的双轴螺旋喂料机(Φ250mm)和冲量流量计自溜进入搅拌机与尾砂、水混合搅拌。经双轴搅拌机初搅的充填料浆自流进入强力活化搅拌机进行二次强力活化搅拌,再经垂直钻孔和充填管路自流输送到充填采场。由检测仪表中央控制台和微机组成自动检测与控制系统实时检测或调控尾砂的含水率、水泥的添加量、加水量及料浆的质量分数和灰砂比。312张马屯铁矿空场采矿法嗣后全尾砂胶结充填张马屯铁矿始建于1966年,采用分段空场采矿法开采。由于矿区位于济南市东郊,为市区主要水源地,地表系良田、村庄和工厂,不允许塌陷,因而采空区需及时进行充填处理。威尼克斯人下载多年来,矿山先后使用了水砂充填和干式充填处理采空区 ,留永久矿柱 ,矿 石回采率只有 60 %左右 。1992 年以后 ,矿山已经面 临充填材料短缺和因建选矿厂带来的尾矿排放两个 技术难题 ,受地表环境制约 ,在距矿区 10km 范围内 找不到建尾矿库的合适场地 。最佳选择就是将脱水 后的全尾砂作为充填骨料 ,排放到井下采空区 。为 此 ,矿方委托长沙矿山研究院进行充填系统设计与 技术服务 。在借鉴凡口铅锌矿高浓度全尾砂胶结充 填技术的基础上 ,该矿充填系统的设计采用活化搅 拌技术制备充填料浆 ,依靠自流辅以泵压输送 ,将充 填料送入采场 。 充填系统于 1994 年 7 月投入生产 。应用结果 表明 ,该矿采用选厂全尾砂作充填骨料 ,采用强力活 化搅拌技术制备充填料浆 ,以管道自流输送和泵送 工艺 ,将高浓度全尾砂胶结充填料送入采空区 ,形成 稳定均质结构的充填体支护岩层 ,实现了安全有效 的回采矿柱 。选厂尾砂利用率 100 % , 矿山实现了 采 、选 、充闭路循环作业和“无废”生产 ,也解决了困 扰矿山 20 多年的选厂建设问题 ,使张马屯铁矿成为 国内第一座不建尾矿库和不外排尾矿的矿山 。 313 金城金矿下向进路尾砂充填 山东莱州市金城金矿东季矿区采用下向进路分 层胶结充填采矿法 ,原设计一套高水固化充填系统 , 采用海砂作充填骨料 。甲 、乙料分别在地表制备站 制备 ,通过钻孔和管道进入采场 ,甲乙料浆在采场混 合 。该套系统于 1996 年开始设计 ,1998 年建成试运 行 ,试生产期间充填了一条进路 。结果表明 ,用高水 材料作胶凝材料形成的充填体强度不稳定 , 不能满 足下向进路分层充填采矿法的要求 , 且充填系统设 计本身存在一些缺陷 。为此 ,该矿于 1998 年委托长 沙矿山研究院对该套高水固化充填系统进行改造 。 针对该矿的实际条件 ,在对该系统改造中坚持以下 原则 : (1) 引进活化搅拌技术制备充填料浆 ; (2) 尽量 利用原系统中的设施设备 ; (3) 改用尾矿库尾砂替代 海砂 ; (4) 改用水泥替代高水材料 。 在对原系统中的供料 、计量系统和制备系统作 了重点改造后 ,其工艺流程如下 :尾砂用自卸汽车从 尾矿库运至充填制备站堆场堆存备用 。充填时 ,用 铲车向料仓供料 ,在料仓上部设置振动筛 ,以剔除尾 砂中的杂物和极细颗粒组成的泥团 ,料仓中装有破 拱架和振动给料机 ,通过皮带机向双轴搅拌机供尾 砂 ;用罐车运来的散装水泥 , 用压气送入水泥仓储 存 ,再用双管螺旋给料机配螺旋输送机向双轴搅拌 机供料 ;水通过水管经电磁流量计计量后加入双轴 搅拌机 。经过双轴搅拌机初步搅拌后的充填料浆 , 进入活化搅拌器进一步搅拌 ,然后通过钻孔和管路 进入采场 。在皮带输送机和双管螺旋给料机上安装 核子称 ,分别计量尾砂和水泥 。用变频调速器控制 振动给料机和双管螺旋给料机的电机 ,调节尾砂和 水泥给料量的大小 ,保证充填时准确按设计的配比 给料 。该系统于 1999 年 3 月改造完毕并投入生产 。 实践证明 ,由于在尾砂供料系统中采用了振动筛 、破 拱架和用变频调速器控制的振动给料机 ,尾砂给料 均匀流畅 ,从而保证了整个系统运行平稳 、可靠 ,灰 砂比 和 料 浆 浓 度 易 于 控 制 , 试 生 产 过 程 中 , 充 填料浆质量分数达到72 %～74 % ,完全能满足该矿 第 21 卷 ·20 · 黄 金 GOLD 第 9 期 2000 年 9 月 三山岛金矿井下采场顶板管理的探索与实践 葛玉环 伊继申 张继成 徐平波 (山东黄金集团有限公司三山岛金矿) 【摘要】 文中主要介绍了三山岛金矿井下采场在顶板安全管理过程中 ,应用长锚索 、 锚杆进行支护 ,用控制爆破方法减少爆破对围岩的破坏 ,以及通过加强规章制度的落实 , 解决了顶板安全管理的难题 。 关键词 井下采场 顶板 长锚索 锚杆 安全管理 中图分类号 TD355 是紧临矿体上盘 ,且平行于矿体走向的 F1 断层 ; 北 西向导水构中最大的是垂直于矿体走向的 F3 断层 , 这两条区域性断层交汇于矿体上盘 , F3 断层切割错 断了 F1 断层 。 F1 断层为控矿构造 ,主裂面位于矿体上盘 0～ 10m 处 ,平行于矿体走向 ,呈波状伸展 ,有连续的黑 色断层泥 ,厚 5～20cm ;在主裂面的两侧存在 1～10m 厚的破碎蚀变岩带 ,是直接影响采场顶板和上盘岩 体稳定的主要断层 。矿体就赋存于 F1 断层的下盘 , 并多处紧贴 F1 断层 。矿体走向为北东 34°,倾向南 东 ,倾角 40°。沿走向长 900m 多 ,初期探矿表明 ,矿 体延深至 - 600m ,矿体中部厚大 , 最大水平厚度达 50m ,两翼变小 ,尖灭 ,厚度变化大 。 1 概 述 山东黄金集团有限公司三山岛金矿是我国目前 生产规模最大的地下岩金矿山 ,矿山设计生产能力 为 1 500t/ d ,实际生产能力已超设计能力 。目前 ,实 际生产能力稳定在 1 700t/ d 以上 。 111 矿床开采地质条件 矿床位于沂沐断裂东侧次一级断裂 ———三山岛 断裂带内的蚀变花岗岩中 ,矿床类型属典型的破碎 蚀变岩型中温热液矿床 。矿区构造以断裂为主 ,主 要断裂为北东向和北西向 。其中 ,北东向构造主要