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1大茶园矿床倾斜矿体尾渣水砂充填管道水力输送工业试验方案一、前言：水砂充填粗粒级（≤25mm）管道水力输送工业试验，于上世纪90年代初曾在大茶园矿床631-2#采场（充填总量为1044m3）实践过。具体试验效果见表：项目采场最大粒径（mm）平均粒径（mm）充填倍线（N）I水砂比（x）流速（m/s）注砂量（m3/h）充填料631-2#一分层259.62.552：16.5859流纹岩631-2#二分层259.62.551.5：17.4383流纹岩上述较好效果的主要原因有:充填倍线小;N=2.55(设计为8)，管路短L=380m，弯头少（12只）等，这对大茶园矿床尾渣水力管道输送有一定的经验积累和数据参数可借鉴。1、原大茶园矿床水砂充填工艺系统：采石场→（汽车）150m3原料仓→板式给矿机→鄂式破碎机→皮带机→元锥破碎机→皮带机→振动筛→750m3(有效容积550m3)成品仓→注砂硐室（水砂混合沟）→充填管道→采场→充填废水及泥浆→沉淀池、水仓→地表高位(2个1000t)水池)循环使用。2、原充填工艺的主要设计参数水砂比3：1；合格砂粒径-25mm；干砂流量40m3/h；最大充填倍线N=8；充填管道尺寸114*7（无缝钢管）；含泥量小于5﹪～8﹪。23、存在的主要问题充填材料自备（采石、破碎）成本较高；弯头磨损快；充填无缝钢管管道加工、安装精度难以达到设计要求，给更换管道带来不少麻烦；井下沉淀池的清理排泥工作尚未解决。原大茶园水砂充填系统，由于受到当时政策性的仃产等一系列原因影响，而没能继续试验下去。二、现状随着无轨采矿设备的推广使用及充填工艺和支护技术的不断革新，充填采矿法在国内外取得了很大进展，有色金属矿山采用充填采矿法的比重逐年上升。如加拿大、澳大利亚、瑞典、美国、日本和德国等国，充填采矿法比重达20～30%，波兰达50%以上，我国有色金属矿山中，用充填法采出的矿量达25%，黄金矿山达31%，铀矿山在“2+3”计划实施以前，充填采矿法曾达到72%以上。国内各种充填采矿法的应用中，存在许多技术难题，干式充填运转困难，平场量大，充满率低；水砂充填水砂比大，井下排水费用高；尾砂充填条件有限且尾砂分级后充填料不足，需另采废石磨细增补，但废石磨细成本较高。一些矿山开展高浓度全尾砂胶结充填工艺的研究，有的矿山也进行粗粒级水砂充填研究并取得了一定的成果，但对于深部开采的矿山，存在排水费用高和井下排泥难度大等的问题。近年来，国内的高水固结充填技术研究正在进行并取得了成功，如招远金矿、新桥硫铁矿、铜录山铜矿和金川龙首镍矿都相继采用全尾砂作高水固结充填工业性试验和工业应用。大大降低了充填料的制3备和排水费用，提高了充填效率，但为了保证充填体的强度，高水固结材料用量大，材料价格高，致使充填成本很高，难以得到普遍推广。随着地表堆浸采铀技术的广泛应用，堆浸尾渣的排放和处理逐渐成为影响矿山效益的难点。如何利用高浓度水砂充填方法将堆浸尾渣作充填料回填井下采场，既可以解决充填料来源、提高充填效率和降低成本，又可以减少堆浸尾渣排放，降低矿山退役治理费用，是目前大茶园铀矿井采冶（地表堆浸）工艺技术改进急待解决的问题。目前大茶园矿井的充填系统：采用尾渣干式下井充填（170#探井→60m平巷→充填上山→35m平巷→10m平巷→充填上山→采场充填），其充填环节多、难度大、充填时间长、效率低等严重严重制约着矿井的采矿生产能力。走完善堆浸尾渣高浓度水力管道输送充填工艺新技术，是大茶园铀矿井综合技术、生产提升的必由之路。三、工业试验的目的和要解决的问题本方案为大茶园矿床综合技术改造系统中尾渣水力管道充填的工业性试验。根据现有的生产情况，初定35m中段337#采空区为试验采场。本项目的试验目的主要是结合目前大茶园矿井的生产现况，研究将地表堆浸尾渣回填到井下的工艺技术，一可研究解决充填材料制备、降低充填成本和提高采场无轨采矿生产能力，二是研究减少地表堆浸尾渣排放量和矿山地表设施（尾矿库设计）的合理布置问题，为矿山退役治理创造有利条件，改变大茶园铀矿井常规开采中长期存在的充填工艺技术落后现状。4试验所需解决的问题：掌握堆浸尾渣管道水力输送稳定性工艺及参数；研究堆浸尾渣作为采场充填料的物料配比和固结技术；提供充填料的输送方法和经验，避免充填料在输送过程中的固结及分相沉降；充填管道（耐磨性）的选材试验；井下排水、排泥等。四、尾渣水力管道输送技术方案的确定（一、）充填工艺的主要参数计算1、充填量计算充填工作制度：实行连继充填作业，每日四班。每班作业6小时，纯充时间为四小时，准备和收尾工作为2小时。按年采出总矿量180000T，采充比1：0.9计算充填总方量。2、矿山日平均充填量Q0Q0=Q年/γT×1/T×Z，m3/d式中：Q年—充填法年采出矿量，t/aγT——矿石容重，t/m3T—矿山年工作天数，d/aZ—采充比，m3//m3,年充填利用系数取0.7Q0=18000/2.47*1/330/0.7/0.9=284(m3/d)3、充填合格砂粒径≤-4mm（堆浸尾渣）4、充填材料日平均供应量Q1Q1=K1K2K3Q0，(m3/d)式中：K1——充填材料的原体积与初次沉缩后的体积比，取1.155K2—充填材料的流失系数，取1.05K3—采充不均衡系数，取1.15Q1=1.15*1.05*1.15=394,(m3/d)5、充填日平均用水量W0W0=Q1*γs/p*(1-p)，(m3/d)式中：γs—尾渣松散容量，t/m3p—砂浆的重量浓度W0=394*1.49/0.6*(1-0.6)=391(m3/d)6、充填日需供水量W1=（1+K）W0，(m3/d)式中：K—水的损失率，取0.1W1=(1+0.1)*391=430(m3/d)7、充填注砂管尺寸根椐大茶园矿井的年充填总量和堆浸尾渣管道输送的颗粒度偏小，若充填能力和水砂比不变，在一定的自压头下，加大管径可以达到更大的充填倍线，使输送的距离加大，从而扩大充填范围。目前，国内外矿山成熟的水砂充填技术经验证明，其注砂管的尺寸一般都在φ=125～178mm之间。为此，本方案充填主管道采用φ=125mm，d=10～15mm的加锰铸铁管，下步中段及采场充填上山可选用耐磨PVC管替代。8、充填倍线N=L/HNt=2gD/v2rλ，临界流速vr=（3～4）vs6Vs=0.55*dΦ(γ-1)=0.55*0.4*(2.47-1)=0.42m/sVr=4*0.42=1.68m/s故充填倍线的理论最大值Nt=2*9.8*0.125/1.682/0.078≈11.0大茶园矿床-15m中段以下矿体的东西走向（不连续）长度约为1150m，埋藏最大深度（标高）-190m～204m均在东部的Ⅵ、Ⅶ矿体。本方案所选用自备站的注砂井（东风井附近）至西部-15m中段8#矿体的管路长约1100m，高差227.7m，充填倍线N=4.83，到-90m中段8#矿体的最大倍线N≤5；至东部Ⅵ、Ⅶ矿体的充填倍线就更小了（见大茶园矿床地表工业布置及矿体平面图）。计算的实际倍线值远小于理论最大值。故方案设计确定的N≤6均可满足35m中段337#采场的工业性试验要求，还能适用于大茶园矿井综合技术改造深部尾渣水力管道充填的需要。9、充填输送能力Qn=3600*（D/2）2∏Vr=3600*（0.125/2）2*3.14*1.68=74.2(m3/h)10、水砂比实方比X=Q0/（1-PN）Qt式中：Q0——砂浆输送中水的流量，m3/sQt—砂浆输送中固体流量，m3/sPn——松方固体的孔隙率，取0.396X=15.5/0.704/21.5=1.02（二）、充填系统本方案选用尾渣管道水力自流输送充填系统（堆浸尾渣水力充填7中酸性及氡子体淅出等因素的影响暂不在本方案考虑）。1、充填搅拌站的选址大茶园矿床目前开拓深度（标高）在-40m～-65m之间。现回采标高在60m～-15m间，矿体东西走向长约1000米。一是受在表工业场地的限制（见大茶园地表工业设施布置图）；二是原大茶园矿井水砂充填系统注砂井离西部8#矿体的输送距离约1100米，东部Ⅵ、Ⅶ矿体也只有400米。按理论计算Nmax≥9.6，而实际计算出N≤6。所以，选用一条充填系统即可达到充填倍线≤6的要求；三是原水砂充填系统中的厂房、料仓、成品仓和2个1000t高位水池、注砂硐室等都可维修恢复使用，这对尾渣水力管道输送充填系统的投资和建设是非常有利的。椐此，经分析和比较,充填搅拌站建在大茶园矿井的东风井地表附近内（见大茶园矿井地表工业布置图）是恰当。2、充填搅拌站工艺流程及设施的确定（见充填系统工艺流程图）1)、充填系统工艺流程：尾渣用汽车运到尾渣堆场，直接倒入尾渣仓或倒在堆场用电耙绞车耙入尾渣仓，尾渣仓下设置槽式给矿机,经皮带输送机Ⅰ输送给振动筛筛分，大块由皮带输送机Ⅱ排出，-10㎜尾渣进入筛分仓，经电子皮带秤控制尾渣量,送至皮带输送机Ⅲ，进入混合溜槽。水循环利用，从两个高位水池供水至混合溜槽处，用涡轮流量计观察水的流量,根据要求控制电动调节阀,调节水的流量。尾渣与水在混合溜槽中混合，进入混合仓，流入混合沟，再经充填管路流至采空区，用电磁流8量计监测充填料流量。控制室设在混合溜槽边上。2）、充填系统主要设施：序号设施名称规格型号单位数量备注1电耙绞车2DPJ-15套12尾渣仓200T个1已有改造3槽式给矿机980×1240台175T/h,5.5Kw4皮带输送机ⅠB=800条15自定中心振动筛SZZ1250×2500套1100T/h,5.5Kw6筛分仓个17皮带输送机ⅡB=500条18电子皮带秤ICS-800-PL套190T/h,5Kw9皮带输送机ⅢB=800条110高位水池1000T个2已有11闸阀DN200只212蜗轮流量计LWY-200只113电动调节阀ZAZN-16(Ø200)只114混合溜槽1500×5000套115混合仓20M³个116混合沟条1已有17电磁流量计LD-125只118阀门Ø125只119供水管路DN200焊管米20充填管路DN125加锰铸铁管米或耐磨PVC管3、填管道的布置、安装与管理充填系统方案采用集中布置方式，整个充填系统通过一条主要管道或主钻孔将充填尾渣水力输送到井下各充填采场。由地表打钻孔至井下中段下放充填料，在国内有少数矿山曾采用，但受到钻孔的堵塞、磨损及维护困难等原因至今仍在使用的甚少。结合受地表工业场地自备站建设和尾渣水力管道输送等诸多因素影响，本方案暂不采用地表钻孔为主管道输送。1）、充填主管道的布置方式9自备站注砂硐室（原有注砂斜井长184m）→110m中段平巷→110m～60m中段管道注砂斜井（新建长75m）→60m中段二号平巷→充填上山→采场（见大茶园矿井充填管道布置图）。2）、管道的加工与安装为便于管道的运输和安装，每节充填管的长度加工为2～2.5m，且每20m～30m的管道中加装一节0.25m长的短接管。同时，对管道的转弯处配置弯头、偏口、平口、短管等管件，弯头的最小曲率半径取1.5米，制成10°、15°、30°三种角度，并要配备2˚、3˚、8˚的偏口。弯头拐弯外壁比内壁磨损更为严重，应对外壁较内壁加厚1～2倍。对与弯头相接的直管管口部位也应增一节0.5米长的厚壁短管。3）、充填管道维护管理的措施为了减轻管道磨损和延长管道的使用寿命。充填试验期间主要的采取措施有：（1）、增加特殊部位管壁的厚度。（2）、转动管道或变换管道位置（上下更换、左右转动），对每节管子要转动使用2～3次。（3）、有条件时将管道附加耐磨衬里（细颗粒尾渣充填）。（4）、对曲率半径较小的充填管道拐弯处安装一个三通掏砂管。（5）、严禁充填管道出现漏水、漏浆现象，以防管道堵塞。五、试验充填采场的确定以大茶园矿井现行的井下常规采矿现况和本试验研究的目的，从试验的代表性和应用推广等方面，经比较和分析，确定在大茶园矿床10的35m中段337-1-2#采场进行堆浸尾渣管道水力充填的工业性试验。该采场原采用空场采矿法开采，现已采完，走向平均长76m，水平厚度最厚27m，平均14m，高平均在8～12m，倾角40°，局部50°。1、