全尾砂胶结充填技术应用和改造实施膏体充填探讨

压，实现不留矿柱开采，可以大幅提高矿石回采
率，延长了矿山寿命，充分利用了矿产资源，获 得巨大的经济效益和社会效益。
•
公司在此基础上，进一步对采矿工艺的结构
参数进行优化，将矿块划分成一、二步回采矿房
，不留矿柱，先回采一步矿房，全尾砂胶结充填
后，再回采二步矿房，形成了不留矿柱的分段空
场嗣后充填采矿新工艺，提高矿石回采率20%以
充填体的抗压强度增长和后期有利，随着炉渣替代水泥 量的增大提高。
• 将高炉水渣细磨至﹣200目（﹣0.047mm）颗粒占60％ 以上时，有良好的胶凝性，可代替水泥50～70％，而且 充填体的抗压强度均随炉渣的用量增加而上升，是一种 廉价的水泥代用品。
2021/3/2
21
3.2高炉水渣细磨系统
• 3.2.1工艺流程
2
1.企业基本情况
2021/3/2
3
• 济南钢城矿业有限公司原为济南张马屯铁矿，位 于济南市的东郊，1966年11月建矿，因水文地质 条件复杂,1977年11月部分投产，形成年产20万吨 矿石的生产规模。1990年并入济南钢铁集团公司 ，称为济钢张马屯铁矿，2000年根据济钢股份公 司上市需要，注册为有限责任公司，是济南钢铁 集团有限公司的全资子公司。矿山在1993～1997 年实施扩产工程后，生产能力达到年产原矿50万 吨、铁精矿33万吨。现已发展成以自有矿山采选 生产为主，外购矿石、煤炭加工并举的综合型资 源企业，成为济钢集团公司的重要原料基地。
2021/3/2
14
2.3.2全尾砂胶结充填系统
• 根据试验结果，设计建设了全尾砂胶结充填系统 ，于1994年7月建成投产，
• 受场地的限制，系统全部建在矿区院内，由充填 料浆制备系统由尾砂输送线；水泥输送线；供水 线和砂浆制备线四条生产线组成。
2021/3/2
15
全尾砂胶结充填料制备站工艺流程图
3、微电脑多功能电子皮带称
4、电动单梁起重机 5、湿式格子型球磨机 6、高堰式单螺旋分级机
2021/3/27、原有双轴搅拌机 8、渣浆泵
23
3.3生产应用效果
• 高炉水渣细磨生产线于1996年9月建成投产，运行 到2002年，济钢集团的微粉生产线投产，水渣全 部用于生产微粉、超细粉，没有水渣供应停产
全尾砂胶结充填技术应用 和改造实施膏体充填探讨
冯英俊
济南钢城矿业有限公司
2013年12月
2021/3/2
1
主要内容
• 企业基本情况 • 全尾砂胶结充填技术及应用 • 高炉水渣代替部分水泥充填 • 全尾砂胶结充填应用综合评价 • 需要改进完善的问题
• 改造全尾砂胶结充填系统实施膏体充填的 探讨
2021/3/2
2021/3/2
17
2.5灰砂比和料浆浓度
• 在料浆浓度为54～67％，张马屯铁矿的灰砂比1： 4，1：5，1：6， 60天龄期单轴抗压强度在0.85～ 2.38MPa，大部分在1.0～1.68Mpa。
• 张马屯铁矿的全尾砂胶结充填设计为高浓度充填 ，浓度在60-65%。但生产难以达到。通过斜井自 流输送浓度最高只能到62%，超过既发生堵管。 生产应用55-57%，由于尾砂给料不均匀，再高极 易堵管。试验表明在灰砂比不变时，随浓度的增 加，其强度的增加还是比较显著的。
2.3全尾胶结料浆制备系统
2.3.1全尾砂胶结充填工艺
• 采用高速活化搅拌工艺，将浓密脱水后的选矿尾 砂按一定的灰砂比，与适量的水泥和水混合，先 经双轴搅拌机初步搅拌后，再经高速搅拌机进行 强力活化搅拌，制成浓度60％左右的全尾砂料浆 ，通过Φ125mm充填管自流输送充填采空区，形 成的充填体自立高度可达60m，具有良好的稳定 性。
2021/3/2
11
• 如果将选厂产出的尾矿，全部充入井下采空区， 既解决了地表无法设尾矿库的难题，又满足了井 下充填料的需求。同时在尾矿中再加入一定量的 胶凝材料，保证充填体达到适宜的强度，使回采 矿柱成为可能，提高了矿石综合回收率，充分利 用矿产资源，可获得更好的技术经济效果。
• 经过慎重决策，矿山从1993年6月开始与长沙矿山 研究院合作，共同试验研究和应用全尾砂胶结充 填技术，目标主要有两个：其一是解决充填料的 不足和地表无法建造尾矿库，选厂尾砂须返回井 下充填采空区，实现采、选、充的综合平衡；其 二是回采矿柱，提高矿石的回收率。全尾砂胶结 充填技术的成功研究应用实现了预期的目标。
2021/3/2
29
• 造成的原因主要有两方面：
• 一是尾砂给料不均匀。由于尾砂属于高细度有粘 性物料，压滤后呈块状，通过振动漏斗给料极不 均匀，造成皮带秤计量误差较大，影响灰砂比和 料浆浓度。
• 二是自流输送不能满足倍线增加的需要。随着采 矿区域向远处延伸，充填倍线不断增加，最远处 的充填倍线将达到15，在充填倍线达到3.5以上， 充填浓度55%已难以自流，为了实现自流，只能 降低充填浓度，降低充填体质量。
2021/3/2
4
• 建矿以来一直开采的张马屯铁矿床，属矽卡岩型 磁铁矿床，位于矿区中部济南辉长岩体东部接触
带，是济南铁矿区中规模较大的一个隐伏矿床， 由Ⅰ、Ⅱ号两个主要矿体和少量零星矿体组成。 矿体范围内为平原地形，地势平坦，标高在29～ 33m之间。地表为村庄农田，又紧邻胶济铁路和
公路，无河流通过，无汇水体，矿体埋藏深。累 计探明储量2883.8万吨，平均地质品位54%，属高 硫半自熔高炉富矿。
2021/3/2
12
2.2难点
• 张马屯铁矿的充填材料是选场的脱水不分级尾砂 。受矿石中含有的绿泥石、矽卡岩等成分影响， 尾砂泥化严重，粒级极细，﹣200目的颗粒约占 60%，特别是﹣400目的颗粒所占比例达40%；尾 砂的比重为2.8t/m3，松散容重1.17-1.2t/m3。
2021/3/2
13
2021/3/2
24
4.全尾砂胶结充填应用综合评价
2021/3/2
25
• ⑴、采用高速活化搅拌技术，实现了粒级细（ ﹣200目占60％以上）、泥化严重尾砂的不分级充 填全部，不设尾矿库。
• ⑵、全尾砂胶结充填技术在张马屯铁矿的应用， 实现了采矿、选矿和充填良好的闭路循环作业， 开创了在地表不设尾矿库的无废矿山先例，为我
• 堵水效果达85%以上，保障了矿床的安全开采， 开辟了我国特大水矿山帷幕注浆治水的先河。
2021/3/2
7
• 1993年矿山与长沙矿山研究院合作成功研究应用 了具有国际领先水平的全尾砂胶结充填综合技术 ，建成了国内第一个全尾砂胶结充填系统和高炉 水渣细磨系统，实现了选矿不设尾矿库的绿色选 矿目标。在此基础上，进一步完善采矿工艺，形 成了不留矿柱的分段空场嗣后充填采矿新工艺， 提高矿石回采率20%以上。资源化综合利用废石 和矿坑水，将采矿的废石加工成建筑用的石子， 将矿坑水输送到集团供冶炼使用。实现了采矿、 选矿、充填互为原料、综合平衡的良性闭路循环 ，建成了年产矿石50万吨，铁精粉33万吨的安全 、高效、无废排放的生态文明矿山。
2021/3/2
18
2.6 生产应用效果
• 设计尾砂胶结充填料浆制备能力为40 m3/小时，实际 制浆能力为45～60m3/h，平均充填能力51m3/h。灰沙 比一步矿房1︰4～1︰6，二步矿房1︰10，平均灰砂 比1：5，单位水泥消耗190kg/m3。料浆浓度最高60% ，一般55％，在充填倍线大于3.5时料浆浓度50%。充 填体试块180天的平均强度为1.42MPa(强度低于1 MPa 占33.3％，在1～2 MPa之间的占49.1％，2～3 MPa之 间的占15.8％)。充填成本77.65元/m3（当时水泥价格 190～200元/t）；现在充填成本105元/m3。
2021/3/2
5
• 张马屯铁矿床是国内罕见的大水矿床，水文条件 极其复杂，先后投入巨大资金进行水文地质勘探 和地下水治理工程。
• 在1970～1975年对该矿床进行了大规模的水文地 质勘探，表明该矿床水文地质条件极为复杂，矿 坑涌水量特别大，预测﹣360（最低开采水平）坑 道涌水量41.4万m3/d。
• 高炉水渣细磨站平均生产能力为5.51t/h（湿量） ，当分级机溢流浓度在25％左右时，能保证高炉 水渣磨细粒度-200目占60％以上。
• 在生产中水渣代替量为40～50％。凝固快，强度 高，充填效果好；充填体的自立性、稳定性好于 只用水泥充填。
• 高炉水渣磨细单位成本为42.44元/t，比水泥充填 的77.65元/t降低了35.21元/t。
上。
2021/3/2
27
5.需要改进完善的问题
Fra Baidu bibliotek
2021/3/2
28
• 问题主要是充填浓度降低，充填体质量差，影响 矿房回采。
• 张马屯铁矿胶结充填料浆浓度并未达到设计的 60%高浓度充填要求，目前只有50～55%左右。造 成充填体强度低，二期矿房回采时两侧的全尾砂 胶结充填体塌落较多，矿石中混入充填料，直接 降低了矿房回采率，同时影响了矿石的破碎筛分 及选矿生产。因此，尽可能提高充填料浆浓度， 提高充填体强度是目前矿山生产中的紧迫要求。
2021/3/2
6
• 确定采用“以堵为主，排、堵结合”的防治水方 法。1975年12月至1979年9月对7勘探线以东、水 文地质条件相对简单的Ⅰ号矿体实施了小帷幕注 浆堵水试验工程。
• 借鉴小帷幕注浆堵水的成功技术经验，于1993年3 月到1996年12月，对矿床西段（7勘探线以西）的 矿体实施大帷幕注浆堵水工程。
2021/3/2
8
• 公司在帷幕注浆堵水和全尾砂胶结充填技术方面 积累了比较丰富的经验，为国内地下金属矿山提
供了范例，在一些同类型矿山已得到了很好的应 用；也被教材、专家学者研究引用。
2021/3/2
9
2.全尾砂胶结充填技术及应用
2021/3/2
10
2.1项目背景
• 矿山扩产，将原矿生产能力提高到50万吨，同时 建设选矿厂。扩产带来两个问题：一个是充填料 的来源。矿山地表为村庄农田，又紧邻胶济铁路 和公路，不能塌陷变形，必须充填。矿山年产原 矿50万t,每年形成约12万m3的采空区，需充填料 20万t，而井下产生废石只有3～4万t，大量充填 料靠外购或建采石场解决，经济上不合理，也难 以实施。另一个是尾矿的堆存。为了满足炼铁的 精料需求，建设选矿厂，生产品位65％以上的铁 精矿。而矿山紧邻高新技术开发区，在矿区内或 附近无建尾矿库的合适场地，无法解决尾矿排放 问题。
2021/3/2
16
2.4料浆输送
• 经过计算充填倍线在3.5以内可以实现自流输送； 在充填倍线大于3.5区域当时选用混凝土输送泵加 压输送。经过试验混凝土输送泵间歇输送与连续 制浆不匹配，应用不成功，后来放弃了，全部采 用自流输送充填料浆。全尾砂胶结充填料浆通过 Φ125mm充填管沿25°的斜井自流到井下充填水 平，进入采空区充填。
国矿山环保提供了宝贵经验。
• ⑶、将高炉水渣细磨至﹣200目占60%以上，代替 充填水泥50%-70%，不仅凝固快，强度高，充填 效果好，而且能大幅度降低充填成本。
2021/3/2
26
• ⑷、应用全尾胶结充填工艺，及时充填采空区， 形成的充填体直立高度接近60 m，直立性和稳定 性好，抗爆破冲击能力强，能够代替矿柱控制地
• 工艺是将高炉水渣磨细、分级，﹣200目占60％以上的 合格产品送至充填制浆站，与水泥、尾砂混合搅拌， 制备全尾砂充填料浆。
• 炉渣用自卸汽车从炼铁厂运至炉渣料仓，其容积为
24m3，经GZD-30振动给料机，均匀地卸入TD75-5050胶
带运输机（长31.5m，坡度18º），经微电脑多功能电
子皮带称，送入球磨机（MQG-1500×3000）,由流量计
2021/3/2
19
3.高炉水渣代替部分水泥充填
2021/3/2
20
3.1高炉水渣细磨的胶凝性
• 试验表明：高炉水渣细磨至﹣0.047mm（﹣200目）颗 粒占60％以上时，有良好的胶凝性。在灰沙比和浓度相 同的情况下，炉渣代替水泥30％以上时，强度比不用炉 渣高，而且28天和90天的抗压强度均随炉渣的用量增加 而上升；炉渣代替水泥量小于30％时，试块的抗压强度 不稳定。说明在一定条件下，用炉渣代替部分水泥，对
计量加水磨细，自流到螺旋分级机（FLG-1500）进行分
级，粗颗粒再返回到球磨机再磨，合格产品（-200目占
60％以上），从分级机溢流经管道（DN-100mm）由两
台渣浆泵（一台备用）运至双轴搅拌机，与水泥、尾
砂2021混/3/2合制浆，自流至井下充填。
22
高炉水渣细磨工艺流程图
1、电机振动给料机 2、胶带输送机