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磷石膏充填无废高效开采技术

发布时间:2016-11-24 15:28:47 点击次数:

    一、技术类型

    非金属矿山高效采矿技术。

    二、适用范围

    厚缓倾斜-倾斜破碎矿体。

    三、技术内容

    (一)基本原理

    通过磷废料的改性与磷矿山开采方法的根本变革及相关配套工艺技术的研究,首次在国际上率先实现磷废料的大规模再利用与磷资源的安全高效低贫损连续开采方法完美结合,解决我国目前磷资源开采损失贫化大与磷石膏大量排放严重污染环境的问题。
    (二)关键技术

    1.磷废料充填技术

    ①磷废料作为充填骨料改性研究:通过对磷石膏物理化学特性、不同成份添加剂配比试验等研究,发现磷石膏和粉煤灰的胶结活性、酸碱度等具有互补性,实现了磷石膏改性,研究黄磷渣潜在胶凝活性与激活剂类型。

    ②磷废料胶结充填匹配试验研究:得出磷石膏作为充填骨料的合理配比及黄磷渣全部代替水泥的合理配比(已获专利)。

    ③长距离低高程泵送磷废料充填系统及料浆输送技术:针对磷矿山开采磷废料充填倍线小、距离长、料浆输送困难等问题,采用半理论计算与分析方法,得到无室内试验条件下的磷石膏充填输送阻力与内压,创建了国际上第一套长距离低高程磷废料充填系统(已申请专利),解决了超细磷废料输送计量难、酸性腐蚀,发明矿用尾废充填料大块筛分打散装置(已获专利),为磷化工固体废料的工业规模再利用提供了从地面制浆到井下充填全套技术。马路坪矿长距离低高程泵送磷废料充填系统及其配套技术自2007年通过验收并推广使用以来运转正常。

    ④嗣后充填快速脱水系统施工与设计:针对磷废料料浆粒级细、充填脱水慢、易跑浆漏浆、养护周期长、采场回采循环时间长、生产能力低的难题,提出了一种磷废料充填料浆快速脱水系统(已获专利),同时采用充填漏水器预脱水(已获专利)、特殊包扎脱水管等技术,成功实现了超细磷废料浆体充填脱水和固化。

    2.采矿方法与关键技术

    ①中厚缓倾斜破碎矿体采矿方法研发:针对倾斜中厚破碎矿体充填法机械化开采脉外采准废石掘进量大,脉内采准采场个数少,充填法工序多,回采强度低,采场生产能力低的不足,研发了具有知识产权的脉内采准无间柱分段连续充填采矿法等5项中厚缓倾斜~倾斜破碎矿体的绿色采矿方法。

    ②开拓采准工程合理布置研究:针对磷矿床矿岩破碎特别是红页岩支护困难的难题,采用上盘无轨采准系统,将主要采准工程布在相对稳固的上盘白云岩和磷矿体内。

    ③采场支护参数与稳定性研究:对主要人员与设备出入的凿岩出矿平巷采用管缝式锚杆与金属网喷锚支护,对位于采场中央的切割槽采用长锚索+锚杆+金属网联合支护,人为形成悬吊梁,改变采场内顶板的应力分布,扩大采场稳定跨度,从而提高回采单元的矿量与生产能力。

    ④底板三角矿石回收方法研究:创新性地应用长臂式爬装机与井下大型无轨采掘设备结合,合理布控,解决了缓倾斜矿体开采贫化损失大,三角矿量无法回收等世界性难题。实现了中厚缓倾斜~倾斜破碎矿体的安全、高效、低贫损、低成本开采。

    (三)工艺流程

    1.磷废料充填工艺技术流程

    马路坪充填系统料浆制备由以下几条工艺流程组成:

    (1)磷石膏、粉煤灰供料线。磷石膏、粉煤灰用自卸汽车运到充填站的磷石膏库。充填时,将磷石膏、粉煤灰混合后用装载机上料卸至1#中间料仓,然后通过带破拱架的单台板振动放料机放料,由皮带输送机送入打散机,打散后的磷石膏经振动筛筛分剔除大块杂物后落入2#中间料仓,再通过带破拱架的单台板振动放料机放料,由皮带输送机输送,经皮带电子秤自动计量送入高浓度搅拌设备。磷石膏干料供料能力为45-64t/h,磷石膏湿料供料能力为60-86t/h,磷石膏采用皮带电子秤自动计量,并通过调节单台板振动放料机的变频调速器的频率实现磷石膏给料量的调节。

    (2)水泥供料线。水泥供料线有2条(其中1条备用),每条线的供料能力为5-28t/h,当水泥的供料能力要求大于28t/h时,采用2条线同时供料。水泥采用水泥罐车送至充填站,经压气自动卸入100吨钢制料仓。充填时,水泥由双管螺旋喂料机放料,再经单螺旋电子秤计量后输送到搅拌机;并通过调节双管螺旋喂料机的变频调速器的频率来实现水泥给料量的调节。

    (3)供水线。通过马路坪+860m水泵把水输送到充填站500t高位水池。充填时,水由高位水池通过水管供给,经电磁流量计计量,由电动调节阀和水阀调节给水量。正常供水流量为26-41m3/h,冲洗管道的最大用水流量为90m3/h左右。

    (4)充填料浆制备线。磷石膏、水泥、水先经双轴搅拌机进行初步搅拌后,再经强力活化搅拌机进行活化搅拌,搅拌均匀的充填料浆采用泵送充填或自流充填。经充填天井、充填斜井、+940m北副斜井、斜井联络道、+820m(或+750m)运输平巷、采场充填井输送到采场。

    2.中厚倾斜破碎矿体开采方法工艺流程

    (1)用沙坝矿公路下磷矿山开采方法工艺流程

    (2)马路坪矿中厚倾斜破碎矿体开采方法工艺流程

    开采工艺流程如下:

    (1)采场凿岩。采用SandvikDL330-5电动液压中深孔凿岩台车打眼,在凿岩出矿巷中钻凿上向扇形中深孔,中深孔孔径60-65mm,排距2.0m,孔底距2.0-2.4m。根据马路坪矿矿体赋存条件及凿岩参数,采用作图法分析知,采场单排布孔8个,总孔深93.723m,每米炮孔崩矿量7.029t。

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用沙坝矿磷废料充填系统及料浆输送技术工艺流程图

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马路坪矿长距离低高程泵送磷石膏充填系统及料浆输送技术工艺流程图

    (2)采场爆破。采用装药器或中深孔药卷,以通风切割上山为自由面,沿采场全断面拉开,第一次进行切采爆破,形成沿全断面拉开的切割槽。采场全断面拉开后进行分次爆破,每次爆破3-4排,前进式回采,采场最后爆破矿体靠近充填体。爆破采用非电毫秒差导爆管,同排同段,分排分段加导爆索的并联网络起爆。非电毫秒导爆管药包位于距孔口2.5-3m处,各排导爆管脚线分别用胶布固定绑紧在传爆线上,再将传爆线并联到主传爆线上,用电雷管点火起爆。

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用沙坝矿公路下磷矿山开采工艺流程图

 

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马路坪矿中厚倾斜破碎矿体开采工艺流程图

 

    (3)采场支护。采场支护地点为凿岩出矿巷道,视巷道顶板稳定情况采用锚杆加以支护。锚杆支护网度为0.9mx1.0m,局部比较破碎地段采用锚杆与金属网联合支护或者长锚索加金属网联合支护,并喷射混凝土。切割上山:原则上采用锚网支护(1.8m长开缝式锚杆和2.0mx2.0m金属网),层理发育地段增加锚索进行加强支护,锚索支护网度为2.0mx2.0m;对剪节理发育等破碎和松散岩层(或假顶层),采取揭顶后,进行锚网(1.8m长开缝式锚杆和2.0mx2.0m金属网)和5.3m的长锚索联合支护。

    (4)采场出矿。采用EST1020电动铲运机或ST1020柴油铲运机出矿,经脉外出矿横巷,倒人出矿溜井。

    (5)采场通风。新鲜风流由下中段平巷进人斜坡道,经分段联络巷至分段平巷,进人采场工作面。采场污风由通风切割上山排人上分段凿岩出矿平巷,从上分段凿岩出矿平巷进人上中段平巷,由矿山回风井排出地表。 

    四、主要技术指标

    1.盘区尺寸由600-800m缩短为400m;

    2.相对盘区生产能力由756t/a提高到1024t/d;

    3.采切比由6.847m/kt降低至5.782m/kt;

    4.矿石回收率从68.7%提高到92.03%;

    5.矿石贫化率从4.89%降低至1.58%;

    6.磷石膏充填技术推广至开磷集团可延长服务年限20.5年以上。

  五、典型实例及成效

    开磷集团为了尽快稳妥地推广应用磷石膏充填采矿技术,在用沙坝矿段南端进行了磷石膏充填采矿试验,采矿回收率达到92.6%,与目前使用的空场法相比(回收率68.7%),采矿损失率降低23.9%。至2007年12月,用沙坝矿段已开采保安矿柱矿石量71.3万t,实现经济效益17784.4万元;该技术在用沙坝矿南端正常矿段已采出矿石量3.56万t,回收率由68.7%上升至92.6%,由于提高资源回收率新增经济效益200.1万元;减少磷石膏排放36.4万t,减排实现环保效益891.8万元。磷石膏充填采矿技术已累计在开磷集团矿业总公司获得直接经济效益18876.3万元。但是,磷矿元废害开采综合技术研究也存在一些问题,主要是:(1)采准比较高。由于采用了脉外采准系统,故脉外工程量大,从而采准比较普通脉内布置的采准系统要高。在推广应用时,建议根据矿岩稳定性合理布置脉内与脉外采准的比例,降低采切比。(2)用沙坝矿段公路下矿床开采留有部分永久矿柱,资源回收率/有79.6%,永久损失矿量偏大,对于提高磷矿石资源回收率仍有待于深化研究。

    六、推广前景

    磷矿是一种不可再生的宝贵资源,2000年国土资源部已将磷矿列为2010年后不能满足国民经济发展需求的20个矿种之一。目前我国磷资源以缓倾斜矿体居多,一直沿用传统的空场法和崩落法开采,不但贫化损失率高,而且导致开采境界内的山体崩落、采空区塌陷等重大工程灾害。磷石膏是生产磷酸的工业废料,每生产1吨磷酸产生5吨磷石膏,目前我国每年排放磷石膏2000多万吨,并且以每年15%的速度增长,而国内对磷石膏的综合利用率仅为10%左右,磷石膏是一种强酸性物质,堆积地表,遇水成浆,严重污染环境,在全世界范围内已成为一大公害,大量堆积的磷石膏以成为制约我国磷肥工业可持续发展的瓶颈,如何有效地处理磷废渣已成为我国乃至世界的一个迫切需要解决的技术难题。磷石膏充填无废开采不仅可实现矿床资源回收率的提高,生产废料循环再利用,并且可以实现在保障经济发展的同时,确保生态环境受到保护,实现绿色发展目标。

    本技术的推广,将彻底改变了我国磷废料大量堆置对地表环境产生危害的现状,实现磷化工矿山的无废害开采,提高资源回收率。在全国推广应用,预计每年多回收磷矿资源1000万吨以上,减少大量的磷废渣堆存占地与环境灾害,潜在经济效益每年将达到50亿元以上,推广应用前景广阔,对我国磷石膏的综合开发利用意义十分重大。  

    七、联系方式

    对此技术有意合作者请联系13816882409孙先生洽谈或发邮件至sslqjx@163.com

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