基于膏体技术的矿山尾矿充填-会泽铅锌矿膏体充填工程及创新课件.ppt

1、 矿山开采60余年，既有尾矿库及炉渣堆场超限服务，存在极大的安全及环保威胁，被禁止继续使用并必须进行安全及环保隐患整改；矿区地理及生态环境（高原河谷地区、长江中上游保护区）的制约，尾矿库及炉渣堆场选址困难，建设及运营、维护费用高昂；矿床集“深（垂直深1600m以上）、水（近邻牛栏江）、碎（高原河谷、高应力）”为一体，既有碎石水砂充填不能满足采矿安全的要求。提高资源利用率，确保开采安全和环境保护；实现尾矿、炉渣、废石等固体废物的资源化与综合利用，建设无尾矿库矿山；通过固体废物的综合利用，解决矿山既有尾矿库、炉渣堆场的安全与环保问题和采矿安全生产问题。尾矿独特性白云质岩石尾矿，浓密和活化搅拌性能较

2、差，难活化，易板结；工程特殊性深井（开采深度1600m）、长距离（输送距离5000m）；集料复杂性全尾砂、干粗尾砂、冶炼炉渣、采掘废石等多集料；复杂的采矿环境及高强度的采矿效率-对膏体凝固时间及性能要求较高。尾矿深度脱水耙式深锥浓密机（脱水、活化）膏体配比优化固料颗粒级配、提高膏体密度（浓度）膏体均质化、活化机械力化学高能搅拌系统 膏体输送克服管道沿程阻力（机械力或膏体位能）膏体固化自然风干（堆贮）或胶结剂固化（充填）膏体安全与环保提高膏体固化体的稳定性会泽矿山膏体充填实施工艺流程料位计60泵2#钻孔循环管线循环管线料位计电动阀尾砂管振动筛圆盘给料机300750电动阀料位计胶带机 搅拌槽料位计

3、泵6060泵1#钻孔2053中段1751中段 尾矿坝来砂管浓密尾砂管料位计电子皮带秤供水阀砂泵充填管换向阀双螺旋搅拌机双轴叶片搅拌机料位计料位计溢流水91-189料位计冲洗水管进事故池深锥浓密机水淬渣仓水泥仓 选厂尾砂管 浓密系统 尾矿浆脱水浓缩系统由进料系统、深度圆锥形浓密机系统、絮凝剂系统、尾矿浆脱水浓缩系统由进料系统、深度圆锥形浓密机系统、絮凝剂系统、底流循环活化系统、排料系统、死泥活化系统六部分组成，系统之间相互协调底流循环活化系统、排料系统、死泥活化系统六部分组成，系统之间相互协调联动，通过计算机在线控制中心实现系统远程联动控制，获得合格高浓度尾矿联动，通过计算机在线控制中心实现系统

4、远程联动控制，获得合格高浓度尾矿浆，满足膏体制备系统物料需求。浆，满足膏体制备系统物料需求。絮凝剂添加系统 絮凝剂添加系统由絮凝剂泵、絮凝剂溶液管路、絮凝剂添加点、絮凝剂絮凝剂添加系统由絮凝剂泵、絮凝剂溶液管路、絮凝剂添加点、絮凝剂溶液混合装置、潜伏吸入式絮凝剂添加装置组成。目前，大部分浓密设备都溶液混合装置、潜伏吸入式絮凝剂添加装置组成。目前，大部分浓密设备都是基于絮凝沉降理论发展而来，即通过在浓密机中添加一定量的有机高分子是基于絮凝沉降理论发展而来，即通过在浓密机中添加一定量的有机高分子絮凝剂，提高固液分离速度，加速尾矿固体颗粒的沉降，提高浓密机脱水效絮凝剂，提高固液分离速度，加速尾矿固体

5、颗粒的沉降，提高浓密机脱水效率，从而制备出较高底流浓度的浆体。其作用机理是通过减少或使胶体间的率，从而制备出较高底流浓度的浆体。其作用机理是通过减少或使胶体间的电斥力反向，通过聚合物架桥作用使颗粒连接变大而引起固液分离。电斥力反向，通过聚合物架桥作用使颗粒连接变大而引起固液分离。尾矿结构性质与絮凝剂混合和分配是影响深度圆锥形浓密机正尾矿结构性质与絮凝剂混合和分配是影响深度圆锥形浓密机正常运行的关键因数。常运行的关键因数。如何让尾矿通过絮凝后均匀沉降是保障深锥长周期稳定运行的如何让尾矿通过絮凝后均匀沉降是保障深锥长周期稳定运行的有效途径。有效途径。根据存在的问题开展了尾矿沉降特性研究试验根据存在

6、的问题开展了尾矿沉降特性研究试验：0.1110020040060080010001200沉降速度/mm.min-1沉降时间/min 10g/t 20g/t 30g/t 40g/t510152025303540455354555657585960616263沉降浓度（%）絮凝剂单耗（g/t)膏体制备系统 膏体充填制备系统由胶凝材料添加系统、骨料添加系统、尾矿给料系膏体充填制备系统由胶凝材料添加系统、骨料添加系统、尾矿给料系统、粉尘循环利用系统组成。膏体物料由尾矿浆、骨料、胶凝材料组成，统、粉尘循环利用系统组成。膏体物料由尾矿浆、骨料、胶凝材料组成，通过一定的比例配制出合格的膏体。通过一定的比例配

7、制出合格的膏体。水泥仓水淬渣仓给料机螺旋输送机皮带运输机搅拌系统电子称流量称尾砂浆供水管膏体输送技术 会泽矿山膏体充填系统管线是国内目前最长的一条充填管线。为了确保会泽矿山膏体充填系统管线是国内目前最长的一条充填管线。为了确保系统的可靠性，最初设计采用泵压输送方式，将膏体输送至采场。系统的可靠性，最初设计采用泵压输送方式，将膏体输送至采场。1、膏体自流输送技术 膏体自流输送理论依据是膏体以自身的势能为动力克服管道沿程阻力而膏体自流输送理论依据是膏体以自身的势能为动力克服管道沿程阻力而流动，实现自流的条件是膏体在系统中具备的势能必须大于流经管道时克服流动，实现自流的条件是膏体在系统中具备的势能必

8、须大于流经管道时克服沿程阻力所须消耗的能量。根据能量守恒定律的基本原则，自流的必要条件沿程阻力所须消耗的能量。根据能量守恒定律的基本原则，自流的必要条件可用公式（可用公式（1）表示。管道的长度（）表示。管道的长度（L）和管道的进出口之间的高度差（）和管道的进出口之间的高度差（H）是）是决定膏体能否自流的关键因素。对于矿山充填来说，随着采区的延伸，管线决定膏体能否自流的关键因素。对于矿山充填来说，随着采区的延伸，管线不断加长，管线沿程阻力也越大，膏体输送能力逐渐降低。当阻力达到极限不断加长，管线沿程阻力也越大，膏体输送能力逐渐降低。当阻力达到极限值时，膏体停止流动。在实际运行中，随着输送管线的延

9、伸，垂直管道中膏值时，膏体停止流动。在实际运行中，随着输送管线的延伸，垂直管道中膏体的高度都在自行调整，以提供相应的压力体的高度都在自行调整，以提供相应的压力。既适用于整个管道输送系统，既适用于整个管道输送系统，也适用于管线的每个区段自流系统，这也是判断整个输送系统能否实现连续也适用于管线的每个区段自流系统，这也是判断整个输送系统能否实现连续自流的基本原则。自流的基本原则。通过输送管线优化，采用自行研制的节点变径技术和排气稳压装置，优通过输送管线优化，采用自行研制的节点变径技术和排气稳压装置，优化膏体制备工艺，调整膏体内物料粒级组成改善其流动性、稳定性，有效防化膏体制备工艺，调整膏体内物料粒级

10、组成改善其流动性、稳定性，有效防止了膏体在输送管中分层和离析。经过一系列技术改进和系统完善，最终实止了膏体在输送管中分层和离析。经过一系列技术改进和系统完善，最终实现了高浓度（现了高浓度（79%81%）、长距离（）、长距离（5188m）膏体自流输送，打破了膏体不）膏体自流输送，打破了膏体不能自流输送的争议，攻克了高浓度长距离膏体自流输送容易堵管的难题，此能自流输送的争议，攻克了高浓度长距离膏体自流输送容易堵管的难题，此技术的成功应用在国内长距离膏体输送方面独此一家。高浓度、长距离膏体技术的成功应用在国内长距离膏体输送方面独此一家。高浓度、长距离膏体自流输送技术的成功应用，填补了国内该项技术的空

11、白。自流输送技术的成功应用，填补了国内该项技术的空白。会泽矿山膏体充填坑内膏体输送管路2053中段1#钻孔至8、10#矿体5#事故池至1631废弃巷道至1499中段废弃巷道至1391-10#矿体1751中段1#事故池2#事故池3#事故池2#斜井口2#斜井脚6#事故池至1475中段156线措施小井至1391-8#矿体至1331-10#矿体至1261中段采场1451中段3#钻孔二级搅拌槽下料口换向阀箱体至1#矿体1844中段至1#矿体1832中段至1#矿体1764中段至1#矿体1644中段至1296中段采场三通手动闸阀事故池手动闸阀膏体充填站布局紧凑、工艺流畅水泥及水淬渣给料系统水泥及水淬渣给料系

12、统尾矿连续浓密深度脱水尾矿连续浓密深度脱水系统系统膏体均质活化制备系统泵压输送系统及机械力化学能机构充填准备均质、活化的膏体产品膏体充填体接顶良好年份年份充填膏体充填膏体/m3尾矿及其他固体废物消耗尾矿及其他固体废物消耗/t流程尾矿流程尾矿水淬炉渣水淬炉渣再选尾矿再选尾矿库存尾砂库存尾砂生产废石生产废石近七年近七年854285332826000近六年近六年705998314919024000近五年近五年1384881752642468856484050292近四年近四年13038715864726165127870047349近三年近三年1444871859133002993144052470

13、近二年近二年16076519910839295399681083158381近一年近一年1728222140414224242965062759总总 计计826090-膏体充填量统计 膏体的重量浓度801%、坍落度18cm23cm；密度2060kg/m32100kg/m3 膏体充填系统生产能力60m3/h 膏体平均水泥消耗9.0%（灰砂比1:41:16，单轴抗压强度1.0MPa6.0MPa）膏体生产成本75元/m3 矿石回收率提高3个百分点，采矿贫化率降低2个百分点 坑内排水、排泥费用节省100万元/年 固体废物堆贮投资及堆贮成本节省1237万元/年 采、选直接成本降低（降低采矿贫化率）423

14、万元/年 间接利润（提高矿石回收率）增加3494万元/年 直接成本增加（膏体充填与水砂充填比）1650万元/年 综合经济效益：3604万元/年 尾矿、水淬炉渣、采掘废石利用率100%（无尾矿排堆而无须占用土地建设尾矿库），膏体充填并逐渐消耗历史堆贮尾矿。膏体密度2060kg/m32100kg/m3、强度6.0MPa1.0MPa，致密、坚硬，更接近天然岩体（矿体），不会析出有害组份造成地下环境污染。环境监测结论：充填作业点涌水、井下最深作业水平涌水水样均充填作业点涌水、井下最深作业水平涌水水样均达到国家标准达到国家标准污水综合排放标准（污水综合排放标准（GB8978-1996）、地表水环境质量标

15、准（地表水环境质量标准（GB3838-88）、地下水水地下水水质标准（质标准（GBT 14848-93）的的I、II类水质标准。类水质标准。全尾砂膏体充填对地下水环境影响的监测与评价 固体废物经胶结处理后，可将有害物质封存在充填体固体废物经胶结处理后，可将有害物质封存在充填体内，不会造成环境污染。水样监测结果显示，水样中的内，不会造成环境污染。水样监测结果显示，水样中的镍、铬、镉、砷、硒浓度都出现了下降，说明充填膏体镍、铬、镉、砷、硒浓度都出现了下降，说明充填膏体可以吸附镍、铬、镉、砷、硒等物质，具有改善水质的可以吸附镍、铬、镉、砷、硒等物质，具有改善水质的作用作用 。防止工程地质灾害，提高生

16、产安全性 全尾砂膏体密度高、不析水、无沉降，充填能够很好地接顶；充填体致密、坚硬（强度全尾砂膏体密度高、不析水、无沉降，充填能够很好地接顶；充填体致密、坚硬（强度高），接近天然岩体，对于围岩能够起很好的支撑作用；全尾砂膏体对破碎岩体具有填充高），接近天然岩体，对于围岩能够起很好的支撑作用；全尾砂膏体对破碎岩体具有填充和胶结作用，从而加强围岩自身的支撑能力；全尾砂膏体够防止工程地质灾害和提高生产和胶结作用，从而加强围岩自身的支撑能力；全尾砂膏体够防止工程地质灾害和提高生产安全性。安全性。解决了全尾砂深度脱水和贮存的技术及装备难题；解决了白云岩尾矿凝固性的技术问题；解决了多组份、多相物质复合膏体稳

17、定性的技术问题；解决了多相复合物均质体的制备技术及装备难题；解决了膏体深井（1600m）、长距离（5000m以上）自流输送和机械输送的技术及装备难题；建成了生产能力60m3/h的基于全尾砂的多相复合膏体充填系统；实现了无尾矿库矿山目标（尾矿、炉渣、废石利用率100%，历史堆贮尾矿逐渐消耗）。驰宏公司会泽矿区的全尾砂颗粒较细，烧失量较多；全尾砂和炼铅炉渣均含较高的氧化镁；炼铅炉渣为玻璃态等。采用普通水泥与尾砂胶结充填，无论全尾砂-炼铅炉渣胶结充填体还是全尾砂胶结充填体，均不能在7天内正常凝结硬化，且充填体后期强度较低，难以满足采矿工艺技术的要求。驰宏公司通过大量的理论分析和试验，添加较粗的炼铅炉

18、渣调整全尾砂的粒级组成，使充填骨料达到最优级配，将充填料浆提高到膏体浓度水平，采用强力剪切搅拌的机械力化学促凝方法，解决了充填体不能正常凝结硬化，后期强度较低的难题。以浆体动力学和浆体流变学理论为基础，研究开发了全尾砂的深度脱水技术，解决了尾矿浆制备原料全尾砂膏体的技术难题，为实现全尾砂膏体充填奠定了物质基础。引进、消化深锥浓密机，开发出具有自主知识产权（专利）的“全尾砂膏体连续制备及存贮机构”。驰宏公司发明的“全尾砂深度可控匀质浓缩技术”，是将选厂的全尾砂浆首先输送到地表充填制备站的缓冲均化稳定搅拌槽，形成浓度稳定、固体物料均匀、流量恒定的全尾砂浆体，自流到深锥浓密机中，再利用“潜伏吸入式絮

19、凝剂添加装置”将絮凝剂添加到全尾砂浆体中，使全尾砂粗细颗粒一同快速均匀沉降，避免了全尾砂沉降的自然分级。浓密机内部料浆浓度稳定到74%-76%的范围内。制备出连续稳定、物料颗粒均匀的高浓度全尾砂浆体，为膏体制备创造了良好条件。以机械力化学理论为基础，研究开发适合于较细物料组成体的活化技术，解决了高密度粘稠性膏体的均质、稳定、可塑、固化等技术难题。开发研制出具有自主知识产权（专利）的“膏体高能连续搅拌机”和“膏体机械力化学活化机构”。开发研制出具有自主知识产权（专利）的“钻孔排气控速装置”、“钻孔卸压及抗磨装置”、“节点流速控制装置”。利用高度1600m的膏体位能实现了管路长度5000m以上的膏

20、体自流输送。驰宏公司会泽矿，当时是国内充填管线最长、充填深度最大的矿井，也是世界上充填管线最长的矿山。建立了膏体充填管流沿程阻力的“驰宏经验公式”。对于牛顿体非均质两相流，国内外当时已有十多种水力管道输送固体物料管流沿程阻力计算的经验公式。对于非牛顿体的膏体充填料，当时国内还没有相应的管流沿程阻力计算经验公式可借鉴选用。驰宏公司根据膏体充填料材料及性能试验、膏体充填料泵送环管试验等，结合浆体流变学、管道静力学等理论分析，推导出了适合特定膏体充填料的管流沿程阻力计算的“驰宏经验公式”。驰宏经验公式的通式：深锥系统历年压耙事故统计：通过采取深锥技术改造、精细通过采取深锥技术改造、精细操作、生产组织

21、管理等组合方式，操作、生产组织管理等组合方式，深锥运行稳定性大幅提高，从深锥运行稳定性大幅提高，从2007年正式投产压耙年正式投产压耙36次降低到次降低到3次，次，深锥连续稳定运行时间超过深锥连续稳定运行时间超过180天天。膏体系统投产之初，堵管事故频繁发生，主要为钻孔堵塞和充填管线全线、局部堵管。2007年至2010年，每年堵管8-12次，原因为工艺系统配比和生产组织管理经验缺乏。通过持续不断的实验室工艺实验和现场生产摸索，探索适合会泽矿山的工艺技术及工艺管理、生产管理经验模式，2011年后，全线堵管每年发生1次，采场局部堵管每年发生3-4次。系统投产运行前3年，采场充填膏体出现多批次、大面积不凝固现象。分析其原因主要有两个：一是工艺系统管理过程中，工人操作技能参差不齐；二是与胶凝材料选择和供应有关系。采取对应的措施是总结经验，开展内部技能培训，优选胶凝材料，保证膏体质量。尾矿的安全与环保问题得到政府和业界高度重视，尾矿膏体处置的优势已经确立，工艺技术及装备的先进性，是改变我国尾矿安全与环保局面、推进我国尾矿安全与环保的基础。