金川二矿区固液废弃物综合利用工艺技术实践及研究

金川矿山在生产中产生大量的固液废弃物,包括废石、尾砂及废水,如何有效利用这些固液废弃物,保护矿山地质环境,实现矿山"降污、减排,绿色长远发展"目标,是管理和技术人员必须面对的难题。基于金川矿山废石堆存现状和金川二矿区废石充填利用规划,从井下废石充填工艺技术要求、废石+河沙/棒磨砂混凝土自流充填工艺实践,尾砂重力自流输送和膏体泵送充填、井下废水回收和利用4个方面阐述了综合利用固液废料的技术方法,通过固液废弃物综合利用,减少了尾砂和废石对外排放,减少了对周边资源的开采及破坏,保护了周边环境,产生了显著的经济效益和社会效益。井下废水的回收及二次利用,为金昌地区节约了宝贵的水资源。     

充填采矿法引起的地表变形数值模拟研究

胶结充填采矿法开采急倾斜矿体对地表的影响与其他采矿方法不同,有着自己的规律。本研究利用FLAC3D数值模拟软件对金川充填采矿法引起的地表变形进行了研究,提出了金川二矿区地表变形的一般规律,初步得出金川二矿区地表裂缝的产生是由于采矿所引起的结论;并且解释了地表裂缝的出现滞后于开采的现象;对计算结果用GPS测量结果进行了校合,验证了计算的可靠性;最后,研究了充填体弹性模量对地表沉降的影响。     

金川矿山废料胶结充填工艺技术研究

分析了金川矿山工程废石、选矿尾砂和矿坑废水的物理化学性质,研究了满足金川矿山下向胶结充填采矿工艺条件的"废石+尾砂+水泥+废水"胶结料浆配合比参数,提出了"废石+尾砂+水泥+废水"胶结料浆的制备工艺和满足远距离管道输送的工艺流程参数。     

金川二矿区充填工艺优化及效益评价

金川二矿区高浓度细砂管道自流胶结充填工艺,为二矿区采富保贫、稳产高产做出了巨大的贡献.根据金川二矿区充填工艺现状并结合笔者多年研究成果和实践经验的体会,提出了对充填工艺进行优化的思路,即优化进路底部充填和进行井下固体废料资源化利用,并对其经济效益做出了分析与评价.     

金川矿区的地下采矿方法

金川镍矿井下开采的20年生产实践表明,不宜采用崩落采矿法和干式充填采矿法,而采用胶结充填采矿法则收到了较好的效果。在胶结充填采矿法中又以上向水平分层胶结充填法和下向倾斜分层胶结充填法效果最佳。上向水平分层胶结法劳动生产率高、结构安全、矿石的贫化率及损失率较低,但要求矿岩稳固;与上向水平分层胶结充填法相比,下向倾斜分层胶结充填法虽然劳动生产率稍低、矿石贫化率及损失率大和木材消耗量高,但适应条件好,可在矿岩破碎及产状较复杂的矿体中采用。 本文还介绍了金川镍矿的机械化充填系统。一矿区的充填系统是由地表水泥搅拌站、砂石仓和井下混凝土搅拌站、电耙耙运系统组成。二矿区由于采场深度在500米以下,水平距离为200～1300米,不适于电耙输送,而采用高浓度(78～80％)细砂料浆管道新工艺,比较好地解决了问题。 文章对金川镍矿今后的发展还提出了改进意见。     

金川二矿区地表裂缝沉降变化规律及形成机制分析

我国最大的充填法开采矿山——金川二矿区在采用胶结充填采矿法开采18 a后,发现了大范围的山体开裂和地表裂缝,引起了人们的关注.因此,研究充填法开采矿山地表裂缝沉降变化规律及形成机制成为一项重要课题.以实地踏勘调查与地表GPS监测的长期现场数据为依据,阐述了金川二矿区自2000年2月以来呈现大范围地表岩体沉降开裂的现象.通过裂缝区调查、测绘与槽探,揭示了地表裂缝区范围与特征;从沉降裂缝区的形成、岩体移动与变形规律及沉降裂缝发展趋势等方面,分析了金川二矿区地表裂缝沉降变形规律;由矿区地质构造、围岩应力分布出发,结合高强度采矿活动的影响,探讨了地表裂缝沉降的形成机制及影响因素.最后,针对金川二矿区地表沉降开裂现象提出了认识与建议.     

金川二矿区地表裂缝沉降变化规律及形成机制分析

我国最大的充填法开采矿山?金川二矿区在采用胶结充填采矿法开采18年后发现了大范围的山体开裂和地表裂缝,引起了人们的关注。因此,研究充填法开采矿山地表裂缝沉降变化规律及形成机制成为一项重要课题。以实地踏勘调查与地表GPS监测的长期现场数据为依据,阐述了金川二矿区自2000年2月以来呈现大范围地表岩体沉降开裂的现象。通过裂缝区调查、测绘与槽探,揭示了地表裂缝区范围与特征;从沉降裂缝区的形成、岩体移动与变形规律及沉降裂缝发展趋势分析了金川二矿区地表裂缝沉降变形规律;由矿区地质构造、围岩应力分布出发,结合高强度采矿活动的影响,探讨了地表裂缝沉降的形成机制及影响因素。最后,对金川二矿区地表沉降开裂现象提出了认识与建议。     

金川公司二矿区流体和细粒散体钻孔输送技术

以甘肃省金川集团有限公司二矿区为例,介绍了高应力破碎矿岩条件下大型深部地下矿山高浓度充填料浆、井下生产用水和压风、井下污水、井下混凝土支护用砂石等流体和细粒散体的垂直钻孔输送技术.     

金川二矿废石胶结充填料浆搅拌方式的研究

在金川二矿废石胶结充填系统中,料浆搅拌的均匀性直接影响充填料浆的管输稳定性、井下料浆的流动性、井下充填体的强度等方面。研究通过试验,在前期试验得出的料浆浓度、废石尾砂比的条件下,分析搅拌线速度及搅拌时间对料浆均匀性的影响,并得出适用于矿山的搅拌制度。     

早强剂对固结粉胶凝材料混合骨料充填体强度的影响

为实现废石和固结粉胶凝材料在金川矿区充填采矿中的应用,首先开展了不同配比废石—棒磨砂混合骨料粒径级配分析,获得废石与棒磨砂配比为4∶6混合骨料的堆积密实度为0.635和泰波幂指数n为 0.591;然后,针对废石含量为10%~50%的混合骨料,分别开展了添加和不添加早强剂的固结粉胶结充填体强度试验。结果表明：充填体强度随着废石含量增加呈现先提高后降低趋势。当废石含量为40%,料浆浓度为 79%~81%时,不添加早强剂的固结粉胶结充填体3、7、28 d平均强度分别达到1.23、3.79、5.98 MPa,其早期强度低于矿山设计强度;添加早强剂时,胶结充填体3、7、28 d平均强度分别达到1.55、3.34、6.46 MPa, 满足金川矿区下向分层进路胶结充填采矿作业对胶结充填体强度的要求。由此确定,胶砂比1∶5、废石∶棒磨砂4∶6、浓度79%~81%、添加1%早强剂的固结粉胶凝材料混合骨料可在金川矿区推广应用。     

碎石水泥胶结充填体强度特性与养护时间的相关关系

波特兰水泥在井下充填中的应用给矿山设计与生产带来了很大的灵活性。为了阐明胶结充填体的强度特性(承载能力)与养护时间的相关关系,使用不同配料比的胶结充填料进行了实验室试验研究。试验材料所用的试验材料是土耳其屈雷露天铜矿的废石——玄武岩。该矿区这种岩石很多,因此是作为充填骨料的唯一选择。屈雷露天矿下部在进行地下开采,采用废石充填以防止地表沉陷。     

金川二矿区围岩-充填体应力场的本构关系

本文结合金川二矿区充填机理研究工作的长期实践,应用粘弹塑性理论和增量计算方法,论述了围岩、矿体、充填体三者共同吻合变形作用的本构关系,较好地解决了金川二矿区一号矿体下向大面积胶结充填体和岩体共同作用时围岩的稳定性问题,计算结果与现场观测的围岩变形位移基本符合。为二矿区一号矿体采用大面积下向胶结充填、沿走向连续回采而不留间隔矿柱回采提供了理论依据。本项成果已在金川二矿区应用并取得了明显的效益。     

高构造应力下充填采矿引起的地表变形规律

为了揭示高构造应力复杂环境下充填采矿诱发的地表变形规律及内在机理,以金川二矿区为工程背景,借助数值计算、现场监测及理论分析等手段,对二矿区地表沉降变形规律的时空演化过程进行研究。结果表明：构造应力环境下充填采矿引起的地表垂直变形经历了萌芽、分化及发展阶段,地表由起初的整体沉陷变形逐渐演化为一个下沉变形区域和一个上升变形区域,且后续矿体回采,将进一步促进地表位移上升区域的发育,但下沉变形逐步趋于稳定,这与自重应力型矿山地表沉陷特征存在本质的区别。水平构造应力、围岩的力学性质、充填体等的共同作用则是产生地表上升变形的内在动力。     

高浓度尾砂胶结充填在金川二矿区的应用

结合金川二矿区高浓度尾砂胶结自流充填工艺,详细介绍了尾砂胶结充填系统的工艺流程、工艺参数和过程控制手段,阐明了高浓度尾砂胶结充填在金川二矿区下向胶结充填采矿法中成功应用的现实和长远意义.     

金川二矿区胶结充填料浆可泵性影响因素分析

根据金川二矿区废石-全尾砂充填料浆在管道输送中的可泵性要求,试验测试充填料浆的塌落度、扩散度和分层度,通过测试结果分析料浆浓度、水泥添加量、配合比等因素对可泵性的影响程度,初步确定充填料浆的合理配比和浓度,为矿山进一步进行工业试验提供参考依据。     

加强废石综合利用降低生产成本

红透山铜矿是一个开采了 40余年的老矿山 ,年掘进产生废石 1 7万ｔ左右 ,在地表已形成约 30 0万ｍ3 的废石山 ,随着生产的不断进行 ,废石堆放占地面积逐年扩大 ,周围居民已几次搬迁 ,现在又一次接近居民区 ,给居民的生活和环保都带来一定影响 ,与此同时井下充填料又相对不足 ,充填料来源有限 ,成本较高。因此本矿于 1 996年末建立废石充填系统。废石充填系统是以 - 5 2 7中段 1 4采空区为废石仓 ,把掘进产生的废石翻入空区或废石仓 ,多余的废石提到地表。由于深部矿体变化复杂 ,留矿法采矿应用比例由 70 %降到 30 %。导致可翻废石的空区越来…     

废石-棒磨砂混合骨料胶结充填体强度试验

针对金川矿山采用棒磨砂充填法采矿存在充填骨料成本高且供应不足等问题,提出在棒磨砂中掺入破碎废石的充填采矿方案。通过混合骨料的胶结充填体强度试验,研究废石掺量、胶砂比及料浆浓度对充填体强度的影响规律。试验结果表明:胶砂比和料浆质量浓度是影响胶结充填体强度的主要因素;废石掺量对胶结充填体强度也产生影响,随着废石掺量的增加,充填体强度呈下降趋势。在金川矿山充填采矿技术条件下,当料浆质量浓度为82%,胶砂比为1∶4时,30%的废石掺量胶结充填体3d和7d强度分别达到3.6MPa和6.81 MPa,满足金川矿山安全采矿要求。     

地下金属矿井下移动式充填系统的研究与应用

针对地下金属矿山复杂破碎矿体开采难度大、安全性差、井下废石多、地表充填站充填管路铺设长且施工复杂等情况,通过改进搅拌机和混凝土泵等设备,研究成功井下移动式充填系统,即采用移动式充填泵高压泵送高浓度废石充填料浆充填采空区,并把该充填系统应用在湖南宝山矿西部2号砂岩复合破碎矿体开采中。实践证明,该充填系统具有移动灵活、高压泵送、充填浓度高、充填体强度高、工作效率高、成本低、管路铺设简单等优点,实现了井下废石的就地处理和采场的安全开采。     

矿区环境保护与煤炭清洁开采

介绍了煤炭开采引起的地表变形、建筑物破坏、固体废弃物污染、煤层瓦斯、矿井废水排放等矿区环境和生态破坏环境,提出了改革矿井开拓部署,改进回采工艺,研究井下充填技术,加大煤层气开发及充分利用井下废弃井巷等技术途径,减少矿区环境污染。     

矿区酸性废水的成因及其防治

赋存在矿区废石堆和尾砂库内的硫化物经氧化作用产生含高浓度的SO24-和Fe2＋等重金属离子的酸性废水,这种酸性废水污染了矿区的地下水和地表水系,成为现代化矿山面临的最大环境问题。防治酸性废水要求采用科学、经济的方法在矿产勘查阶段对酸性废水生成可能性进行预测并矿山生产阶段进行治理,本文提出了二种治理方法：（1）中和方法;（2）氧障法。