1、南京铅锌银矿全尾砂膏体充填系统设计说明书长沙矿山研究院南京栖霞山锌阳矿业公司二四年十二月1目 录1前言2充填材料实验室试验结果2.1 试验材料来源2.2 充填材料基本性能测定2.3 试块抗压强度试验2.4 试验结果及分析3. 半工业试验及结果3.1 全尾砂压气造浆试验3.2 全尾砂陶瓷过滤机脱水试验3.3 全尾砂膏体充填料环管泵送试验3.4 全尾砂膏体充填料 L 型管道自流输送试验3.5 膏体充填料试块强度测定3.6 全尾砂浆充填钻孔及井下管道自流输送试验3.7 半工业试验结果分析及小结4 充填系统设计方案选择4.1 充填系统设计原则4.2 充填系统方案初选4.3 全尾砂脱水方式的选择4.4
2、充填站址及膏体输送方式选择5 设计方案51 全尾砂输送52 充填制备站工艺流程53 系统自动控制54 充填钻孔及井下官网55 平面布置56 系统建设投资6充填运营成本7. 系统设计参数8技术经济分析及结论21 前言南京铅锌银矿地处南京市郊栖霞山风景区，经多次技术改造目前年产矿石量约 35 万吨，年产尾砂量约 10 万吨，矿山不具备尾砂外排及堆存条件。矿山原有充填系统亦经多次改造后采取的工艺流程为：选厂尾砂经水力旋流器分级后，粗砂存储于 1#立式砂仓用于采场筑坝，细粒级尾泥则存储于 2#立式砂仓中用于采场分层充填。充填时用高压水对仓中尾砂进行造浆，然后放砂至立式搅拌桶。散装水泥仓中水泥则经双管螺
3、旋给料后由螺旋电子秤进行计量而输送至搅拌桶中。系统串联有两个搅拌桶，尾砂及水泥经两个搅拌桶搅拌均匀后，用高扬程渣浆泵加压，然后通过钢丝编织塑料管输送至采场进行充填。充填系统制备输送能力 4555m 3/h，充填料浆制备输送浓度为：全尾砂料浆 6568%，粗尾砂料浆 6670%，细粒级尾泥为5558%，胶结充填时采用的灰砂比为分层充填时约 1：6，胶面时为 1：4。尽管矿山所采用的充填工艺可将尾砂全部充入井下，但从长远的角度来看，矿山原有充填系统与充填工艺存在如下问题：由于尾泥中粒级过细，为保证其充入采场空区后凝结硬化，水泥耗量大，充填成本高；由于充填料输送管路总长超过 2000m，尤其是地表充
4、填搅拌站至+14m 水平以上的充填倍线较大，目前采用高扬程渣浆泵加压输送，其允许输送料浆最大重量浓度较低。泵送设备技术性能的限制导致充填料浆输送浓度难于提高，低浓度充填料浆进入空区后，必然出现分级、离析严重，强度发展慢等现象，同时加大了跑浆的可能性；现有立式砂仓放砂性能不稳定，放出的尾泥与尾砂浓度较低且不均匀，难于满足高浓度充填的技术要求；随着生产能力的提高，该充填系统制备输送能力难于满足生产要求。 为解决上述技术难题，南京铅锌银矿与长沙矿山研究院合作进行了全尾砂膏体充填新技术研究，先后进行了大量的实验室试验及半工业性试验，并在此基础上，研究确定了全尾砂膏体充填料制备及输送工艺流程。2004
5、年 4 月完成了系统施工设计，2004 年 5 月2004 年 12 月完成了充填站的建设及井下充填管网优化，2004年 12 月 20 日进行了系统试运行，其结果表明，系统制备输送能力可达8090m 3/h，细粒级尾泥料浆浓度为 62%左右，系统运行参数均可实现检测和调节，32005 年 2 月即可进行全尾砂膏体充填工业试验。2充填材料实验室试验结果2.1 试验材料来源室内试验用材料为南京铅锌银矿选矿厂排放的全尾砂、充填站立式砂仓放出的分级尾砂、尾泥仓放出的尾泥。为便于运输，所取样品经晾晒干燥。试验用水泥为长沙市坪塘新星水泥厂生产的 425#普通硅酸盐水泥。2.2 充填材料基本性能测定2.2
6、.1 全尾砂、分级尾砂与尾泥的物理性能测试三种材料的比重、容重与孔隙率见表 1。全尾砂、分级尾砂与尾泥物理性能测试结果表 表 1材料名称 比重（g/cm 3） 容重（g/cm 3） 孔隙率（%）全 尾 砂 3.13 1.63 47.92分级尾砂 3.16 1.61 49.05尾 泥 3.14 2.2.2 分级尾砂与尾泥粒级组成如表 2分级尾砂与尾泥粒级组成如 表 2材料名称 分 级 尾 砂 尾 泥小于某粒径的重量百分比（%）粒 径（m）小计 累计 小计 累计+170 32.17 32.17 9.50 9.50170110 12.50 44.67 2.83 12.3311087 17.00 61
7、.67 5.17 17.508771 5.58 67.25 1.33 18.837143 6.42 73.67 2.00 20.83-43 26.33 100 79.17 1002.2.3 全尾砂粒级组成由激光粒度测定仪测得粒径分布如表 3。4全尾砂粒度分布 表 3粒径（m）-5 -10 -15 -20 -25 -30 -36 -40分计（%） 16.43 7.57 4.76 4.58 4.07 3.44 3.78 2.35累计（%） 16.34 24.00 28.76 33.34 37.41 40.85 44.63 46.98粒径（m）-50 -71 -100 -150 -200 -300
8、-400 -500分计（%） 5.31 10.03 11.72 11.27 5.21 5.07 2.60 1.81累计（%） 52.29 62.32 74.04 85.31 90.52 95.59 98.19 100各分布粒径如下：d 10=2.59md50=45.49md90=193.45m平均粒径 d 平均 =76.80m。由粒度测定结果可知，全尾砂中-20m 含量达到 33.34%，大于国内外通用的-20m 含量不小于 15%的要求。2.2.4 全尾砂化学成份测定全尾砂的化学成份参见表 4。全尾砂化学成份分析结果表 表 4主要化学成份所占百分比（%）材料名称SiO2 Al2O3 MgO
9、CaO Fe2O3全尾砂 26.79 1.72 2.15 20.15 15.112.2.5 全尾砂、分级尾砂与尾泥沉降试验全尾砂、分级尾砂与尾泥沉降试验结果参见表 5。由表 5 可知：全尾砂、分级尾砂与尾泥的最大沉降浓度分别为 71.01%、76.92%和 64.86%，其达到最大沉降浓度所需的沉降时间分别为 6h、6h 和 24h。南京铅锌银矿全尾砂与分级尾砂的比重较大，在沉降开始后的一段时间内，粗重颗粒快速落淤，与此同时，较细颗粒亦缓慢下移，更细的颗粒则悬浮于沉降筒5上部，致使浆面与液面界限浑浊不清。在沉降开始后大约 20 分钟左右，粗颗粒即已基本压缩沉降到相互紧密接触的状态，在以后的沉降
10、过程中，其继续沉降量较小。对于悬浮于沉降筒上部的细颗粒则在大约 3060 分钟后沉降到颗粒紧密接触的状态。观察结果表明：全尾砂与分级尾砂料浆沉降 6 小时后即达到最大沉降浓度，这说明南京铅锌银矿全尾砂与分级尾砂沉降速度较快，因此，在现场工业试验与实际生产过程中，应特别注意防止充填料浆在输送管道内出现沉淀而引起堵管事故.全尾砂、分级尾砂与尾泥沉降试验结果表 表 5全 尾 砂 分 级 尾 砂 尾 泥沉降时间 容积(cm3)沉降浓度(%)容重(g/cm3)容积（cm 3）沉降浓度(%)容重(g/cm3)容积(cm3）沉降浓度(%)容重(g/cm3)0 775 50.00 1.55 770 50.00
11、 1.56 780 50.00 1.545 670 54.79 1.63 365 75.47 2.18 690 54.05 1.6120 530 62.83 1.80 355 76.43 2.21 625 57.42 1.671h 450 68.57 1.94 355 76.43 2.21 600 58.82 1.701.5h 435 69.77 1.98 355 76.43 2.21 595 59.11 1.714h 425 70.59 2.00 355 76.43 2.21 560 61.22 1.756h 420 71.01 2.01 350 76.92 2.23 550 61.86 1
12、.767h 420 71.01 2.01 350 76.92 2.23 540 62.50 1.781d 420 71.01 2.01 350 76.92 2.23 510 64.52 1.822d 420 71.01 2.01 350 76.92 2.23 505 64.86 1.836d 420 71.01 2.01 350 76.92 2.23 505 64.86 1.83由于南京铅锌银矿尾泥-325 目以下细粒级占 79.17%，其达到最大沉降浓度需沉降 24 小时以上。显然，细粒级尾泥因持有较多的水分而较难达到密实沉降状态，其最大沉降浓度显着低于全尾砂与分级尾砂。2.3 试块抗压强度
13、试验2.3.1 试验基本条件胶结材料采用 425#普通硅酸盐水泥，全尾砂与分级尾砂均分别按1:4、1:6、1:8、1:12、1:15 的灰砂比制备试块，其中制备全尾砂试块的重量浓度分别为 62%、66%、68%、 70%、72%与 74%，制备分级尾砂试块的重量浓度分别为665%、 68%与 72%。尾泥试块按 1：2、1：4、1：6 灰砂比制备，重量浓度分别为50%、 54%、 58%与 62%。2.3.2 试块的制作与养护采用规格为 4040160mm 的金属试模，按设计的灰砂配比和重量浓度拌制成浆，将拌好的料浆均匀加入同组各个试模，让其沉降和凝固。为了使试块不受损伤，一般在 2436 小
14、时后脱模，脱模后的试块及时放入养护池养护。养护池内湿度保持在 95%左右，二十八天养护期间的温度均应保持在 20左右。2.3.3 全尾砂胶结充填料与试块基本物理参数全尾砂胶结充填试块基本物理参数参见表 6。其主要测定内容为料浆容重与脱水率、试块容重与含水率和每 m3充填体的材料消耗。2.3.4 试块抗压强度测试各种不同配比的料浆试块按不同的龄期（3 天、7 天和 28 天）测定其单轴极限抗压强度值。全尾砂、分级尾砂与尾泥试块抗压强度测定结果参见表 7、表 8 和表9。全尾砂胶结充填试块基本物理参数表 表 7每 m 3 充 填 体各材料消耗(kg)试 块编 号灰砂比重 量浓 度(%)料 浆容 重
15、(g/cm3)脱水率(%)试块容重(g/cm3)试块含水率(%) 全尾砂 水泥 水0410-01 1:4 62 1.67 25.0 1.97 24.56 1189 297 484-02 1:4 66 1.73 17.9 1.98 24.32 1198 300 482-03 1:4 68 1.88 8.3 2.00 22.73 1236 309 455-04 1:8 62 1.69 25.0 1.96 25.24 1300 162 498-05 1:8 66 1.75 18.8 2.04 24.24 1374 172 494-06 1:8 70 1.88 12.5 2.06 22.73 1415
16、 177 468-07 1:12 62 1.69 26.7 2.02 25.96 1381 115 524-08 1:12 66 1.75 18.8 2.06 24.07 1444 120 496-09 1:12 70 1.83 15.0 2.06 24.07 1444 120 496-10 1:15 62 2.04 24.55 1443 96 501-11 1:15 66 2.06 25.00 1448 97 5157-12 1:15 70 2.08 24.55 1471 98 511备注：1、脱水率为料浆沉降至最大浓度后，表面自由水体积与料浆原体积的百分比。2、试块含水率为已脱模试块烘干至
17、恒重时，所失水分与试块未烘干时原重量的百分比。南京铅锌银矿全尾砂试块强度试验结果表 表 8试块抗压强度（MPa）试 块编 号 灰砂比添加剂（%）浓度（%）湿容重（g/cm 3） ） R3 R7 R280410-01 0 62 1.97 0.39 0.61 1.290410-02 0 66 1.98 0.28 0.42 1.171011-01 0 68 2.10 0.61 0.91 1.661011-02 0 70 2.13 0.72 1.13 1.851011-03 0 72 2.13 0.74 1.19 2.041011-041:40 74 2.20 1.01 1.32 2.341011-0
18、5 0 68 2.17 0.40 0.58 0.871011-06 0 70 2.17 0.42 0.67 0.991013-07 0 72 2.23 0.49 0.68 1.121013-081:60 74 2.26 0.50 0.70 1.201013-10 0 68 2.07 0.17 0.19 0.451013-11 0 70 2.11 0.26 0.31 0.521013-12 0 72 2.14 0.28 0.35 0.681013-131:80 74 2.16 0.30 0.44 0.900410-07 0 62 2.02 0.15 0.190410-08 0 66 2.06 0
19、.13 0.210410-091:120 70 2.06 0.16 0.290410-10 0 62 2.04 0.14 0.200410-11 0 66 2.06 0.12 0.130410-121:150 70 2.08 0.15 0.168南京铅锌银矿分级尾砂试块强度试验结果表 表 9试块抗压强度（MPa）试块编号灰砂比添加剂（%）浓度（%）湿容重(g/cm3) R3 R7 R28412-01 0 65 2.17 0.62 1.07 1.71-02 0 68 2.16 0.88 1.19 2.07-03 0 72 2.21 1.22 1.76 2.44419-01 1 65 2.17 1
20、.18* 1.36 2.22-02 1 68 2.15 1.32* 1.72 2.41-031:41 72 2.19 1.46* 2.00 3.37419-10 1 65 2.18 0.40* 0.64 0.92-11 1 68 2.19 0.54* 0.76 1.23-121:61 72 2.20 0.63* 0.88 1.15412-04 0 65 2.20 0.22 0.46 0.50-05 0 68 2.26 0.38 0.42 0.75-06 0 72 2.27 0.49 0.48 1.20419-04 1 65 2.21 0.47* 0.46 0.88-05 1 68 2.20 0
21、.36* 0.40 0.75-061:81 72 2.20 0.39* 0.49 0.85412-07 0 65 2.19 0.16* 0.17 0.28-08 0 68 2.21 0.19* 0.28 0.36-09 0 72 2.29 0.25* 0.41 0.47419-07 1 65 2.20 0.17 0.22 0.40-08 1 68 2.20 0.17 0.20 0.40-091:121 72 2.23 0.29 0.38 0.449412-10 0 68 2.25 0.18 0.20 0.35-11 0 68 2.30 0.17 0.37 0.28-121:150 72 2.2
22、4 0.21 0.24 0.27注：标有（*）号的值为四天测试强度。南京铅锌银矿尾泥试块强度试验结果表 表 10试块抗压强度（MPa）试 块编 号灰砂比添加剂（%）浓度（%）湿容重(g/cm3) R3 R7 R280711-01 0 50 1.80 0.82 1.46 2.780711-02 0 54 1.84 0.87 1.42 2.900711-03 0 58 1.88 1.06 1.71 3.250711-04 0 62 1.92 1.18 1.71 3.510717-01 1 54 1.84 1.11 1.90 2.930717-02 1 58 1.86 1.14 1.74 3.440
23、717-031：21 62 1.88 1.25 2.13 3.290711-05 0 54 1.86 0.41 0.58 1.080711-06 0 58 1.82 0.35 0.68 1.220711-07 0 62 1.88 0.52 0.87 1.500717-04 1 54 1.84 0.59 0.74 1.090717-05 1 58 1.86 0.50 0.76 1.260717-06：1 62 1.88 0.70 1.56 1.840711-08 0 54 1.82 0.22 0.35 0.400711-09 0 58 1.84 0.29 0.42 0.580711-10 0 62 1.84 0.40 0.54 0.770717-07 1 54 1.86 0.42 0.55 1.010717-08 1 58 1.86 0.41 0.70 1.130717-09：1 62 1.88 0.42 0.63 1.23
