一種尾礦堆存于崩落法生產(chǎn)礦山地表塌陷坑的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種尾礦堆存于崩落法生產(chǎn)礦山地表塌陷坑的方法，采用以下工藝、步驟：對選礦廠生產(chǎn)的尾礦進(jìn)行檢測、分析，包括尾礦粒度、尾礦濃度、礦物組成、礦物含量；將選礦廠產(chǎn)生的尾礦給入深錐濃縮機(jī)中濃縮至重量百分濃度為62%~72%的高濃度尾礦漿；將濃縮后的高濃度尾礦漿導(dǎo)入尾礦攪拌機(jī)中，加入尾礦固化劑攪拌均勻；尾礦輸送、堆排。本發(fā)明將尾礦直接堆存于地表塌陷坑內(nèi)，減少了修建尾礦庫的費(fèi)用，減少了占地面積，基建投資少、維護(hù)簡單、綜合成本低；尾礦處理工藝流程簡單、可行；提出了多因素融合的堆排固化尾礦合理厚度的量化方法。
【專利說明】
_種尾礦堆存于崩落法生產(chǎn)礦山地表塌陷坑的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種塌陷坑堆排固化尾礦的方法，特別適用于崩落法生產(chǎn)礦山進(jìn)行尾 礦的干式堆排。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，國內(nèi)的絕大多數(shù)尾礦還是采用濕式排放，即建設(shè)尾礦庫，采用尾礦庫儲存尾 礦。根據(jù)2012年統(tǒng)計(jì)，我國有尾礦庫12000多座，尾礦堆存總量已超100多億噸，每年新增尾 礦10多億噸，其中大多排向尾礦庫堆存。這種處理辦法雖然方便，但同時帶來了種種弊端。 首先，尾礦庫需要大面積的場地，而且用栗、管道組成龐大尾礦水力輸送系統(tǒng)，其動力、設(shè)備 材料消耗高，造成尾礦輸送和處理費(fèi)用過高；其次，由于土地資源越來越緊張，征地的費(fèi)用 越來越高，導(dǎo)致尾礦庫的基礎(chǔ)建設(shè)費(fèi)用占整個采選企業(yè)費(fèi)用的比例越來越大，且尾礦庫的 日常維護(hù)和運(yùn)營也需消耗大量的資金。另外，尾礦庫存在很大的安全隱患，尾礦庫庫區(qū)內(nèi)經(jīng) 常貯存大量澄清水及洪水，導(dǎo)致尾礦上方形成尾礦庫懸湖。
[0003] 另一方面，我國不少地下鐵礦山采用無底柱分段崩落法采礦，在采出大量礦石的 同時造成了地表不同程度的塌陷，塌陷區(qū)內(nèi)巖體斷裂、破碎，一些裂隙甚至貫通地表。塌陷 坑的存在不但對地表生態(tài)環(huán)境造成破壞，而且在雨季由于雨水匯集使得地表黃土層液化形 成黃泥，黃泥通過塌陷區(qū)內(nèi)裂隙、空洞向下滲漏容易誘發(fā)井下泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，對地下采 礦安全造成威脅。地下采礦形成的地面塌陷區(qū)，不僅損壞了大量的土地資源，而且存在巨大 的安全隱患，這些場地如果能作為尾礦堆置場地，并以形態(tài)安全堆置，不僅可以解決尾礦堆 場的問題，而且能夠消除露天采坑和塌陷區(qū)存在的安全隱患和濕式尾礦堆存的環(huán)保問題， 具有巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
[0004] 將尾礦濃縮后利用露天采礦坑和塌陷區(qū)等作為堆置場堆置，節(jié)省了大量土地資源 和新建尾礦庫所需的大量資金，可以消除高壩尾礦庫所形成的高勢能危險源，大大減少尾 礦處置的環(huán)境污染，而且，礦山采坑等廢棄場地堆滿尾礦后也容易進(jìn)行復(fù)墾利用，可以為礦 山企業(yè)和社會帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
[0005] 《中國礦業(yè)》2014年8月出版的第23卷增刊中刊登的"尾礦干式堆存技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 與方向"一文中，介紹了 "塌陷區(qū)尾砂干式排放工藝技術(shù)"，該技術(shù)的工藝流程是:尾砂首先 經(jīng)高壓深錐濃密機(jī)濃縮，達(dá)到重量濃度為50%左右;然后采用水隔離栗栗送至水平距離約 2600m，高差約200m的脫水車間；再經(jīng)陶瓷過濾機(jī)脫水至含水15%的尾礦濾餅，最后經(jīng)皮 帶運(yùn)輸機(jī)輸送至塌陷區(qū)堆存，塌陷區(qū)內(nèi)采用電耙倒運(yùn)。但該技術(shù)未明確地表塌陷坑固化尾 礦堆存時的堆存厚度問題，且濃縮、過濾設(shè)備投資大、能耗高，膏體制備成本高、效率低，在 在多雨地區(qū)的適應(yīng)性差等問題，只能是探索性試驗(yàn)應(yīng)用，不適于大規(guī)模推廣應(yīng)用。
[0006] 《礦業(yè)研究與開》2015年7月發(fā)表的"塌陷坑干堆尾礦過程中雨水對深部開采的影 響研究"一文中指出：金山店鐵礦余華寺礦區(qū)為了解決地表塌陷坑帶來的危害以及尾礦堆 存的問題，決定利用地表塌陷坑進(jìn)行尾礦干堆排放，并進(jìn)行了干堆尾礦性質(zhì)與室內(nèi)相似模 擬試驗(yàn)的研究，但并未給出具體、可行的尾礦干排于塌陷坑的尾礦處理工藝流程和技術(shù)參 數(shù)，難以在生產(chǎn)實(shí)際中實(shí)施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的，就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，而提供一種尾礦處理成本較 低、工藝流程簡單、易于實(shí)施的的尾礦堆存于崩落法生產(chǎn)礦山地表塌陷坑的方法。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明一種尾礦堆存于崩落法生產(chǎn)礦山地表塌陷坑的 方法采用的技術(shù)解決方案是采用以下工藝、步驟： 1)尾礦特性檢測與分析:對選礦廠生產(chǎn)的尾礦進(jìn)行檢測、分析，包括尾礦粒度、尾礦濃 度、礦物組成、礦物含量； 3) 尾礦濃縮:將選礦廠產(chǎn)生的尾礦給入深錐濃縮機(jī)中濃縮至重量百分濃度為62%~72% 的高濃度尾礦漿； 4) 固化劑添加:將濃縮后的高濃度尾礦漿導(dǎo)入尾礦攪拌機(jī)中，根據(jù)尾礦特性分析結(jié)果 選擇合適的尾礦固化劑加入到尾礦攪拌機(jī)中，經(jīng)過充分?jǐn)嚢杈鶆颍?所述的尾礦固化劑的主要成分為水泥、粉煤灰、石灰，三者的重量比為1.0: (3.0~5.0): (1.5~2.5)，以1.0: (3.2~3.8) : (1.8~2.2)為最優(yōu);尾礦固化劑添加量為每立方米尾礦漿中 添加40~55千克尾礦固化劑。
[0009] 5)尾礦輸送、堆排:將加入尾礦固化劑并攪拌均勻的尾礦輸送到崩落法生產(chǎn)礦山 地表塌陷坑內(nèi)進(jìn)行堆排，其堆排固化尾礦合理厚度的量化方法按照以下技術(shù)方案確定： (1)基于覆蓋層崩落時固化尾礦不形成空頂?shù)亩雅抛畲蠛穸却_定 固化尾礦堆排至地表塌陷坑內(nèi)時，如果一次性堆排強(qiáng)度和厚度較大，則固化尾礦會隨 著覆巖大塊體的間隙形成臨時支柱，并在塌陷坑立體范圍內(nèi)形成椎體模型，在平面范圍內(nèi) 擴(kuò)展成似圓形模型，形成強(qiáng)度和規(guī)模之后，無法隨覆蓋層一起崩落破壞而形成空頂，一方面 對覆蓋層的優(yōu)化管理造成困難，另一方面，過高強(qiáng)度和厚度的尾礦堆排會增加尾礦處理費(fèi) 用。為此需要確定固化尾礦一次堆排厚度，結(jié)合其強(qiáng)度特性，得到保證不形成空頂?shù)膯未味?排最大厚度采用以下公式計(jì)算：
式中:A-固化尾礦單次堆排最大厚度，m; 7?-單次堆排固化尾礦擴(kuò)展半徑，m; σ-固化尾礦單軸抗壓強(qiáng)度，MPa。
[0010] 根據(jù)公式①推導(dǎo)可見，為保證覆蓋層崩落后其上堆排的固化尾礦不出現(xiàn)空頂，單 次堆排的最大厚度和擴(kuò)展半徑及固化尾礦強(qiáng)度有如下變化關(guān)系：當(dāng)固化尾礦強(qiáng)度一定時， 單次堆排最大厚度隨著固化尾礦擴(kuò)展半徑的增大而增大；當(dāng)擴(kuò)展半徑一定時，單次堆排最 大厚度隨固化尾礦單軸抗壓強(qiáng)度的增大而減小。
[0011] (2)基于覆蓋層塊度和固化尾礦融合流動以防止細(xì)粒尾礦流入工作面的堆排最小 厚度確定 在已形成地表塌陷坑的生產(chǎn)礦山，其覆蓋層基本滿足井下進(jìn)路安全出礦的要求，因此 無需考慮覆蓋層總體厚度問題。但覆蓋層不同大小塊度的巖體與固化尾礦碎塊融合崩落方 式會影響進(jìn)路放礦方式和地表塌陷坑固化尾礦的堆排方式，如果堆排強(qiáng)度和厚度過小，固 化尾礦會在覆蓋層巖體崩落過程中細(xì)化成粉狀，或者其塊度遠(yuǎn)小于覆蓋層巖體塊度，在覆 蓋層崩落過程中，其下降速度快于覆蓋層巖體，隨著放礦過程逐漸到達(dá)工作面，造成進(jìn)路放 礦的貧化或泥化。因此，在綜合考慮覆蓋層塊度、覆巖崩落過程、固化尾礦流動特性、固化尾 礦經(jīng)相似外力破壞后的塊度等因素的基礎(chǔ)上，得到了固化尾礦單次堆排最小厚度的確定方 法，即采用以下公式計(jì)算：
式中:漢一固化尾礦單次堆排最小厚度，m; P近工作面覆巖平均塊度與固化尾礦經(jīng)相似外力破壞后的平均塊度之比， Γ一固化尾礦塌落度，cm; σ-固化尾礦單軸抗壓強(qiáng)度，MPa; a-覆蓋層塊度均勻度系數(shù)。
[0012] 根據(jù)數(shù)值擬合分析過程可知，當(dāng)固化尾礦強(qiáng)度一定時，固化尾礦單次堆排最小厚 度隨著近工作面覆巖平均塊度與固化尾礦經(jīng)相似外力破壞后的平均塊度之比、固化尾礦塌 落度和覆蓋層塊度均勻度系數(shù)的增大而增大；當(dāng)近工作面覆巖平均塊度與固化尾礦經(jīng)相似 外力破壞后的平均塊度之比、固化尾礦塌落度和覆蓋層塊度均勻度系數(shù)一定時，固化尾礦 單次堆排最小厚度隨固化尾礦強(qiáng)度的增大而減小。
[0013] (3)固化尾礦單次堆排合理厚度的最終確定 綜合（1)計(jì)算的覆蓋層崩落時固化尾礦不形成空頂?shù)亩雅抛畲蠛穸群?2)計(jì)算的基于 覆蓋層塊度和固化尾礦融合流動以防止細(xì)粒尾礦流入工作面的堆排最小厚度，量化確定出 固化尾礦單次堆排厚度的區(qū)間范圍，在此區(qū)間范圍內(nèi)進(jìn)行堆排。
[0014] 本發(fā)明一種尾礦堆存于崩落法生產(chǎn)礦山地表塌陷坑的方法，采用以上技術(shù)方案后 具有積極效果： (1) 將尾礦直接堆存于地表塌陷坑內(nèi)，減少了修建尾礦庫的費(fèi)用，減少了占地面積，基 建投資少、維護(hù)簡單、綜合成本低； (2) 尾礦處理工藝流程簡單、可行。
[0015] (3)本發(fā)明從崩落采礦法工藝特點(diǎn)和回采安全要求方面分析，為崩落法在生產(chǎn)礦 山進(jìn)行固化尾礦塌陷坑堆排的厚度計(jì)算提供了定量化的控制方法； (4)本發(fā)明綜合了固化尾礦強(qiáng)度、固化尾礦漿流動擴(kuò)展半徑、固化尾礦塌落度、近工作 面覆巖平均塊度與固化尾礦經(jīng)相似外力破壞后的平均塊度之比和覆蓋層塊度均勻度系數(shù) 等因素，充分考慮了固化尾礦和覆蓋層特性及其混合流動方式，提出了多因素融合計(jì)算方 法。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明一種尾礦堆存于崩落法生產(chǎn)礦山地表塌陷坑的方法采用的尾礦處理 工藝流程圖； 圖2為本發(fā)明一種尾礦堆存于崩落法生產(chǎn)礦山地表塌陷坑的方法采用的固化尾礦塌陷 坑堆排各參數(shù)示意圖； 附圖標(biāo)記：1-固化尾礦，2-崩落法回采覆蓋層，3-礦體。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 為進(jìn)一步描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和南京梅山冶金發(fā)展有限公司地表塌陷坑固 化尾礦堆排實(shí)施例，對本發(fā)明一種尾礦堆存于崩落法生產(chǎn)礦山地表塌陷坑的方法作更詳細(xì) 的描述。
[0018] 南京梅山冶金發(fā)展有限公司采用無底柱分段崩落采礦法開采，由于開采歷史悠 久，其地表已出現(xiàn)較大的塌陷坑，所以將尾礦固化之后堆排至已有塌陷坑內(nèi)。
[0019] 由圖1所示的本發(fā)明一種尾礦堆存于崩落法生產(chǎn)礦山地表塌陷坑的方法采用的尾 礦處理工藝流程圖看出，首先對尾礦特性進(jìn)行檢測與分析，摸清尾礦粒度、尾礦濃度、礦物 組成、礦物含量，為選擇合適的濃縮機(jī)及尾礦固化劑提供條件;將選礦廠產(chǎn)生的尾礦給入到 深錐濃縮機(jī)中濃縮至重量百分濃度為62%~72%的高濃度尾礦漿，以65~69%較好，既可以滿足 技術(shù)要求，又可降低尾礦濃縮處理成本，提高處理能力;接著將濃縮后的高濃度尾礦漿導(dǎo)入 尾礦攪拌機(jī)中，根據(jù)尾礦特性分析選擇合適的尾礦固化劑加入到尾礦攪拌機(jī)中，經(jīng)過充分 攪拌均勻;最后將加入尾礦固化劑并攪拌均勻的尾礦輸送到崩落法生產(chǎn)礦山地表塌陷坑內(nèi) 進(jìn)行堆排。
[0020] 由圖2所示的本發(fā)明一種尾礦堆存于崩落法生產(chǎn)礦山地表塌陷坑的方法采用的固 化尾礦塌陷坑堆排各參數(shù)示意圖看出，該公司采用無底柱分段崩落采礦法開采，在礦體3上 面留設(shè)崩落法回采覆蓋層2,在崩落法回采覆蓋層2上面的塌陷坑內(nèi)干式排放固化尾礦3。
[0021] 本發(fā)明一種尾礦堆存于崩落法生產(chǎn)礦山地表塌陷坑的方法，在南京梅山冶金發(fā)展 有限公司地下礦山采用無底柱分段崩落采礦法開采形成的塌陷坑內(nèi)干式排放固化尾礦3， 其合理的堆排厚度確定方法如下： (1)基于覆蓋層崩落時固化尾礦不形成空頂?shù)亩雅抛畲蠛穸炔捎靡韵鹿酱_定：
式中:A-固化尾礦單次堆排最大厚度，m; 7? -單次堆排固化尾礦擴(kuò)展半徑，為l〇m; σ-固化尾礦單軸抗壓強(qiáng)度，為0.5MPa。
[0022]據(jù)此計(jì)算的固化尾礦單次堆排最大厚度值為8.01m。
[0023] (2)基于覆蓋層塊度和固化尾礦融合流動以防止細(xì)粒尾礦流入工作面的堆排最小 厚度采用以下公式確定：
式中:漢一固化尾礦單次堆排最小厚度，m; P近工作面覆巖平均塊度與固化尾礦經(jīng)相似外力破壞后的平均塊度之比，為6; Γ一固化尾礦塌落度，為25cm; σ-固化尾礦單軸抗壓強(qiáng)度，為0.5MPa。
[0024] a-覆蓋層塊度均勻度系數(shù)，為100。
[0025]據(jù)此計(jì)算的固化尾礦單次堆排最小厚度為4.59m。
[0026] (3)固化尾礦單次堆排合理厚度的最終確定 綜合覆蓋層崩落時固化尾礦不形成空頂?shù)亩雅抛畲蠛穸群突诟采w層塊度和固化尾 礦融合流動以防止細(xì)粒尾礦流入工作面的堆排最小厚度確定，南京梅山冶金發(fā)展有限公司 固化尾礦單次堆排厚度的區(qū)間范圍為4.59m~8.01m。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種尾礦堆存于崩落法生產(chǎn)礦山地表塌陷坑的方法，其特征在于采用W下工藝、步 驟： 1)尾礦特性檢測與分析:對選礦廠生產(chǎn)的尾礦進(jìn)行檢測、分析，包括尾礦粒度、尾礦濃 度、礦物組成、礦物含量； 3) 尾礦濃縮:將選礦廠產(chǎn)生的尾礦給入深錐濃縮機(jī)中濃縮至重量百分濃度為62%~72% 的高濃度尾礦漿； 4) 固化劑添加:將濃縮后的高濃度尾礦漿導(dǎo)入尾礦攬拌機(jī)中，根據(jù)尾礦特性分析結(jié)果 選擇合適的尾礦固化劑加入到尾礦攬拌機(jī)中，經(jīng)過充分?jǐn)埌杈鶆颍? 5) 尾礦輸送、堆排:將加入尾礦固化劑并攬拌均勻的尾礦輸送到崩落法生產(chǎn)礦山地表 塌陷坑內(nèi)進(jìn)行堆排，其堆排固化尾礦合理厚度的量化方法按照W下技術(shù)方案確定： (1) 基于覆蓋層崩落時固化尾礦不形成空頂?shù)亩雅抛畲蠛穸炔捎肳下公式確定：① 式中:A-固化尾礦單次堆排最大厚度，m， 7?-單次堆排固化尾礦擴(kuò)展半徑，m， 固化尾礦單軸抗壓強(qiáng)度，MPa; (2) 基于覆蓋層塊度和固化尾礦融合流動W防止細(xì)粒尾礦流入工作面的堆排最小厚度 采用W下公式確定：② 式中:化一固化尾礦單次堆排最小厚度，m， 近工作面覆巖平均塊度與固化尾礦經(jīng)相似外力破壞后的平均塊度之比， Γ一固化尾礦塌落度，cm， 固化尾礦單軸抗壓強(qiáng)度，MPa, a-覆蓋層塊度均勻度系數(shù)； (3) 固化尾礦單次堆排合理厚度的最終確定 綜合（1)計(jì)算的覆蓋層崩落時固化尾礦不形成空頂?shù)亩雅抛畲蠛穸群停?)計(jì)算的基于 覆蓋層塊度和固化尾礦融合流動W防止細(xì)粒尾礦流入工作面的堆排最小厚度，量化確定出 固化尾礦單次堆排厚度的區(qū)間范圍，在此區(qū)間范圍內(nèi)進(jìn)行堆排。2. 如權(quán)利要求1所述的一種尾礦堆存于崩落法生產(chǎn)礦山地表塌陷坑的方法，其特征在 于:所述的尾礦固化劑的主要成分為水泥、粉煤灰、石灰，Ξ者的重量比為1.0: (3.0~5.0): (1.5~2.5)，上述第4)步驟中的尾礦固化劑添加量為每立方米尾礦漿中添加40~55千克尾礦 固化劑。3. 如權(quán)利要求2所述的一種尾礦堆存于崩落法生產(chǎn)礦山地表塌陷坑的方法，其特征在 于:所述的尾礦固化劑的主要成分為水泥、粉煤灰、石灰，Ξ者的重量比為1.0: (3.2~3.8): (1.8~2.2)。
【文檔編號】C04B28/00GK106088107SQ201610440913
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】王運(yùn)敏, 吳榮高, 劉海林, 常前發(fā), 汪為平, 謝從保, 王星, 楊潘磊, 肖益蓋
【申請人】中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司, 南京梅山冶金發(fā)展有限公司礦業(yè)分公司, 華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司