一种尾矿堆存于崩落法生产矿山地表塌陷坑的方法

摘要

本发明公开了一种尾矿堆存于崩落法生产矿山地表塌陷坑的方法，采用以下工艺、步骤：对选矿厂生产的尾矿进行检测、分析，包括尾矿粒度、尾矿浓度、矿物组成、矿物含量；将选矿厂产生的尾矿给入深锥浓缩机中浓缩至重量百分浓度为62%~72%的高浓度尾矿浆；将浓缩后的高浓度尾矿浆导入尾矿搅拌机中，加入尾矿固化剂搅拌均匀；尾矿输送、堆排。本发明将尾矿直接堆存于地表塌陷坑内，减少了修建尾矿库的费用，减少了占地面积，基建投资少、维护简单、综合成本低；尾矿处理工艺流程简单、可行；提出了多因素融合的堆排固化尾矿合理厚度的量化方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种塌陷坑堆排固化尾矿的方法，特别适用于崩落法生产矿山进行尾矿的干式堆排。

背景技术

目前,国内的绝大多数尾矿还是采用湿式排放，即建设尾矿库，采用尾矿库储存尾矿。根据2012年统计，我国有尾矿库12000多座，尾矿堆存总量已超100多亿吨，每年新增尾矿10多亿吨，其中大多排向尾矿库堆存。这种处理办法虽然方便，但同时带来了种种弊端。首先，尾矿库需要大面积的场地，而且用泵、管道组成庞大尾矿水力输送系统，其动力、设备材料消耗高，造成尾矿输送和处理费用过高；其次，由于土地资源越来越紧张，征地的费用越来越高，导致尾矿库的基础建设费用占整个采选企业费用的比例越来越大，且尾矿库的日常维护和运营也需消耗大量的资金。另外，尾矿库存在很大的安全隐患，尾矿库库区内经常贮存大量澄清水及洪水，导致尾矿上方形成尾矿库悬湖。

另一方面，我国不少地下铁矿山采用无底柱分段崩落法采矿，在采出大量矿石的同时造成了地表不同程度的塌陷，塌陷区内岩体断裂、破碎，一些裂隙甚至贯通地表。塌陷坑的存在不但对地表生态环境造成破坏，而且在雨季由于雨水汇集使得地表黄土层液化形成黄泥，黄泥通过塌陷区内裂隙、空洞向下渗漏容易诱发井下泥石流等地质灾害，对地下采矿安全造成威胁。地下采矿形成的地面塌陷区，不仅损坏了大量的土地资源，而且存在巨大的安全隐患，这些场地如果能作为尾矿堆置场地，并以形态安全堆置，不仅可以解决尾矿堆场的问题，而且能够消除露天采坑和塌陷区存在的安全隐患和湿式尾矿堆存的环保问题，具有巨大的社会效益和经济效益。

将尾矿浓缩后利用露天采矿坑和塌陷区等作为堆置场堆置，节省了大量土地资源和新建尾矿库所需的大量资金，可以消除高坝尾矿库所形成的高势能危险源，大大减少尾矿处置的环境污染，而且，矿山采坑等废弃场地堆满尾矿后也容易进行复垦利用，可以为矿山企业和社会带来巨大的经济效益和社会效益。

《中国矿业》2014年８月出版的第23卷增刊中刊登的“尾矿干式堆存技术发展现状与方向”一文中，介绍了“塌陷区尾砂干式排放工艺技术”，该技术的工艺流程是：尾砂首先经高压深锥浓密机浓缩，达到重量浓度为50％左右；然后采用水隔离泵泵送至水平距离约2600ｍ，高差约200ｍ的脱水车间；再经陶瓷过滤机脱水至含水15％的尾矿滤饼，最后经皮带运输机输送至塌陷区堆存，塌陷区内采用电耙倒运。但该技术未明确地表塌陷坑固化尾矿堆存时的堆存厚度问题，且浓缩、过滤设备投资大、能耗高，膏体制备成本高、效率低，在在多雨地区的适应性差等问题，只能是探索性试验应用，不适于大规模推广应用。

《矿业研究与开》2015年７月发表的“塌陷坑干堆尾矿过程中雨水对深部开采的影响研究”一文中指出：金山店铁矿余华寺矿区为了解决地表塌陷坑带来的危害以及尾矿堆存的问题，决定利用地表塌陷坑进行尾矿干堆排放，并进行了干堆尾矿性质与室内相似模拟试验的研究，但并未给出具体、可行的尾矿干排于塌陷坑的尾矿处理工艺流程和技术参数，难以在生产实际中实施。

发明内容

本发明的目的，就是针对现有技术存在的上述问题，而提供一种尾矿处理成本较低、工艺流程简单、易于实施的的尾矿堆存于崩落法生产矿山地表塌陷坑的方法。

为实现本发明的上述目的，本发明一种尾矿堆存于崩落法生产矿山地表塌陷坑的方法采用的技术解决方案是采用以下工艺、步骤：

1）尾矿特性检测与分析：对选矿厂生产的尾矿进行检测、分析，包括尾矿粒度、尾矿浓度、矿物组成、矿物含量；

3）尾矿浓缩：将选矿厂产生的尾矿给入深锥浓缩机中浓缩至重量百分浓度为62%~72%的高浓度尾矿浆；

4）固化剂添加：将浓缩后的高浓度尾矿浆导入尾矿搅拌机中，根据尾矿特性分析结果选择合适的尾矿固化剂加入到尾矿搅拌机中，经过充分搅拌均匀；

所述的尾矿固化剂的主要成分为水泥、粉煤灰、石灰，三者的重量比为1.0:（3.0~5.0）:（1.5~2.5），以1.0:（3.2~3.8）:（1.8~2.2）为最优；尾矿固化剂添加量为每立方米尾矿浆中添加40~55千克尾矿固化剂。

5）尾矿输送、堆排：将加入尾矿固化剂并搅拌均匀的尾矿输送到崩落法生产矿山地表塌陷坑内进行堆排，其堆排固化尾矿合理厚度的量化方法按照以下技术方案确定：

（1）基于覆盖层崩落时固化尾矿不形成空顶的堆排最大厚度确定

固化尾矿堆排至地表塌陷坑内时，如果一次性堆排强度和厚度较大，则固化尾矿会随着覆岩大块体的间隙形成临时支柱，并在塌陷坑立体范围内形成椎体模型，在平面范围内扩展成似圆形模型，形成强度和规模之后，无法随覆盖层一起崩落破坏而形成空顶，一方面对覆盖层的优化管理造成困难，另一方面，过高强度和厚度的尾矿堆排会增加尾矿处理费用。为此需要确定固化尾矿一次堆排厚度，结合其强度特性，得到保证不形成空顶的单次堆排最大厚度采用以下公式计算：

①

式中：D₁—固化尾矿单次堆排最大厚度，m；

R—单次堆排固化尾矿扩展半径，m；

σ>

根据公式①推导可见，为保证覆盖层崩落后其上堆排的固化尾矿不出现空顶，单次堆排的最大厚度和扩展半径及固化尾矿强度有如下变化关系：当固化尾矿强度一定时，单次堆排最大厚度随着固化尾矿扩展半径的增大而增大；当扩展半径一定时，单次堆排最大厚度随固化尾矿单轴抗压强度的增大而减小。

（2）基于覆盖层块度和固化尾矿融合流动以防止细粒尾矿流入工作面的堆排最小厚度确定

在已形成地表塌陷坑的生产矿山，其覆盖层基本满足井下进路安全出矿的要求，因此无需考虑覆盖层总体厚度问题。但覆盖层不同大小块度的岩体与固化尾矿碎块融合崩落方式会影响进路放矿方式和地表塌陷坑固化尾矿的堆排方式，如果堆排强度和厚度过小，固化尾矿会在覆盖层岩体崩落过程中细化成粉状，或者其块度远小于覆盖层岩体块度，在覆盖层崩落过程中，其下降速度快于覆盖层岩体，随着放矿过程逐渐到达工作面，造成进路放矿的贫化或泥化。因此，在综合考虑覆盖层块度、覆岩崩落过程、固化尾矿流动特性、固化尾矿经相似外力破坏后的块度等因素的基础上，得到了固化尾矿单次堆排最小厚度的确定方法，即采用以下公式计算：

②

式中：D₂—固化尾矿单次堆排最小厚度，m；

b—近工作面覆岩平均块度与固化尾矿经相似外力破坏后的平均块度之比，

T—固化尾矿塌落度，cm；

σ>

a—覆盖层块度均匀度系数。

根据数值拟合分析过程可知，当固化尾矿强度一定时，固化尾矿单次堆排最小厚度随着近工作面覆岩平均块度与固化尾矿经相似外力破坏后的平均块度之比、固化尾矿塌落度和覆盖层块度均匀度系数的增大而增大；当近工作面覆岩平均块度与固化尾矿经相似外力破坏后的平均块度之比、固化尾矿塌落度和覆盖层块度均匀度系数一定时，固化尾矿单次堆排最小厚度随固化尾矿强度的增大而减小。

（3）固化尾矿单次堆排合理厚度的最终确定

综合（1）计算的覆盖层崩落时固化尾矿不形成空顶的堆排最大厚度和（2）计算的基于覆盖层块度和固化尾矿融合流动以防止细粒尾矿流入工作面的堆排最小厚度，量化确定出固化尾矿单次堆排厚度的区间范围，在此区间范围内进行堆排。

本发明一种尾矿堆存于崩落法生产矿山地表塌陷坑的方法，采用以上技术方案后具有积极效果：

（1）将尾矿直接堆存于地表塌陷坑内，减少了修建尾矿库的费用，减少了占地面积，基建投资少、维护简单、综合成本低；

（2）尾矿处理工艺流程简单、可行。

（3）本发明从崩落采矿法工艺特点和回采安全要求方面分析，为崩落法在生产矿山进行固化尾矿塌陷坑堆排的厚度计算提供了定量化的控制方法；

（4）本发明综合了固化尾矿强度、固化尾矿浆流动扩展半径、固化尾矿塌落度、近工作面覆岩平均块度与固化尾矿经相似外力破坏后的平均块度之比和覆盖层块度均匀度系数等因素，充分考虑了固化尾矿和覆盖层特性及其混合流动方式，提出了多因素融合计算方法。

附图说明

图1为本发明一种尾矿堆存于崩落法生产矿山地表塌陷坑的方法采用的尾矿处理工艺流程图；

图2为本发明一种尾矿堆存于崩落法生产矿山地表塌陷坑的方法采用的固化尾矿塌陷坑堆排各参数示意图；

附图标记：1-固化尾矿，2-崩落法回采覆盖层，3-矿体。

具体实施方式

为进一步描述本发明，下面结合附图和南京梅山冶金发展有限公司地表塌陷坑固化尾矿堆排实施例，对本发明一种尾矿堆存于崩落法生产矿山地表塌陷坑的方法作更详细的描述。

南京梅山冶金发展有限公司采用无底柱分段崩落采矿法开采，由于开采历史悠久，其地表已出现较大的塌陷坑，所以将尾矿固化之后堆排至已有塌陷坑内。

由图1所示的本发明一种尾矿堆存于崩落法生产矿山地表塌陷坑的方法采用的尾矿处理工艺流程图看出，首先对尾矿特性进行检测与分析，摸清尾矿粒度、尾矿浓度、矿物组成、矿物含量，为选择合适的浓缩机及尾矿固化剂提供条件；将选矿厂产生的尾矿给入到深锥浓缩机中浓缩至重量百分浓度为62%~72%的高浓度尾矿浆，以65~69%较好，既可以满足技术要求，又可降低尾矿浓缩处理成本，提高处理能力；接着将浓缩后的高浓度尾矿浆导入尾矿搅拌机中，根据尾矿特性分析选择合适的尾矿固化剂加入到尾矿搅拌机中，经过充分搅拌均匀；最后将加入尾矿固化剂并搅拌均匀的尾矿输送到崩落法生产矿山地表塌陷坑内进行堆排。

由图2所示的本发明一种尾矿堆存于崩落法生产矿山地表塌陷坑的方法采用的固化尾矿塌陷坑堆排各参数示意图看出，该公司采用无底柱分段崩落采矿法开采，在矿体3上面留设崩落法回采覆盖层2，在崩落法回采覆盖层2上面的塌陷坑内干式排放固化尾矿3。

本发明一种尾矿堆存于崩落法生产矿山地表塌陷坑的方法，在南京梅山冶金发展有限公司地下矿山采用无底柱分段崩落采矿法开采形成的塌陷坑内干式排放固化尾矿3，其合理的堆排厚度确定方法如下：

（1）基于覆盖层崩落时固化尾矿不形成空顶的堆排最大厚度采用以下公式确定：

①

式中：D₁—固化尾矿单次堆排最大厚度，m；

R—单次堆排固化尾矿扩展半径，为10m；

σ>

据此计算的固化尾矿单次堆排最大厚度值为8.01m。

（2）基于覆盖层块度和固化尾矿融合流动以防止细粒尾矿流入工作面的堆排最小厚度采用以下公式确定：

②

式中：D₂—固化尾矿单次堆排最小厚度，m；

b—近工作面覆岩平均块度与固化尾矿经相似外力破坏后的平均块度之比，为6；

T—固化尾矿塌落度，为25cm；

σ>

a—覆盖层块度均匀度系数，为100。

据此计算的固化尾矿单次堆排最小厚度为4.59m。

（3）固化尾矿单次堆排合理厚度的最终确定

综合覆盖层崩落时固化尾矿不形成空顶的堆排最大厚度和基于覆盖层块度和固化尾矿融合流动以防止细粒尾矿流入工作面的堆排最小厚度确定，南京梅山冶金发展有限公司固化尾矿单次堆排厚度的区间范围为4.59m～8.01m。