全尾矿井下充填方法与流程

1.本发明具体涉及一种全尾矿井下充填方法。

背景技术：

2.我国的充填工艺和技术的发展，自19世纪50年代以来，经历了废干 石式填充、分级尾矿水力砂充填、碎石水力充填、混凝土胶结充填、尾砂 和细砂胶结充填的发展过程。传统的尾矿充填多采用分级脱泥砂作为胶结 充填的主要材料，尾砂利用率一般只有50％左右。目前，有的科研团队对不 脱泥尾砂做充填材料的可能性进行了试验研究，取得了一些成果，并在一 些矿山试验应用，全尾砂在井下脱水后，砂浆浓度达到了70％以上。

3.目前，关于尾砂充填方法多采用分级脱泥砂作为胶结充填的主要材料。 因为尾矿中含有的成分不同，会对尾砂浆的脱模时间产生不同的影响。大 量实验研究表明，影响尾砂脱模时间的关键因素在细砂部分，主要是由于 菱锌矿在细砂中略有富集，且菱锌矿会发生完全解离。由于锌离子的大量 存在会使水泥发生缓凝现象，因此大多数公司都会分级尾砂充填工艺(目 的是去除细砂)。但是，这样的充填工艺需要对尾砂进行旋流分级，尾砂利 用率一般只有50％左右，不仅造成尾砂的大量浪费，而且造成充填成本的上 升。

4.有鉴于此，本发明提出一种新的全尾矿井下充填方法，在不要求分级 脱泥砂的情况下，实现了无需复杂的充填工艺。

技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种全尾矿井下充填方法，该方法解决了现有 技术中存在的尾砂需分级处理、尾砂损耗高、全尾砂凝结速度慢甚至不凝 结、充填质量差、充填成本高、灰砂比高等弊端。

6.为了实现上述目的，所采用的技术方案为：

7.一种全尾矿井下充填方法，所述的全尾矿井下充填方法为：向全尾砂 中加入水泥、硫化物和水，分别配制成高强度充填、中强度充填和非胶结 充填的充填料浆，按照壁柱式上向分层采矿法，分别填充采场底部、采场 各分层下部和采场各分层上部；

8.所述的硫化物为硫氢化钠或硫化钠。

9.进一步地，所述的水泥为p.o、42.5的水泥。

10.进一步地，所述的硫化物为硫氢化钠。

11.再进一步地，所述的高强度充填的充填料浆中，水泥和全尾砂的质量 比为1:4.5，浓度72％，硫氢化钠的用量为全尾砂用量的0.05％；脱模养护 28天后强度不小于3.00mpa。

12.再进一步地，所述的高强度充填的充填料浆用于采场底部充填，脱模 养护28天后强度为3.00mpa。

13.再进一步地，所述的中强度充填的充填料浆中，水泥和全尾砂的质量 比为1:5.5，浓度72％，硫氢化钠的用量为全尾砂用量的0.05％；脱模养护 28天后强度为2?3mpa。

14.再进一步地，所述的中强度充填的充填料浆用于采场各分层下部充填， 脱模养护

28天后强度为2.14mpa。

15.再进一步地，所述的非胶结充填为全尾砂充填，其充填料浆浓度为72％， 用于采场各分层上部充填。

16.进一步地，所述的全尾砂的不均匀系数不小于5，且曲率系数为1?3。

17.进一步地，所述的全尾砂主要矿物为石英和钾长石，其次为白云石、 方解石、绢云母和钠长石。

18.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

19.1、本发明适用于全尾砂矿的充填工艺、解决了因少量菱锌矿存在而导 致的填浆不凝结或凝结缓慢的问题。

20.2、本发明的全尾砂充填工艺较分级简单，不存在细粒级尾砂堆存问题， 成本上低于分级尾砂充填工艺。

21.3、本发明采用分层充填工艺，将不同强度要求的充填层面分开配比， 解决了统一充填成本高的问题。

附图说明

22.图1为灰砂比对抗压强度的影响；

23.图2为质量浓度对抗压强度的影响；

24.图3为灰砂比对抗压强度的影响；

25.图4为质量浓度对抗压强度的影响；

26.图5为灰砂比对抗压强度的影响；

27.图6为灰砂比对抗压强度的影响；

28.图7为壁柱式上向分层充填采矿法的示意图；

29.图8为上向分层进路充填采矿法的示意图.

具体实施方式

30.为了进一步阐述本发明一种全尾矿井下充填方法，达到预期发明目的， 以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种全尾矿井下充填方法，其 具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不 同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多 个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

31.下面将结合具体的实施例，对本发明一种全尾矿井下充填方法做进一 步的详细介绍：

32.试验原料尾砂样品从紫金锌业选矿厂取得，尾砂样品有两批：第一批 为1、2期综合样，取自选矿厂1、2期尾砂浆进65米絮凝剂间尾矿箱处； 第二批3期尾砂取自选矿厂3期尾砂浆35米缓冲箱处。两批样品在现场先 静置沉降，去除上清液后，再自然风干后，送至杭紫金矿冶设计研究院南 岗中试基进行尾砂理化性质测试。

33.通过全面分析尾矿化学成分、矿物组成、粒度分布、沉降性等，研究 了灰砂比、充填浓度、尾砂粒级对充填浆料的流动性特性以及不同龄期的 充填试块强度发展的影响，以达到为尾砂充填的理化性质、可靠性、可行 性、配比、成本等提供较为准确的数据支持的目的。该全尾矿：

34.(1)主要含量：全尾砂中主要矿物为石英和钾长石，其次为白云石、 方解石、绢云母和钠长石。硫化矿物种类多，但含量相对较少，其中磁黄 铁矿0.13％、黄铁矿0.33％，黄铜矿0.01％、闪锌矿0.13％、方铅矿0.32％， 还含有菱锌矿0.67％。

35.(2)粒度分布：全尾砂中?23μm细粒级累计占比20.08％，?75μm粒 级累计占比36.13％，+75μm粒级累计占比63.87％。全尾砂不均匀系数cu 为10.86，曲率系数cc为1.35，满足良好级配要求的cu≥5且cc＝1?3条 件，表明全尾砂粒级属于良好级配。

36.(3)沉降试验：砂浆浓度为30％、40％、50％时，沉降2h时接近最大沉 降浓度。当沉降时间超过12h后，底流浓度基本无变化，此时底流浓度分 别为65.07％、65.83％、67.49％，对应料浆容重1.69g/cm3、1.69g/m3和 1.72g/m3。

37.(4)坍落度(流动性)：全尾砂?水泥充填料浆输送浓度为68?72％时， 相应的坍落度约为28?25cm。全尾砂管道输送性能较好，能实现自流输送且 不发生离析。水泥配比高时，取输送浓度下限；水泥配比低时，取输送浓 度上限。

38.(5)泌水性：全尾砂作为骨料，充填浓度70％时，泌水率10.07％，沉 缩率5.24％当充填浓度为72％时，泌水率降低至4.21％，沉缩率为1.8％，后 续充填工艺选择充填浓度72％进行试验研究。

39.(6)凝结时间：全尾砂为制备试块的骨料，发现试块存在长时间(120h) 不凝结硬化的现象。通过对不凝结试块成份分析发现，尾砂中的菱锌矿是 造成料浆凝结速度缓慢的主要原因：菱锌矿在碱性充填料浆中溶解，释放 出的锌离子与石灰反应生成不溶物ca(zn(oh)3)2·2h2o，该反应不仅消耗了 石灰，而且生成物包覆于水泥颗粒表面，进一步影响c3s正常水化生产c?s?h 凝胶，从而影响充填料浆的凝结。

40.本发明通过对缓凝抑制剂的研究，发现添加适量硫化物(硫氢化钠或 硫化钠)可以显著缩短试块脱模时间。且在抗压强度方面：当硫氢化钠用 量为全尾砂用量的0.05％时，试块具有较短的脱模时间(＜21h)和较高的 28d抗压强度(3.33mpa)，满足充填工艺高强度充填要求。

41.为了解决现有技术中存在的尾砂需分级处理，尾砂损耗高、全尾砂凝 结速度慢甚至不凝结、充填质量差、充填成本高、灰砂比高等弊端，结合 矿区的实际情况，本发明提出了“一种全尾矿充填方法采用壁柱式上向分 层采矿法”，其技术方案为：

42.一种全尾矿井下充填方法，所述的全尾矿井下充填方法为：向全尾砂 中加入水泥、硫化物和水(骨料重量计)，分别配制成高强度充填、中强度 充填和非胶结充填的充填料浆，按照壁柱式上向分层采矿法，分别填充采 场底部、采场各分层下部和采场各分层上部；

43.所述的硫化物为硫氢化钠或硫化钠。

44.优选地，所述的水泥为p.o、42.5的水泥。

45.优选地，所述的硫化物为硫氢化钠。

46.进一步优选地，所述的高强度充填的充填料浆中，水泥和全尾砂的质 量比为1:4.5，浓度72％，硫氢化钠的用量为全尾砂用量的0.05％；脱模养 护28天后强度不小于3.00mpa。

47.水泥和全尾砂的质量比为灰砂比。

48.进一步优选地，所述的高强度充填的充填料浆用于采场底部充填，脱 模养护28天

后强度为3.00mpa。

49.进一步优选地，所述的中强度充填的充填料浆中，水泥和全尾砂的质 量比为1:5.5，浓度72％，硫氢化钠的用量为全尾砂用量的0.05％；脱模养 护28天后强度为2?3mpa。

50.进一步优选地，所述的中强度充填的充填料浆用于采场各分层下部充 填，脱模养护28天后强度为2.14mpa。

51.进一步优选地，所述的非胶结充填为全尾砂充填，其充填料浆浓度为 72％，用于采场各分层上部充填。

52.优选地，所述的全尾砂的不均匀系数不小于5，且曲率系数为1?3。

53.优选地，所述的全尾砂主要矿物为石英和钾长石，其次为白云石、方 解石、绢云母和钠长石。

54.全尾矿中主要矿物为石英和钾长石、满足良好级配要求的cu≥5且 cc＝1?3条件，具有沉降浓度和沉降速度适中、管道输送性能较好，能实现 自流输送且不发生离析、泌水率和沉缩率低、具有较短的脱模时间和较高 的28d抗压强度，可应用于井下充填。

55.实施例1：充填料浆缓凝抑制剂的遴选

56.菱锌矿的存在是导致充填料浆缓凝的关键因素，故需通过反应过程考 察哪些能够抑制剂能够消除菱锌矿引起的缓凝现象。向全尾砂中加入水泥 (p.o 42.5)、缓凝抑制剂和水，配制成充填料浆，再将配制好的充填浆料 浇筑成型后脱模，并记录脱模时间，试验结果见表1。

57.选取了硫氢化钠、磷酸三钠两种可与锌形成沉淀的药剂作为缓凝抑制 剂。实验中nahs、na3po4用量均为尾砂重量的0.25％。另外，水泥水化过程 中锌离子消耗掉一部分钙离子，导致料浆中钙离子不足。试验拟通过补加 少量石灰方式，考察碱度对缩短脱模时间的影响。试验分别添加了尾砂重 量0.2％、1％的石灰。

58.表1不同添加剂对脱模时间的影响

[0059][0060]

由表1可知，添加硫氢化钠后，料浆脱模时间大幅缩短，小于8h，抑 制缓凝效果显著；添加磷酸钠未缩短料浆脱模时间，因为工业中磷酸盐也 是一种缓凝剂。试验添加0.2％石灰后，脱模时间从120h缩短到70h以内； 添加1％石灰后，脱模时间进一步缩短到45h以内(该试块在养护14天后， 试块抗压强度仅有0.14mpa，说明锌离子不仅会影响脱模时间，还会影响试 块后期抗压强度)。

[0061]

实施例2：硫化物添加剂对试块脱模时间的影响

[0062]

考察缓凝抑制剂药剂种类、药剂用量、不同灰砂比条件下对试块脱模 时间的影响。具体的：

[0063]

(1)方法：向全尾砂中加入水泥(p.o 42.5)、不同用量的硫氢化钠 和水，配制成充

填料浆(灰砂比1:4、充填浓度72％)，再将配制好的充填 浆料浇筑成型后脱模，并记录脱模时间，试验结果见表2。

[0064]

表2 nahs用量对脱模时间的影响

[0065][0066]

从表2表明，随着加硫氢化钠药剂用量增加，料浆脱模时间不断缩短， 从零添加硫氢化钠的120h缩短到8h以内。从经济和环保角度出发，当硫 氢化钠添加量为0.05％左右时，料浆脱模时间短和试块后期强度较高。

[0067]

(2)向全尾砂中加入硫氢化钠、水和不同用量的水泥(p.o 42.5)， 配制成充填料浆，再将配制好的充填浆料浇筑成型后脱模，并记录脱模时 间，试验结果见表3。其中，nahs用量为全尾砂用量的0.2％，充填浓度72％。

[0068]

表3不同灰砂比对脱模时间的影响

[0069]

灰砂比脱模时间/h1/4＜101/10＜211/2025

[0070]

表3说明，不同灰砂比时，随着灰砂比降低，试块脱模时间延长，当 灰砂比1/20时，脱模时间为25h。添加剂有效抑制了骨料中缓凝物质的不 利影响。

[0071]

(3)向全尾砂中加入水泥(p.o 42.5)、缓凝抑制剂和水，配制成充 填料浆(充填浓度72％)，再将配制好的充填浆料浇筑成型后脱模，并记录 脱模时间，试验结果见表4。缓凝抑制剂为硫氢化钠(溶液状，质量浓度 21.14％)和硫化钠(片状，含量60％，工业级)。

[0072]

表4缓凝抑制剂对脱模时间的影响

[0073][0074]

表4说明，采用硫化钠代替硫氢化钠后，效果相同。因硫化钠中硫含 量占比高，所以用量相比硫氢化钠要少，工业中硫化钠也更好存储。

[0075]

实施例3：充填材料强度配比

[0076]

试验所用原料为新疆紫金锌业全尾砂，胶结剂为天山牌普通硅酸盐水 泥(p.o 42.5)，添加剂为硫氢化钠溶液(含量21.14％，紫金山金铜矿提供)。 根据坍落度试验结果，确定全尾砂的充填配比试验为灰砂比1:4、1:6、1:8、 1:10、1:15、1:20共6组，料浆浓度为68％、70％、72％、74％共4组，每组 进行7d、14d、28d、60d四个龄期的抗压强度测试，每个龄期浇筑2个试 块，每组补充2个试块用于测试各龄期容重，共计240个试块。

[0077]

试验过程为：将尾矿、水泥、硫氢化钠和水按配比称量后，首先将尾 矿和水泥混合均匀，再加入硫氢化钠和水，用手持式搅拌机(gth?100)搅 拌均匀后，倒入70.7×70.7×70.7mm试模中。静置24h后，用抹刀将试块 削平整，颠倒脱模后，将试块轻轻放入养护室进行恒温恒湿养护，温室保 持在20±1℃，湿度95％左右，养护至相应龄期后取出测容重和抗压强度。 试块制作及试块抗压强度测试见表5?8。

[0078]

表5全尾砂+水泥+硫氢化钠(用量0.125％)充填强度试验结果

[0079]

[0080]

[0081][0082]

表6全尾砂+水泥+硫化钠(用量0.105％)充填强度试验结果

[0083]

[0084][0085]

表7分级尾砂充填(分级尾砂+水泥)强度试验结果

[0086][0087]

备注：灰砂比1:10、1:15、1:20充填试块不仅未能按时脱模，而且养护 至相应龄期时，试块仍然太软，一捏就碎，无法进行抗压强度测试。

[0088]

表8分级尾砂+水泥+硫氢化钠(用量0.125％)充填强度试验结果

[0089][0090]

根据表5?8绘制图1?6。图1为灰砂比对抗压强度的影响((全尾砂+ 硫氢化钠(0.125％)、质量浓度72％))。图2为质量浓度对抗压强度的影响 ((全尾砂+硫氢化钠(0.125％)、灰砂比1/4))。图3为灰砂比对抗压强度 的影响(分级尾砂、质量浓度76％)。图4为质量浓度对抗压强度的影响(分 级尾砂、灰砂比1:4)。图5为灰砂比对抗压强度的影响(全尾砂+硫化钠/ 硫氢化钠、质量浓度72％)。图6为灰砂比对抗压强度的影响(分级尾砂+ 硫氢化钠、质量浓度76％)。

[0091]

从图1可以看出，随着灰砂比降低，试块抗压强度急剧降低，从灰砂 比1:4降到1:6，28d抗压强度从3.60mpa降到1.80mpa，降低了50％；灰 砂比低于1/8时，降幅逐渐减小。从曲线图读出，当灰砂比1:4.5时，28d 抗压强度为3.00mpa；当灰砂比1:5.5时，28d抗压强度为2.14mpa；当灰 砂比1:6.5时，28d抗压强度为1.59mpa。从图5可以看出，全尾砂作为骨 料时，硫氢化钠和硫化钠两种固硫剂，对试块抗压强度影响基本一样。

[0092]

从图6曲线上看，当灰砂比1:5时，28d抗压强度为3.50mpa；当灰砂 比1:7时，28d抗压强度为2.11mpa；当灰砂比1:8时，28d抗压强度为 1.58mpa。

[0093]

对比图5和6，当灰砂比在1/4?1/6时，分级尾砂是否加入添加剂，对 28d抗压强度大小影响不大。同等灰砂比时，分级尾砂作为骨料的试块比全 尾砂作为骨料的试块抗压强度增大显著。灰砂比低于1/8时，添加剂对分 级尾砂作为骨料试块抗压强度影响较大，不添加时，试块几乎无强度。

[0094]

实施例4.

[0095]

具体操作步骤如下：

[0096]

新疆紫金锌业地下开采规模为10000t/d。矿石密度2.65g/cm3(比重瓶 法)，按照年工作时间330天计，则每年产生采空区约124万m3(约328.6 万吨)，产生全尾砂约119.04m3(约315.46万吨)。按充填采矿方法并结合 全尾砂充填骨料，获得以下方案及相应的成本情况：

[0097]

方案1：

[0098]

向全尾砂中加入水泥(p.o 42.5)、硫氢化钠和水，配制高强度充填、 中强度充填和非胶结充填的充填料浆，按照壁柱式上向分层采矿法进行充 填。其中：(1)高强度充填的充填料浆，其灰砂比1:4.5，浓度72％，硫氢 化钠的用量为全尾砂用量的0.05％，28天强度为3.00mpa，满足高强度充填 要求，用于采场底部充填。(2)中强度充填的充填料浆，其灰砂比1:5.5， 浓度72％，硫氢化钠的用量为全尾砂用量的0.05％，28天强度为2.14mpa， 满足中强度充填要求，用于采场各分层下部充填。(3)非胶结充填为全尾 砂充填，其充填料浆浓度为72％，用于采场各分层上部充填。

[0099]

壁柱式上向分层充填采矿法的示意图如图7所示，壁柱式上向分层充 填采矿法不同强度充填体强度占比如表9所示。

[0100]

表9壁柱式上向分层充填采矿法不同强度充填体强度占比

[0101][0102][0103]

全矿平均全尾砂单耗2.212t/m3，平均水泥单耗0.066t/m3，平均水单 耗0.886t/m3，平均硫氢化钠单耗0.41kg/m3，年需全尾砂总量274.33万吨， 水泥8.14万吨，水109.85万吨，硫氢化钠500t，综合充填成本40.34元 /m3，每吨矿石充填成本15.22元。

[0104]

方案2：

[0105]

按照上向分层进路充填采矿法进行充填。填充浆料的制备方法与方案1 相同，不同点在于：填充浆料有4种，分别为灰砂比1:4.5、1:5.5、1:6.5 和全尾砂充填的填充浆料。

[0106]

上向分层进路充填采矿法的示意图如图8所示，上向分层进路充填采 矿法不同强度充填体强度占比如表10所示。

[0107]

表10上向分层进路充填采矿法不同强度充填体强度占比

[0108][0109]

全矿平均全尾砂单耗1.688t/m3，平均水泥单耗0.130t/m3，平均水单 耗0.707t/m3，平均硫氢化钠单耗0.93kg/m3，年需全尾砂总量209.30万吨， 水泥16.15万吨，水87.67万吨，硫氢化钠1150t，综合充填成本75.37元 /m3，每吨矿石充填成本28.44元。

[0110]

可知在此条件下，方案1全尾砂利用率为86.96％，每吨矿石充填成本 15.22元，方案2全尾砂利用率为66.35％，每吨矿石充填成本28.44元。 方案1实现了对探索试验的良好验证。

[0111]

通过对方案1?2的对比可知，本发明在不要求分级脱泥砂的情况下， 无需复杂操作，是一种简单、易于控制、价格低廉的充填方法，具有很好 的应用前景。

[0112]

以上所述，仅是本发明实施例的较佳实施例而已，并非对本发明实施 例作任何形式上的限制，依据本发明实施例的技术实质对以上实施例所作 的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明实施例技术方案的范 围内。技术特征：

1.一种全尾矿井下充填方法，其特征在于，所述的全尾矿井下充填方法为：向全尾砂中加入水泥、硫化物和水，分别配制成高强度充填、中强度充填和非胶结充填的充填料浆，按照壁柱式上向分层采矿法，分别填充采场底部、采场各分层下部和采场各分层上部；所述的硫化物为硫氢化钠或硫化钠。2.根据权利要求1所述的全尾矿井下充填方法，其特征在于，所述的水泥为p.o、42.5的水泥。3.根据权利要求1所述的全尾矿井下充填方法，其特征在于，所述的硫化物为硫氢化钠。4.根据权利要求3所述的全尾矿井下充填方法，其特征在于，所述的高强度充填的充填料浆中，水泥和全尾砂的质量比为1:4.5，浓度72％，硫氢化钠的用量为全尾砂用量的0.05％；脱模养护28天后强度不小于3.00mpa。5.根据权利要求4所述的全尾矿井下充填方法，其特征在于，所述的高强度充填的充填料浆用于采场底部充填，脱模养护28天后强度为3.00mpa。6.根据权利要求3所述的全尾矿井下充填方法，其特征在于，所述的中强度充填的充填料浆中，水泥和全尾砂的质量比为1:5.5，浓度72％，硫氢化钠的用量为全尾砂用量的0.05％；脱模养护28天后强度为2?3mpa。7.根据权利要求6所述的全尾矿井下充填方法，其特征在于，所述的中强度充填的充填料浆用于采场各分层下部充填，脱模养护28天后强度为2.14mpa。8.根据权利要求3所述的全尾矿井下充填方法，其特征在于，所述的非胶结充填为全尾砂充填，其充填料浆浓度为72％，用于采场各分层上部充填。9.根据权利要求1所述的全尾矿井下充填方法，其特征在于，所述的全尾砂的不均匀系数不小于5，且曲率系数为1?3。10.根据权利要求1所述的全尾矿井下充填方法，其特征在于，所述的全尾砂主要矿物为石英和钾长石，其次为白云石、方解石、绢云母和钠长石。

技术总结

本发明为一种全尾矿井下充填方法。一种全尾矿井下充填方法，为：向全尾砂中加入水泥、硫化物和水，分别配制成高强度充填、中强度充填和非胶结充填的充填料浆，按照壁柱式上向分层采矿法，分别填充采场底部、采场各分层下部和采场各分层上部；所述的硫化物为硫氢化钠或硫化钠。本发明所述的一种全尾矿井下充填方法，方法简单，成本低，解决了现有技术中尾砂需分级处理，尾砂损耗高、全尾砂凝结速度慢甚至不凝结、充填质量差、充填成本高、灰砂比高等弊端。端。端。

技术研发人员：林毅斌 沈卫卫 朱宏斌 李守业 林天发 徐维州 金凤英

受保护的技术使用者：新疆紫金锌业有限公司

技术研发日：2021.04.01

技术公布日：2021/7/8