一种金属矿井下短流程尾废协同膏体充填工艺

本发明属于金属矿膏体充填领域，具体涉及一种金属矿井下短流程尾废协同膏体充填工艺。

背景技术：

1、金属矿急倾斜薄矿脉在我国稀有、稀贵战略性矿产资源中分布广泛且储量丰富，以钨矿和金矿为典型代表。薄矿脉受其成矿机制的影响，具有矿脉薄、空间变异性大、分支复合现象普遍、多呈脉群产出的特点。目前金属矿急倾斜薄矿脉多采用充填能力低、充填强度小、粉尘大的干式充填，也有部分矿场尝试了集成干式充填与胶结充填。但该工艺在废石干式充填块石料倒运、尾砂料浆输送等关键工艺方面仍存在难题。尤其对采场充填量小、数量多、空间分散的薄矿脉而言，采用传统充填工艺，地面膏体制备系统复杂、充填管路布设困难、运输成本较大等问题更加显著。所以发明适合金属矿急倾斜薄矿脉开采的固废充填技术变得至关重要。

2、目前充填采矿法主要分为上向分层充填法、下向分层充填法和嗣后充填采矿法。嗣后充填采矿法因采空区较大，地压管理难，使得其常常因为充填的强度或进度不够，发生塌陷，甚至垮通地表，造成较为严重的损害。同时嗣后充填采矿法因为充填的强度难以保障，底柱和间柱变的难以回收，而造成一定的矿量损失。相较之下上向水平分层充填法因其特殊的流程，成为了国内外应用最广泛的充填采矿法之一。对于矿石价值极高、但围岩不稳固的金属矿床例如金矿、镍矿等，上向水平分层充填法常常使得围岩悬空，工人暴露的顶板下工作，无法保证回采作业的安全，此情况下通常采用下向水平分层充填法，在人工假顶的保护下按从上往下的顺序分层进路充填、回采。

3、当前充填工艺中，膏体充填相较于干式充填解决了地表尾砂、废石堆积的问题，有效控制了地面塌陷，提高了回采率。但膏体充填通常在地表建立充填站，将制成的料浆通过管道运输大采空区，使得该方法面临着充填输送管路长、设施基础建设成本高，原料长距离运输损失大等问题。本发明通过在地下建立充填站，实现井下短流程尾废协同膏体充填工艺，缩短运输路程，节约充填成本，达到降低矿山运营成本、实现金属矿山尾矿固废综合利用、遵循绿色矿山环保理念。

技术实现思路

1、针对上述金属矿急倾斜薄矿脉充填面临的窘境，本发明提供了一种金属矿井下短流程尾废协同膏体充填工艺，本方法通过设置井下短流程充填站，同时合理规划了物料运输线、工业水循环利用线有效缩短了各物料的运输路程，节约了充填运输成本，同时遵循了有序开采、高效利用的绿色矿山开采理念。

2、一种金属矿井下短流程尾废协同膏体充填工艺，包括以下步骤：

3、步骤1，对矿脉进行分层划分，根据地质情况和采矿工艺的需要，将矿脉分为若干层；从采场两边界垂直矿脉走向分条向中央后退式、上向分层充填或下向分层充填；

4、步骤2，矿石崩落后由铲运机或电耙通过放矿溜井下放至分段巷道，而后由矿车通过主溜井及阶段运输巷道运输至地下选矿厂，选矿厂将浓度为20％～30％的尾砂通过提前敷设的管路输送到离心矿车中，制成高浓度尾砂，而后尾砂被泵送至搅拌矿车，搅拌矿车离心产生的清水泵入沉淀池，沉淀处理后的工业循环水流入清水池；

5、步骤3，当采用上向分层充填时，采用构筑人工底柱代替矿石底柱；当采用下向分层充填时，需要在每个分层回采结束后，先构筑人工假顶后进行充填；

6、人工底柱与人工假顶构筑采用废石干式充填与胶结充填联合的方式，将崩落的废石经过破碎研磨以后，根据强度需要调整充填体级配，块度较大的运输至急倾斜薄矿脉采场，块度较小的由铲运车搬运至废石矿车上作为充填原料；

7、崩落的废石经过破碎研磨以后，根据强度需要调整充填体级配，块度较大的运输至急倾斜薄矿脉采场，块度较小的由铲运车搬运至废石矿车上作为充填原料；

8、步骤4，水泥在地面上由卡车输送至副井，空水泥矿车由副井罐笼提升至地面装载水泥，装载之后通过主井罐笼运输回巷道，并输送至集成装置处，给搅拌矿车供料；

9、步骤5，清水被泵送至卧式搅拌机，一部分与尾矿砂混合制作充填浆体，另一部分用于清洗卧式搅拌机，清洗废水排放至沉淀池；

10、步骤6，上述原料经过卧式搅拌机搅拌且料浆浓度达到设定值后，泵送至急倾斜薄矿脉采场进行充填处理。

11、步骤1中，每层之间的脉矿高度差控制在2-3m。

12、步骤1中，当采用上向分层充填时，回采过程中，边采边维护充填，控制顶板高度不超过3m；当采用下向分层充填时，回采过程中，控制顶板高度不超过3m。

13、步骤2具体为：选矿厂将浓度为选矿厂将浓度为20％～30％的尾砂通过提前敷设的管路输送到离心矿车中的卧螺离心机，制成60％-70％浓度的高浓度尾砂，尾砂通过重力作用穿过分层隔板流入下层的渣浆泵，并经过渣浆管泵送至搅拌矿车的卧式搅拌机；在渣浆管上安装有γ射线浓度计ⅰ及电动阀ⅰ，其中电动阀ⅰ靠近卧式搅拌机一侧；搅拌矿车上的卧式离心机离心产生的清水通过重力穿过分层隔板流入下方水泵，并泵送至沉淀池，沉淀处理后的工业循环水流入清水池，用于卧式搅拌机的浆体配制、调浓或用于卧式搅拌机的冲洗工作。

14、步骤3中，构筑人工底柱，具体为：具体流程为：崩落的废石经过废石破碎机破碎后，根据强度需要调整充填体级配，通过振动筛筛分成不同块度的废石，粒径小于20mm的废石，由铲运车搬运至废石矿车的载货车身上，卸载时，打开安装在载货车身底部的车厢底板，废石掉落至安装在废石矿车前端的皮带输送机上，而后通过废石矿车的皮带运输机送入集料斗作充填原料；其余废石则直接运输至急倾斜薄矿脉采场；配制75％浓度左右的充填料浆用于与大块废石混合共同构筑假底。

15、步骤3中，构筑人工假顶，具体为：通过设置钢网架、隔水板，将人工假顶与下层矿体分离，废石经过废石破碎机破碎后，根据强度需要调整充填体级配，通过振动筛筛分成不同块度的废石，粒径小于20mm的废石，由铲运车搬运至废石矿车的载货车身上，通过废石矿车的皮带运输机送入集料斗作充填原料；其余废石则直接运输回采场；配制75％浓度左右的充填料浆用于与大块废石混合共同构筑假顶；待能保证假顶的稳定与安全性后，撤除钢网架与隔水板。

16、步骤5，具体为：搅拌所需用水由抽水泵从清水池中抽取并通过水管运输至搅拌机，且在连接抽水泵的水管上安装有电动阀ⅱ和电磁流量计ⅰ，其中电动阀ⅱ靠近卧式搅拌机一侧设置，搅拌过程中通过卧式搅拌机左侧的γ射线浓度计ⅱ对出料口的充填浆体浓度进行实时监测，并由电磁流量计ⅰ和电动阀ⅱ实时检测流量控制送水速率，直到充填浆体的浓度达到设定值并维持稳定。

17、步骤6，当采用上向分层充填时，输浆管采用上扬式充填，先充满一个采场分层的下部后再伸长输浆管，由下往上不断充填，直至充满整个分层；当采用下向分层充填时，采用喷灌的方式喷洒充填料浆至填满整个分层。

18、本发明的有益效果：

19、(一)相较于一般的干式充填，本方法通过使用尾砂废石协同充填解决了干式充填孔隙度大、强度低的问题；

20、(二)相较于大多数地面充填站，本方法通过将充填系统移到地下有效减少了水头损失、提升了充填效率、保证了充填结顶率，同时节约了充填成本；

21、(三)相较于其他地下移动式充填方法，本方法通过设置井下短流程充填站，同时合理规划了物料运输线、工业水循环利用线有效缩短了各物料的运输路程，节约了充填运输成本，同时遵循了有序开采、高效利用的绿色矿山开采理念。

22、(四)本系统将卧螺离心机、渣浆泵、水泵、集料斗、卧式搅拌机、充填泵、进行集成化处理并通过矿车组运输实现充填系统连续式、一体化、移动式，能有效减少工作、运输过程中产生的原料损失与废物产生。

23、(五)该工艺通过一种集成式、连续式的膏体充填系统使得井下充填能实现即开即用、随关随停。