阅读说明：本技术 一种长距离管道输送砂浆治理矿山废弃露天盆的方法 (The method that outdoor basin is discarded in a kind of long-distance transportation through pipeline mortar improvement mine ) 是由 张雄天 朱文志 张国胜 赵尔丞 于 2019-07-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种长距离管道输送砂浆治理矿山废弃露天盆的方法,属于采矿工程技术领域,以解决露天转地下开采且地下开采采用无底柱分段崩落采矿法开采的矿山露天盆治理的问题。方法如下：将露天盆的治理划分为两期,以封闭圈为界；封闭圈以下为一期治理工程,封闭圈以上为二期治理工程；一期治理工程与井下采矿生产同时进行,并且井下采矿方法必须为无底柱分段崩落采矿法,形成一定厚度的废石垫层；一期治理工程充填到露天盆的充填体随着采矿活动的下降与废石垫层一起下降,确保上部充填与下部采矿同时安全进行；二期治理工程为露天盆封闭圈以上。本发明有效的解决了井下开采对露天盆不稳定边坡的扰动问题,有效的保证了矿山的安全生产。(The invention discloses a kind of long-distance transportation through pipeline mortars to administer the method that outdoor basin is discarded in mine, belong to mining engineering technical field, is administered with the outdoor basin in mine for solving the problems, such as open air trestle exploitation and underground mining is exploited using bottom-column-free sectional caving stoping method.Method is as follows: the improvement of outdoor basin being divided into for two phases, using sealing ring as boundary；Sealing ring is the following are a phase harnessing project, and the above are the second stage of harnessing projects for sealing ring；One phase harnessing project carries out simultaneously with underground mining production, and underground mining method is necessary for bottom-column-free sectional caving stoping method, forms certain thickness barren rock bed course；One phase harnessing project is filled to the obturation of outdoor basin as the decline of mining activity declines together with barren rock bed course, it is ensured that top filling carries out safely simultaneously with lower mining；The second stage of harnessing project is outdoor basin sealing ring or more.Effective solution of the present invention perturbed problem of the underground mining to outdoor basin instable slope, is effectively guaranteed the safety in production in mine.)

一种长距离管道输送砂浆治理矿山废弃露天盆的方法

技术领域

本发明属于采矿工程技术领域，特别涉及一种长距离管道输送砂浆治理矿山废弃露天盆的方法。

背景技术

矿山露天开采形成的露天盆对环境破坏影响较大，露天采矿形成的露天盆易导致水环境污染、破坏地表植被、产生地质灾害以及固体废弃物污染。同时随着时间的推移及地下采矿的影响，露天边坡的稳定性将对矿山安全生产产生巨大影响，同时雨季露天盆的汇水通过围岩节理、裂隙渗流至井下，不仅增加排水费用，还会造成围岩性质劣化，对井下采矿造成带来重大安全隐患。

目前国内在露天盆治理方面采取的技术措施主要为构筑人工假底尾砂胶结充填治理方案，此技术方案存在一定的问题并未得到较好的应用。此方案目前通用的做法是构筑人工钢筋混凝土假底，其适合于井下采用空场法和充填法开采的矿山，而对于采用崩落法开采的矿山，若采用此技术方案，随着井下采矿的下降，将在废石垫层与人工假底之间形成一个空区，随着露天盆充填体的不断填充，充填体的自重必然对人工假底产生巨大压力，对矿山生产产生重大安全隐患，严重制约矿山发展。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种长距离管道输送砂浆治理矿山废弃露天盆的方法，以解决露天转地下开采且地下开采采用无底柱分段崩落采矿法开采的矿山露天盆治理的问题，同时解决上部废弃露天盆对井下采矿影响的问题。

本发明采用如下技术方案如下：一种长距离管道输送砂浆治理矿山废弃露天盆的方法，包括如下步骤：

a.根据矿山实际生产情况，确定合理的分期治理数；将露天盆的治理划分为两期，以封闭圈为界；封闭圈以下为一期治理工程，封闭圈以上为二期治理工程；一期治理工程与井下采矿生产同时进行，并且井下采矿方法必须为无底柱分段崩落采矿法，形成一定厚度的废石垫层；一期治理工程充填到露天盆的充填体随着采矿活动的下降与废石垫层一起下降，确保上部充填与下部采矿同时安全进行；二期治理工程为露天盆封闭圈以上。

b.进行数值模拟及充填试验，确定各分期治理时的充填砂浆配比；

c.根据矿山现状及未来地下采矿生产情况，核算现状露天盆体积及未来地下采矿结束后露天盆体积变化情况，确定每年充填能力；

d.根据矿山已有充填系统的设备配置情况及确定的充填能力，合理配置充填工业泵；

e.根据矿山地形情况，确定充填砂浆管线输送方案；

f.根据矿山露天盆边坡稳定性情况，确定合适的充填平台，固定充填输送管，以漫灌的方式进行充填工作；

g.对露天盆与井下贯通的巷道进行封堵，避免砂浆污染井下巷道。

作为本发明的进一步改进，露天转地下开采时，地下开采必须形成一定厚度的废石垫层，废石垫层厚度为50～100m。

作为本发明的进一步改进，一期治理工程必须与井下生产同时进行，保证充填体与废石垫层同时下降；二期治理工程必须待井下生产结束后方可进行.以保证二期治理工程最终形成的边坡的稳定性。

作为本发明的进一步改进，二期治理工程最终形成的胶结充填体边坡坡比为1∶3，坡面标高每隔10m设一个5～8m宽的马道。

作为本发明的进一步改进，所述步骤b中一期治理工程充填砂浆浓度为70％、灰砂比1∶15～20；二期治理工程充填砂浆浓度为70％、灰砂比1∶5～10。

作为本发明的进一步改进，所述步骤c中采用三维矿业软件建立露天盆现状三维模型，核算露天盆现状体积。

作为本发明的进一步改进，所述步骤d中充填工业泵主要根据输送能力、输送总扬程及输送功率确定。

作为本发明的进一步改进，所述步骤e中充填砂浆管线从充填站至露天盆的架设保证顺坡架设，在局部反坡段变坡点处需设置安全事故池；变坡点处管道设置三通，当出现安全事故时，在三通处安装离心泵，离心泵一端连接水管至充填站内沉淀池，采用高压水疏通管道，防止堵管；充填砂浆输送主管采用无缝钢管，明设，设管枕及支架，法兰连接，每6m设一个钢支架；露天盆内充填时采用聚乙烯增强塑料管进行充填工作。

作为本发明的进一步改进，所述步骤f中需在充填平台适当位置处设值班室、照明及视频监控设施，在充填平台四周设铁丝网围栏。

作为本发明的进一步改进，所述步骤g中因矿山采用无底柱分段崩落采矿法采矿，露天盆下部废石垫层与井下采区贯穿，为避免充填后充填料浆污染巷道并破坏巷道的稳定性，需要对井下中段各主要穿脉巷道进行封堵，封堵挡墙型式采用钢筋混凝土挡墙，封堵长度为10m。

本发明为一种长距离管道输送砂浆治理矿山废弃露天盆的方法，有益效果如下：

1、本发明具有工艺简单，机械化程度较高，易于操作，效率较高等优点。

2、本发明从根本上解决了露天转地下开采且地下开采采用无底柱分段崩落采矿法开采的矿山废弃露天盆治理的问题。

3、本发明有效的解决了井下开采对露天盆不稳定边坡的扰动问题，有效的保证了矿山的安全生产。

4、本发明采用尾砂胶结充填治理废弃露天盆的方法，有效的减小了矿山选矿尾砂等固体废弃物对环境的污染破坏作用，较好的保护了生态环境。

附图说明

图1为某大型铅锌矿露天盆最终境界纵投影图；

图2某大型铅锌矿露天盆一期工程示意图；

图3为某大型铅锌矿露天盆二期工程示意图；

图4为一期工程分析计算模型示意图；

图5为一期工程数值分析计算模型；

图6为二期充填工程二维极限平衡分析计算模型示意图；

图7为二期充填工程数值分析结果。

具体实施方式

附图为本发明实施例：国内某大型铅锌矿山采用本发明技术方案进行露天盆治理及施工原理图。

实施例1

参照图1至图7，对治理的实际实施过程进行进一步详细的描述。具体如下：

(1)根据矿山实际生产情况，确定合理的分期治理数；

通常将露天盆的治理划分为两期，以封闭圈为界。封闭圈以下为一期治理工程，封闭圈以上为二期治理工程。一期治理工程与井下采矿生产同时进行，并且井下采矿方法必须为无底柱分段崩落采矿法，形成一定厚度的废石垫层。废石垫层厚度通常为50～100m。

一期治理工程充填到露天盆的充填体随着采矿活动的下降与废石垫层一起下降，确保上部充填与下部采矿安全进行；二期治理工程为露天盆封闭圈以上，为保证治理工程的安全进行，必须待井下采矿活动结束后方可进行二期治理工程。二期治理工程最终形成的胶结充填体边坡坡比为1∶3(18.4°)，坡面标高每隔10m设一个5-8m宽的马道。

某大型铅锌矿山以1298m水平(封闭圈)为界，分为Ⅰ期、Ⅱ期工程。Ⅰ期工程充填以露天盆底1268m标高为底，封闭圈1298m标高为顶；Ⅱ期工程充填以封闭圈1298m标高为底，1430m标高为顶。

图1为某大型铅锌矿露天盆最终境界纵投影图，图中线条B为露天开采境界，露天开采境界以上为待治理区域；图2为某大型铅锌矿露天盆一期工程示意图，图中示出了一期填充工程区域C；图3为某大型铅锌矿露天盆二期工程示意图，一期填充工程区域C上为二期填充工程区域D。

(2)进行数值模拟及充填试验，确定各分期治理时的充填砂浆配比；

图4为一期工程分析计算模型示意图，图中示出了1298m水平(封闭圈)A，一期填充工程区域C，一期填充工程区域C的下方为废石垫层E，废石垫层E下方为矿体F；图5为一期工程数值分析计算模型；图6为二期充填工程二维极限平衡分析计算模型示意图；图7为二期充填工程数值分析结果。

对一期充填治理工程及二期充填治理工程分别进行数值模拟的力学分析，根据力学分析的稳定性情况确定一期治理工程及二期治理工程的最佳充填配比，进行充填试验，确保治理工程的安全性。

针对灰砂比＝1∶15，质量浓度70％的砂浆进行L管充填试验；对灰砂比＝1∶15，质量浓度70％充填试样压力试验；进行数值模拟与充填试验，通过数值模拟及充填试验确定最佳充填配比。对配置充填体的尾砂的基本物理性质，配置的充填材料流变特性、充填材料强度进行相关试验及分析，确定一期治理工程充填砂浆浓度为70％、灰砂比1∶15～20；确定二期治理工程充填砂浆浓度为70％、灰砂比1∶5～10。

(3)根据矿山现状及未来地下采矿生产情况，核算现状露天盆体积及未来地下采矿结束后露天盆体积变化情况，确定每年充填能力；

根据矿山现状情况，采用三维矿业软件建立露天盆现状三维模型，核算露天盆现状体积；

根据井下矿石量赋存情况，计算井下采矿结束后新增露天盆体积：

v——露天盆新增体积，m³；

m——井下赋存矿石量，t；

P_损——采矿损失率,％；

P_贫——采矿贫化率,％；

ρ——矿石密度。

根据矿山采矿生产规模及选厂每年尾砂产量确定充填生产能力：

Q_n——矿山年平均充填量，m³/a；

M₁——矿山每年选厂产生尾砂量，t/a；

M₂——单位充填体尾砂消耗量，t/a；

矿山日平均充填量为：

Q_r＝Q_n/T

Q_r——矿山每年充填能力；

T——矿山年充填治理天数；

某大型铅锌矿每年选矿系统每年共产生尾砂量为1636132t，单位充填体材料消耗量见表1。

表1-单位充填体材料消耗量

经计算，矿山每年充填能力为Q_n＝138.80×10⁴m³，年工作天数330天，每天的充填能力为Q_r＝4206m³。

(4)根据矿山已有充填系统的设备配置情况及确定的充填能力，合理配置充填工业泵；

进一步地，根据已有充填系统的设备配置情况及确定的充填能力，合理配置充填工业泵。充填工业泵主要根据输送能力Q_r、输送总扬程P_k及输送功率N确定。

输送总扬程为：P_k＝ρ_k×g×H+i_h×L+P_j+P_n+P_z

P_k——尾矿浆体输送总扬程(MPa)；

ρ_k——矿浆密度；

H——扬程；

L——管道长度；

i_h——管道沿程摩阻损失；

P_j——管道局部摩阻损失，按管道沿程损失5％～10％计，取大值为30％；

P_n——泵站内管道零件摩阻损失；

P_z——终端剩余扬程；

电机功率为：

N——泵所需电机功率(kW)；

K₁——电机功率储备系数，N≤40kW取1.2，N＞40kW取1.1；

n_v——机组的传动效率，联轴器传动取1.0，三角皮带传动取0.95～0.96，齿轮传动取0.97～0.98，本次设计取0.97；

n_c——泵扬送清水时的效率；

根据上述公式计算，某大型铅锌矿最终确定的充填输送泵功率为280KW。充填输送泵2台(2台同时工作，Q＝150m³/h，H＝4MPa，N＝280kW)。充填料浆输送主管采用直径φ203×10无缝钢管，明设，设管枕及支架，法兰连接。

(5)根据矿山地形情况，确定充填砂浆管线输送方案；

充填砂浆管线从充填站至露天盆的架设尽量保证顺坡架设，在局部反坡段变坡点处需设置安全事故池。变坡点处管道设置三通，当出现安全事故时，在三通处安装离心泵，离心泵一端连接水管至充填站内沉淀池，采用高压水疏通管道，防止堵管。充填砂浆输送主管采用无缝钢管，明设，设管枕及支架，法兰连接，每6m设一钢支架。露天盆内充填时采用聚乙烯增强塑料管进行充填工作。

输送时一般采用输送线路少的方案。

每次充填前需放清水疏通管道，充填结束后需用清水清洗管道，在充填泵站最低点设置清水池，反坡段充填清洗水直接排放到清水池，顺坡段充填清洗水可直接排向露天盆。

清洗水用量如下：

Q——流量，m³；

D——管道直径，mm；

L——管道长度，m；

(6)根据矿山露天盆边坡稳定性情况，确定合适的充填平台，固定充填输送管，以漫灌的方式进行充填工作。

某大型露天矿充填主管路继续通往露天盆1430m平台后沿露天边坡继续向下敷设，经1394m平台到达1358m平台后，主管末端可接聚乙烯增强塑料管以漫灌方式进行充填作业。

充填工业场地附近需在充填平台适当位置处设值班室、照明及视频监控设施，在充填平台四周设铁丝网围栏。

(7)对露天盆与井下贯通的巷道进行封堵，避免砂浆污染井下巷道。

因矿山采用无底柱分段崩落采矿法采矿，露天盆下部废石垫层与井下采区贯穿，为避免充填后充填料浆污染巷道并破坏巷道的稳定性，需要对井下中段各主要穿脉巷道进行封堵，封堵挡墙型式采用钢筋混凝土挡墙，封堵长度为10m。