崩落法生產(chǎn)礦山塌陷坑堆排固化尾礦合理厚度的量化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種崩落法生產(chǎn)礦山塌陷坑堆排固化尾礦合理厚度的量化方法，通過(guò)以下方式確定：（1）基于覆蓋層崩落時(shí)固化尾礦不形成空頂?shù)亩雅抛畲蠛穸却_定；（2）基于覆蓋層塊度和固化尾礦融合流動(dòng)以防止細(xì)粒尾礦流入工作面的堆排最小厚度確定；（3）根據(jù)最大厚度和最小厚度計(jì)算確定固化尾礦堆排的厚度區(qū)間范圍。本發(fā)明綜合了固化尾礦強(qiáng)度、固化尾礦漿流動(dòng)擴(kuò)展半徑、固化尾礦漿坍落度、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(dòng)方式，提出了多因素融合計(jì)算方法?？蓮V泛應(yīng)用與崩落法在生產(chǎn)礦山塌陷坑堆排固化尾礦合理厚度的計(jì)算。
【專利說(shuō)明】
崩落法生產(chǎn)礦山塌陷坑堆排固化尾礦合理厚度的量化方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種塌陷坑堆排固化尾礦合理厚度的確定方法，尤其是涉及到崩落法 在生產(chǎn)礦山中地表塌陷坑內(nèi)堆排尾礦合理厚度的計(jì)算?？捎糜谟捎谖驳V庫(kù)庫(kù)容已滿或因征 地和尾礦庫(kù)管理困難等原因造成無(wú)法外置堆排尾礦問(wèn)題的崩落法生產(chǎn)礦山進(jìn)行尾礦的合 理處理和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，國(guó)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(kù)，采用尾礦庫(kù)儲(chǔ)存尾 礦。根據(jù)2012年統(tǒng)計(jì)，我國(guó)有尾礦庫(kù)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(kù)堆存。這種處理辦法雖然方便，但同時(shí)帶來(lái)了種種弊端。 首先，尾礦庫(kù)需要大面積的場(chǎng)地，而且用栗、管道組成龐大尾礦水力輸送系統(tǒng)，其動(dòng)力、設(shè)備 材料消耗高，造成尾礦輸送和處理費(fèi)用過(guò)高；其次，由于土地資源越來(lái)越緊張，征地的費(fèi)用 越來(lái)越高，導(dǎo)致尾礦庫(kù)的基礎(chǔ)建設(shè)費(fèi)用占整個(gè)采選企業(yè)費(fèi)用的比例越來(lái)越大，且尾礦庫(kù)的 日常維護(hù)和運(yùn)營(yíng)也需消耗大量的資金。另外，尾礦庫(kù)存在很大的安全隱患，尾礦庫(kù)庫(kù)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(kù)懸湖。
[0003] 另一方面，由于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(chǎng)地如果能作為尾礦堆置場(chǎng)地，并以形態(tài)安全堆置，不僅可以解決 尾礦堆場(chǎng)的問(wèn)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(wèn)題，具有巨大的社會(huì)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(chǎng)堆置，節(jié)省了大量土地資源 和新建尾礦庫(kù)所需的大量資金，可以消除高壩尾礦庫(kù)所形成的高勢(shì)能危險(xiǎn)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(chǎng)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(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
[0005] 《中國(guó)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(chē)間；再經(jīng)陶瓷過(guò)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(shí)的堆存厚度問(wèn)題，且濃縮、過(guò)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(wèn)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] 目前，崩落法生產(chǎn)礦山進(jìn)行地表塌陷坑固化尾礦堆存時(shí)存在以下難點(diǎn)： (1)固化尾礦堆排強(qiáng)度和厚度過(guò)大，當(dāng)覆蓋層下降后固化尾礦形成空頂。
[0007] (2)固化尾礦堆排厚度過(guò)小，在隨覆蓋層一起崩落時(shí)產(chǎn)生粉化，優(yōu)于覆蓋層的下降 速度到達(dá)進(jìn)路工作面，造成進(jìn)路內(nèi)礦石貧化和泥化。
[0008] 上述兩個(gè)方面是影響在生產(chǎn)礦山塌陷坑固化尾礦堆排的主要問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的，就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，而提供一種崩落法生產(chǎn)礦山 塌陷坑堆排固化尾礦合理厚度的量化方法，該方法結(jié)合固化尾礦強(qiáng)度、固化尾礦漿擴(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、覆蓋層塊度均勻度系數(shù)等，從而對(duì)塌陷坑固化尾礦堆排厚度進(jìn)行綜合量化確定。
[0010]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明崩落法生產(chǎn)礦山塌陷坑堆排固化尾礦合理厚度 的量化方法采用的技術(shù)解決方案是采用以下工藝、步驟： 1)基于覆蓋層崩落時(shí)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(shí)，如果一次性堆排強(qiáng)度和厚度較大，則固化尾礦會(huì)隨 著覆巖大塊體的間隙形成臨時(shí)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(wú)法隨覆蓋層一起崩落破壞而形成空頂，一方面 對(duì)覆蓋層的優(yōu)化管理造成困難，另一方面，過(guò)高強(qiáng)度和厚度的尾礦堆排會(huì)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。
[0011] 根據(jù)公式（1)推導(dǎo)可見(jiàn)，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(shí)， 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(shí)，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。
[0012] 2)基于覆蓋層塊度和固化尾礦融合流動(dòng)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(wú)需考慮覆蓋層總體厚度問(wèn)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(huì)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(guò)小，固 化尾礦會(huì)在覆蓋層巖體崩落過(guò)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(guò)程中，其下降速度快于覆蓋層巖體，隨著放礦過(guò)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(guò)程、固化尾礦流動(dòng)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)。
[0013] 根據(jù)數(shù)值擬合分析過(guò)程可知，當(dāng)固化尾礦強(qiáng)度一定時(shí)，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(shí)，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。
[0014] 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(shí)固化尾礦不形成空頂?shù)亩雅抛畲蠛穸群?)計(jì)算的基于覆 蓋層塊度和固化尾礦融合流動(dòng)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。
[0015] 本發(fā)明崩落法生產(chǎn)礦山塌陷坑堆排固化尾礦合理厚度的量化方法，采用以上技術(shù) 方案后具有積極效果： (1) 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； (2) 本發(fā)明綜合了固化尾礦強(qiáng)度、固化尾礦漿流動(dòng)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(dòng)方式，提出了多因素融合計(jì)算方 法。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1為本發(fā)明崩落法生產(chǎn)礦山塌陷坑堆排固化尾礦合理厚度的量化方法固化尾礦 塌陷坑堆排各參數(shù)示意圖； 圖2為固化尾礦單次堆排最大厚度隨固化尾礦強(qiáng)度的變化關(guān)系曲線； 圖3為固化尾礦單次堆排最大厚度隨固化尾礦擴(kuò)展半徑的變化關(guān)系曲線； 圖4為固化尾礦單次堆排最小厚度隨固化尾礦強(qiáng)度的變化關(guān)系曲線； 圖5為固化尾礦單次堆排最小厚度隨覆蓋層塊度均勻度的變化關(guān)系曲線； 圖6為固化尾礦單次堆排最小厚度隨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的變化關(guān)系曲線。
[0017] 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】
[0018] 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(duì)本發(fā)明崩落法生產(chǎn)礦山塌陷坑堆排固化尾礦合理厚度的量化方法作 更詳細(xì)的描述。
[0019] 南京梅山冶金發(fā)展有限公司采用無(wú)底柱分段崩落采礦法開(kāi)采，由于開(kāi)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)。
[0020] 由圖1所示的本發(fā)明崩落法生產(chǎn)礦山塌陷坑堆排固化尾礦合理厚度的量化方法固 化尾礦塌陷坑堆排各參數(shù)示意圖看出，該公司采用無(wú)底柱分段崩落采礦法開(kāi)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)明崩落法生產(chǎn)礦山塌陷坑堆排固化尾礦合理厚度的量化方法，在南京梅山冶 金發(fā)展有限公司地下礦山采用無(wú)底柱分段崩落采礦法開(kāi)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(shí)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(dòng)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(shí)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(dòng)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。
[0027] 由圖2所示的固化尾礦單次堆排最大厚度隨固化尾礦強(qiáng)度的變化關(guān)系曲線看出， 在固化尾礦強(qiáng)度相同的情況下，隨著固化尾礦單次堆排最大厚度的增加，固化尾礦漿擴(kuò)展 半徑隨之增加;而在固化尾礦漿擴(kuò)展半徑不變時(shí)，隨著固化尾礦單次堆排最大厚度的增加， 固化尾礦強(qiáng)度隨之減小。
[0028] 由圖3所示的固化尾礦單次堆排最大厚度隨固化尾礦擴(kuò)展半徑的變化關(guān)系曲線看 出，在固化尾礦漿擴(kuò)展半徑相同的情況下，隨著固化尾礦強(qiáng)度的增加，固化尾礦單次堆排最 大厚度隨之減小;而在固化尾礦強(qiáng)度不變時(shí)，隨著固化尾礦單次堆排最大厚度的增加，固化 尾礦漿擴(kuò)展半徑隨之增加。
[0029] 由圖4所示的固化尾礦單次堆排最小厚度隨固化尾礦強(qiáng)度的變化關(guān)系曲線看出， 在固化尾礦強(qiáng)度相同時(shí)，隨著固化尾礦坍落度的增加，固化尾礦單次堆排最小厚度隨之增 加;在固化尾礦坍落度不變時(shí)，固化尾礦單次堆排最小厚度隨固化尾礦強(qiáng)度的增加而減小。
[0030] 由圖5所示的固化尾礦單次堆排最小厚度隨覆蓋層塊度均勻度的變化關(guān)系曲線看 出，在覆蓋層塊度均勻度系數(shù)相同時(shí)，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的增加，固化尾礦單次堆排最大厚度隨之增加;在近工作面覆巖平 均塊度與固化尾礦經(jīng)相似外力破壞后的平均塊度之比相同時(shí)，隨著覆蓋層塊度均勻度系數(shù) 的增加，固化尾礦單次堆排最大厚度隨之增加。
[0031]由圖6所示的固化尾礦單次堆排最小厚度隨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的變化關(guān)系曲線看出，在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相同時(shí)，隨著覆蓋層塊度均勻度系數(shù)的增加，固化尾 礦單次堆排最大厚度隨之增加;在覆蓋層塊度均勻度系數(shù)不變時(shí)，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的增加，固化尾礦單次堆排最大厚度隨 之增加。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種崩落法生產(chǎn)礦山塌陷坑堆排固化尾礦合理厚度的量化方法，其特征在于通過(guò)W 下技術(shù)方案確定： 1) 基于覆蓋層崩落時(shí)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， σ-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(dòng)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， α-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(shí)固化尾礦不形成空頂?shù)亩雅抛畲蠛穸群?)計(jì)算的基于覆 蓋層塊度和固化尾礦融合流動(dòng)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。
【文檔編號(hào)】G06Q50/02GK106097126SQ201610440614
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月20日
【發(fā)明人】王星, 吳榮高, 孫國(guó)權(quán), 謝從保, 劉海林, 楊潘磊, 楊家冕, 尹裕
【申請(qǐng)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(guó)家工程研究中心有限公司