磷石膏充填無廢高效開采技術

    一、技術類型

    非金屬礦山高效采礦技術。

    二、適用范圍

    厚緩傾斜-傾斜破碎礦體。

    三、技術內容

    (一)基本原理

    通過磷廢料的改性與磷礦山開采方法的根本變革及相關配套工藝技術的研究，首次在國際上率先實現磷廢料的大規模再利用與磷資源的安全高效低貧損連續開采方法完美結合，解決我國目前磷資源開采損失貧化大與磷石膏大量排放嚴重污染環境的問題。
    (二)關鍵技術

    1.磷廢料充填技術

    ①磷廢料作為充填骨料改性研究：通過對磷石膏物理化學特性、不同成份添加劑配比試驗等研究，發現磷石膏和粉煤灰的膠結活性、酸堿度等具有互補性，實現了磷石膏改性，研究黃磷渣潛在膠凝活性與激活劑類型。

    ②磷廢料膠結充填匹配試驗研究：得出磷石膏作為充填骨料的合理配比及黃磷渣全部代替水泥的合理配比(已獲專利)。

    ③長距離低高程泵送磷廢料充填系統及料漿輸送技術：針對磷礦山開采磷廢料充填倍線小、距離長、料漿輸送困難等問題，采用半理論計算與分析方法，得到無室內試驗條件下的磷石膏充填輸送阻力與內壓，創建了國際上第一套長距離低高程磷廢料充填系統(已申請專利)，解決了超細磷廢料輸送計量難、酸性腐蝕，發明礦用尾廢充填料大塊篩分打散裝置(已獲專利)，為磷化工固體廢料的工業規模再利用提供了從地面制漿到井下充填全套技術。馬路坪礦長距離低高程泵送磷廢料充填系統及其配套技術自2007年通過驗收并推廣使用以來運轉正常。

    ④嗣后充填快速脫水系統施工與設計：針對磷廢料料漿粒級細、充填脫水慢、易跑漿漏漿、養護周期長、采場回采循環時間長、生產能力低的難題，提出了一種磷廢料充填料漿快速脫水系統(已獲專利)，同時采用充填漏水器預脫水(已獲專利)、特殊包扎脫水管等技術，成功實現了超細磷廢料漿體充填脫水和固化。

    2.采礦方法與關鍵技術

    ①中厚緩傾斜破碎礦體采礦方法研發：針對傾斜中厚破碎礦體充填法機械化開采脈外采準廢石掘進量大，脈內采準采場個數少，充填法工序多，回采強度低，采場生產能力低的不足，研發了具有知識產權的脈內采準無間柱分段連續充填采礦法等5項中厚緩傾斜~傾斜破碎礦體的綠色采礦方法。

    ②開拓采準工程合理布置研究：針對磷礦床礦巖破碎特別是紅頁巖支護困難的難題，采用上盤無軌采準系統，將主要采準工程布在相對穩固的上盤白云巖和磷礦體內。

    ③采場支護參數與穩定性研究：對主要人員與設備出入的鑿巖出礦平巷采用管縫式錨桿與金屬網噴錨支護，對位于采場中央的切割槽采用長錨索+錨桿+金屬網聯合支護，人為形成懸吊梁，改變采場內頂板的應力分布，擴大采場穩定跨度，從而提高回采單元的礦量與生產能力。

    ④底板三角礦石回收方法研究：創新性地應用長臂式爬裝機與井下大型無軌采掘設備結合，合理布控，解決了緩傾斜礦體開采貧化損失大，三角礦量無法回收等世界性難題。實現了中厚緩傾斜~傾斜破碎礦體的安全、高效、低貧損、低成本開采。

    （三）工藝流程

    1.磷廢料充填工藝技術流程

    馬路坪充填系統料漿制備由以下幾條工藝流程組成：

    (1)磷石膏、粉煤灰供料線。磷石膏、粉煤灰用自卸汽車運到充填站的磷石膏庫。充填時，將磷石膏、粉煤灰混合后用裝載機上料卸至1#中間料倉，然后通過帶破拱架的單臺板振動放料機放料，由皮帶輸送機送入打散機，打散后的磷石膏經振動篩篩分剔除大塊雜物后落入2#中間料倉，再通過帶破拱架的單臺板振動放料機放料，由皮帶輸送機輸送，經皮帶電子秤自動計量送入高濃度攪拌設備。磷石膏干料供料能力為45-64t/h，磷石膏濕料供料能力為60-86t/h，磷石膏采用皮帶電子秤自動計量，并通過調節單臺板振動放料機的變頻調速器的頻率實現磷石膏給料量的調節。

    (2)水泥供料線。水泥供料線有2條(其中1條備用)，每條線的供料能力為5-28t/h，當水泥的供料能力要求大于28t/h時，采用2條線同時供料。水泥采用水泥罐車送至充填站，經壓氣自動卸入100噸鋼制料倉。充填時，水泥由雙管螺旋喂料機放料，再經單螺旋電子秤計量后輸送到攪拌機;并通過調節雙管螺旋喂料機的變頻調速器的頻率來實現水泥給料量的調節。

    (3)供水線。通過馬路坪+860m水泵把水輸送到充填站500t高位水池。充填時，水由高位水池通過水管供給，經電磁流量計計量，由電動調節閥和水閥調節給水量。正常供水流量為26-41m3/h，沖洗管道的最大用水流量為90m3/h左右。

    (4)充填料漿制備線。磷石膏、水泥、水先經雙軸攪拌機進行初步攪拌后，再經強力活化攪拌機進行活化攪拌，攪拌均勻的充填料漿采用泵送充填或自流充填。經充填天井、充填斜井、+940m北副斜井、斜井聯絡道、+820m(或+750m)運輸平巷、采場充填井輸送到采場。

    2.中厚傾斜破碎礦體開采方法工藝流程

    (1)用沙壩礦公路下磷礦山開采方法工藝流程

    (2)馬路坪礦中厚傾斜破碎礦體開采方法工藝流程

    開采工藝流程如下：

    (1)采場鑿巖。采用SandvikDL330-5電動液壓中深孔鑿巖臺車打眼，在鑿巖出礦巷中鉆鑿上向扇形中深孔，中深孔孔徑60-65mm，排距2.0m，孔底距2.0-2.4m。根據馬路坪礦礦體賦存條件及鑿巖參數，采用作圖法分析知，采場單排布孔8個，總孔深93.723m，每米炮孔崩礦量7.029t。

用沙壩礦磷廢料充填系統及料漿輸送技術工藝流程圖

馬路坪礦長距離低高程泵送磷石膏充填系統及料漿輸送技術工藝流程圖

    (2)采場爆破。采用裝藥器或中深孔藥卷，以通風切割上山為自由面，沿采場全斷面拉開，第一次進行切采爆破，形成沿全斷面拉開的切割槽。采場全斷面拉開后進行分次爆破，每次爆破3-4排，前進式回采，采場最后爆破礦體靠近充填體。爆破采用非電毫秒差導爆管，同排同段，分排分段加導爆索的并聯網絡起爆。非電毫秒導爆管藥包位于距孔口2.5-3m處，各排導爆管腳線分別用膠布固定綁緊在傳爆線上，再將傳爆線并聯到主傳爆線上，用電雷管點火起爆。

用沙壩礦公路下磷礦山開采工藝流程圖

馬路坪礦中厚傾斜破碎礦體開采工藝流程圖

    (3)采場支護。采場支護地點為鑿巖出礦巷道，視巷道頂板穩定情況采用錨桿加以支護。錨桿支護網度為0.9mx1.0m，局部比較破碎地段采用錨桿與金屬網聯合支護或者長錨索加金屬網聯合支護，并噴射混凝土。切割上山：原則上采用錨網支護(1.8m長開縫式錨桿和2.0mx2.0m金屬網)，層理發育地段增加錨索進行加強支護，錨索支護網度為2.0mx2.0m;對剪節理發育等破碎和松散巖層(或假頂層)，采取揭頂后，進行錨網(1.8m長開縫式錨桿和2.0mx2.0m金屬網)和5.3m的長錨索聯合支護。

    (4)采場出礦。采用EST1020電動鏟運機或ST1020柴油鏟運機出礦，經脈外出礦橫巷，倒人出礦溜井。

    (5)采場通風。新鮮風流由下中段平巷進人斜坡道，經分段聯絡巷至分段平巷，進人采場工作面。采場污風由通風切割上山排人上分段鑿巖出礦平巷，從上分段鑿巖出礦平巷進人上中段平巷，由礦山回風井排出地表。 

    四、主要技術指標

    1.盤區尺寸由600-800m縮短為400m;

    2.相對盤區生產能力由756t/a提高到1024t/d;

    3.采切比由6.847m/kt降低至5.782m/kt;

    4.礦石回收率從68.7%提高到92.03%;

    5.礦石貧化率從4.89%降低至1.58%;

    6.磷石膏充填技術推廣至開磷集團可延長服務年限20.5年以上。

  五、典型實例及成效

    開磷集團為了盡快穩妥地推廣應用磷石膏充填采礦技術，在用沙壩礦段南端進行了磷石膏充填采礦試驗，采礦回收率達到92.6%，與目前使用的空場法相比(回收率68.7%)，采礦損失率降低23.9%。至2007年12月，用沙壩礦段已開采保安礦柱礦石量71.3萬t，實現經濟效益17784.4萬元;該技術在用沙壩礦南端正常礦段已采出礦石量3.56萬t，回收率由68.7%上升至92.6%，由于提高資源回收率新增經濟效益200.1萬元;減少磷石膏排放36.4萬t，減排實現環保效益891.8萬元。磷石膏充填采礦技術已累計在開磷集團礦業總公司獲得直接經濟效益18876.3萬元。但是，磷礦元廢害開采綜合技術研究也存在一些問題，主要是：(1)采準比較高。由于采用了脈外采準系統，故脈外工程量大，從而采準比較普通脈內布置的采準系統要高。在推廣應用時，建議根據礦巖穩定性合理布置脈內與脈外采準的比例，降低采切比。(2)用沙壩礦段公路下礦床開采留有部分永久礦柱，資源回收率/有79.6%，永久損失礦量偏大，對于提高磷礦石資源回收率仍有待于深化研究。

    六、推廣前景

    磷礦是一種不可再生的寶貴資源，2000年國土資源部已將磷礦列為2010年后不能滿足國民經濟發展需求的20個礦種之一。目前我國磷資源以緩傾斜礦體居多，一直沿用傳統的空場法和崩落法開采，不但貧化損失率高，而且導致開采境界內的山體崩落、采空區塌陷等重大工程災害。磷石膏是生產磷酸的工業廢料，每生產1噸磷酸產生5噸磷石膏，目前我國每年排放磷石膏2000多萬噸，并且以每年15%的速度增長，而國內對磷石膏的綜合利用率僅為10%左右，磷石膏是一種強酸性物質，堆積地表，遇水成漿，嚴重污染環境，在全世界范圍內已成為一大公害，大量堆積的磷石膏以成為制約我國磷肥工業可持續發展的瓶頸，如何有效地處理磷廢渣已成為我國乃至世界的一個迫切需要解決的技術難題。磷石膏充填無廢開采不僅可實現礦床資源回收率的提高，生產廢料循環再利用，并且可以實現在保障經濟發展的同時，確保生態環境受到保護，實現綠色發展目標。

    本技術的推廣，將徹底改變了我國磷廢料大量堆置對地表環境產生危害的現狀，實現磷化工礦山的無廢害開采，提高資源回收率。在全國推廣應用，預計每年多回收磷礦資源1000萬噸以上，減少大量的磷廢渣堆存占地與環境災害，潛在經濟效益每年將達到50億元以上，推廣應用前景廣闊，對我國磷石膏的綜合開發利用意義十分重大。  

    七、聯系方式

    對此技術有意合作者請聯系13816882409孫先生洽談或發郵件至sslqjx@163.com