一种崩落法矿山利用尾矿地表塌陷坑回填的方法专利检索-矿体矿物提取专利检索查询-专利查询网

一种崩落法矿山利用尾矿地表塌陷坑回填的方法

阅读：500发布：2021-06-25

专利汇可以提供一种崩落法矿山利用尾矿地表塌陷坑回填的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种崩落法矿山利用尾矿地表塌陷坑回填的方法。本发明的方法包括：(1)制备塌陷坑尾砂回填料；将胶凝材料与尾砂以1:6～1:8的比例进行混合搅拌，使回填料浆浓度达到65％以上；(2)矿山地表塌陷坑回填分区；(3) 固化尾矿浆单点堆排流动平均扩展半径确定：确定固化尾矿浆单点堆排流动平均扩展半径为20m；(4)回填料固化：在现场堆排时沿着亚安全区域堆排位置边界弧长每隔20m设置一个尾矿固化回填单元，将制备的回填料直接排放到划定的回填单元内；单次堆排厚度为4.59-4.59m～9.78m，固化时间为14天，进行循环回填。本发明可以解决尾矿库的安全隐患，节省大量土地，同时解决了地表塌陷区的安全问题，大大降低了矿山末期地质灾害治理的工程量和费用。，下面是一种崩落法矿山利用尾矿地表塌陷坑回填的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种崩落法矿山利用尾矿地表塌陷坑回填的方法，其特征是：该方法包括：
(1)制备塌陷坑尾砂回填料；将胶凝材料与尾砂以1:6～1:8的比例进行混合搅拌，使回填料浆浓度达到65％以上；
(2)矿山地表塌陷坑回填分区；
(3)固化尾矿浆单点堆排流动平均扩展半径确定：采用管道输送并定点排放的方式进行堆排试验，根据试验堆排结果，确定固化尾矿浆单点堆排流动平均扩展半径为20m；
(4)回填料固化：在现场堆排时沿着亚安全区域堆排位置边界弧长每隔20m设置一个尾矿固化回填单元，并沿着各回填单元布设输送管道，并且在每个回填单元的中部位置安设一个放砂口，将制备的回填料利用砂浆泵通过管道直接排放到划定的回填单元内；单次堆排厚度为4.59-4.59m～9.78m，固化时间为14天，进行循环回填。
2.根据权利要求1所述的崩落法矿山利用尾矿地表塌陷坑回填的方法，其特征是：步骤(1)中所述的胶凝材料由17.5％的激发剂与82.5％的水淬渣组成，其中激发剂由21.3％的石膏、19.4％的水玻璃与59.3％的水泥熟料组成。
3.根据权利要求1所述的崩落法矿山利用尾矿地表塌陷坑回填的方法，其特征是：步骤(2)中所述的矿山地表塌陷坑回填分区的方法是：
根据矿体开采过程中塌陷区平面范围位移以及塌陷坑内覆岩的动态变化规律和开采规划，对塌陷区进行了区域划分：
将位移在0.0013m的最终移动边界外分为安全区域，此区域在整个回采过程中无明显位移，人员可安全工作；
将位移小于0.3745m的最终塌陷边界至移动边界内的区域划分为亚安全区域，此区域局部产生较大裂隙，人员进入有一定危险，如需在此区域进行工作，需要进行实时位移监测；
将仿真模拟出现的最终移动边界至现已塌陷边界的区域划分为危险区域，此部分区域在模拟时出现塌陷，但实际尚未塌陷至此，因此随时会出现塌陷，严禁人员进入；
将塌陷区内模拟初期回采后的塌陷边界线至现阶段实际塌陷边界线临近一端的部分划分为稳定塌陷范围，此区域范围最早开始塌陷，在开采规划后期变化很小，最终塌陷
108.1642m；
将初期模拟塌陷边界线至模拟中期回采结束塌陷边界线之间部分划分为渐扩塌陷范围，此部分区域井下开采过程中，塌陷区内覆盖层基本呈漏斗状下沉趋势，两边渐扩塌陷，最终塌陷深度最大，为150.5124m；
将模拟中期回采塌陷边界线至实际塌陷边界线另一端部分划分为持续塌陷范围，该部分区域在初期开采时并未出现塌陷，在中后期回采时才出现塌陷，并且在后续井下开采过程中，此部分范围内覆盖层呈现从一侧向另一侧的倾覆式下沉，向另一侧持续推进，直至最终塌陷边界，最终塌陷深度为143.5731m；
根据安全性和场地优势，固化尾矿堆场选择在亚安全区域，并利用地形优势使固化尾矿流至稳定塌陷区域。
4.根据权利要求1所述的崩落法矿山利用尾矿地表塌陷坑回填的方法，其特征是：步骤(4)中所述的单次堆排厚度采用以下方法确定：
①基于覆盖层崩落时固化尾矿不形成空顶的堆排最大厚度采用以下公式确定：
式中：D1—固化尾矿单次堆排最大厚度，m，
R—单次堆排固化尾矿扩展半径，为20m，
σ—固化尾矿单轴抗压强度，为0.5MPa，
据此计算的固化尾矿单次堆排最大厚度值为9.78m；
②基于覆盖层块度和固化尾矿融合流动以防止细粒尾矿流入工作面的堆排最小厚度采用以下公式确定：
式中：D2—固化尾矿单次堆排最小厚度，m，
b—近工作面覆岩平均块度与固化尾矿经相似外力破坏后的平均块度之比，为6，T—固化尾矿塌落度，为25cm，
σ—固化尾矿单轴抗压强度，为0.5MPa，
a—覆盖层块度均匀度系数，为100，
据此计算的固化尾矿单次堆排最小厚度为4.59m，
根据最大值和最小值计算，单次堆排厚度的区间范围为4.59m～9.78m。

说明书全文

一种崩落法矿山利用尾矿地表塌陷坑回填的方法

技术领域：

[0001] 本发明涉及一种崩落法矿山利用尾矿地表塌陷坑回填的方法，属于矿山开采尾矿利用技术领域。背景技术：

[0002] 尾矿是采矿企业在一定技术经济条件下排出的“废弃物”，截止到2015年底，我国尾矿堆存量已经达到146亿吨，全国尾矿库数量达到12600多个，尾矿与废石的堆存量占地面积达到1.87～2.47万km2。目前大多数矿山企业采用湿式直排的方式处理尾矿，尾矿自然沉淀，脱水效率非常低，尾矿库库区内经常贮存大量澄清水及洪水，导致尾矿上方形成尾矿库悬湖，形成了一种具有高势能、高危害性的危险源与环境风险源。尾矿及尾矿水中常含有重金属、化学药剂等有毒有害物质，一旦发生事故，会对下游村庄、河流、水库、农田等造成严重环境污染，对人群健康、生命财产安全造成严重危害。另一方面，崩落法开采的地下矿山会形成地面塌陷区，地面塌陷带来众多地质环境问题，如建筑物及路面开裂破坏、水土流失以及矿井泥石流淹没等，严重影响企业安全生产和周围的生态环境，同时浪费了大量的土地资源。塌陷区如果能利用尾矿进行回填，并实现安全形态堆置，不仅可以解决尾矿堆场的问题，而且能够消塌陷区存在的安全隐患，具有巨大的社会效益和经济效益。

[0003] 《中国矿业》2014年8月出版的第23卷增刊中刊登的“尾矿干式堆存技术发展现状与方向”一文中，介绍了“塌陷区尾砂干式排放工艺技术”，该技术的工艺流程是：尾砂首先经高压深锥浓密机浓缩，达到重量浓度为50％左右；然后采用水隔离泵泵送至水平距离约2600m，高差约200m的脱水车间；再经陶瓷过滤机脱水至含水15％的尾矿滤饼，最后经皮带运输机输送至塌陷区堆存，塌陷区内采用电耙倒运。但该技术未明确地表塌陷坑固化尾矿堆存时的堆存厚度问题，且浓缩、过滤设备投资大、能耗高，膏体制备成本高、效率低，在在多雨地区的适应性差等问题，只能是探索性试验应用，不适于大规模推广应用。

发明内容

[0004] 本发明的目的是针对上述存在的问题提供一种崩落法矿山利用尾矿地表塌陷坑回填的方法，不仅可以解决尾矿库的安全隐患，节省大量土地，同时解决了地表塌陷区的安全问题，大大降低了矿山末期地质灾害治理的工程量和费用。

[0005] 上述的目的通过以下技术方案实现：

[0006] 一种崩落法矿山利用尾矿地表塌陷坑回填的方法，该方法包括：

[0007] (1)制备塌陷坑尾砂回填料；将胶凝材料与尾砂以1:6～1:8的比例进行混合搅拌，使回填料浆浓度达到65％以上；

[0008] (2)矿山地表塌陷坑回填分区；

[0009] (3)固化尾矿浆单点堆排流动平均扩展半径确定：采用管道输送并定点排放的方式进行堆排试验，根据试验堆排结果，确定固化尾矿浆单点堆排流动平均扩展半径为20m；

[0010] (4)回填料固化：在现场堆排时沿着亚安全区域堆排位置边界弧长每隔20m设置一个尾矿固化回填单元，并沿着各回填单元布设输送管道，并且在每个回填单元的中部位置安设一个放砂口，将制备的回填料利用砂浆泵通过管道直接排放到划定的回填单元内；单次堆排厚度为4.59-4.59m～9.78m，固化时间为14天，进行循环回填。

[0011] 所述的崩落法矿山利用尾矿地表塌陷坑回填的方法，步骤(1)中所述的胶凝材料由17.5％的激发剂与82.5％的水淬渣组成，其中激发剂由21.3％的石膏、19.4％的水玻璃与59.3％的水泥熟料组成。

[0012] 所述的崩落法矿山利用尾矿地表塌陷坑回填的方法，步骤(2)中所述的矿山地表塌陷坑回填分区的方法是：

[0013] 根据矿体开采过程中塌陷区平面范围位移以及塌陷坑内覆岩的动态变化规律和开采规划，对塌陷区进行了区域划分：

[0014] 将位移在0.0013m的最终移动边界外分为安全区域，此区域在整个回采过程中无明显位移，人员可安全工作；

[0015] 将位移小于0.3745m的最终塌陷边界至移动边界内的区域划分为亚安全区域，此区域局部产生较大裂隙，人员进入有一定危险，如需在此区域进行工作，需要进行实时位移监测；

[0016] 将仿真模拟出现的最终移动边界至现已塌陷边界的区域划分为危险区域，此部分区域在模拟时出现塌陷，但实际尚未塌陷至此，因此随时会出现塌陷，严禁人员进入；

[0017] 将塌陷区内模拟初期回采后的塌陷边界线至现阶段实际塌陷边界线临近一端的部分划分为稳定塌陷范围，此区域范围最早开始塌陷，在开采规划后期变化很小，最终塌陷108.1642m；

[0018] 将初期模拟塌陷边界线至模拟中期回采结束塌陷边界线之间部分划分为渐扩塌陷范围，此部分区域井下开采过程中，塌陷区内覆盖层基本呈漏斗状下沉趋势，两边渐扩塌陷，最终塌陷深度最大，为150.5124m；

[0019] 将模拟中期回采塌陷边界线至实际塌陷边界线另一端部分划分为持续塌陷范围，该部分区域在初期开采时并未出现塌陷，在中后期回采时才出现塌陷，并且在后续井下开采过程中，此部分范围内覆盖层呈现从一侧向另一侧的倾覆式下沉，向另一侧持续推进，直至最终塌陷边界，最终塌陷深度为143.5731m；

[0020] 根据安全性和场地优势，固化尾矿堆场选择在亚安全区域，并利用地形优势使固化尾矿流至稳定塌陷区域。

[0021] 所述的崩落法矿山利用尾矿地表塌陷坑回填的方法，步骤(4)中所述的单次堆排厚度采用以下方法确定：

[0022] ①基于覆盖层崩落时固化尾矿不形成空顶的堆排最大厚度采用以下公式确定：

[0023]

[0024] 式中：D1—固化尾矿单次堆排最大厚度，m，

[0025] R—单次堆排固化尾矿扩展半径，为20m，

[0026] σ—固化尾矿单轴抗压强度，为0.5MPa，

[0027] 据此计算的固化尾矿单次堆排最大厚度值为9.78m；

[0028] ②基于覆盖层块度和固化尾矿融合流动以防止细粒尾矿流入工作面的堆排最小厚度采用以下公式确定：

[0029]

[0030] 式中：D2—固化尾矿单次堆排最小厚度，m，

[0031] b—近工作面覆岩平均块度与固化尾矿经相似外力破坏后的平均块度之比，为6，[0032] T—固化尾矿塌落度，为25cm，

[0033] σ—固化尾矿单轴抗压强度，为0.5MPa，

[0034] a—覆盖层块度均匀度系数，为100，

[0035] 据此计算的固化尾矿单次堆排最小厚度为4.59m，

[0036] 根据最大值和最小值计算，单次堆排厚度的区间范围为4.59m～9.78m。

[0037] 有益效果：

[0038] 1.本发明的自制胶凝材料对于细粒级尾矿具有很好胶固作用，固化体自然堆存长期强度能达到0.9MPa，对于固化体块度控制起重要作用。

[0039] 2.本发明将地表塌陷区进行分区处理，根据分区结果精确选择固化尾矿浆堆排位置，并根据尾矿浆流动扩展半径进行回填单元划分，保证了在地表塌陷区范围固化尾矿堆排工作的安全性和单元区间单点堆排的有效衔接性。

[0040] 3.本发明量化了固化尾矿的单次堆排合理厚度和回填单元，一方面，使得在覆盖层崩落时固化体不形成空顶，随着覆盖层一起下沉；另一方面，在固化体和覆岩一起下沉的融合流动过程中不产生大量细颗粒物，保证井下开采安全。

[0041] 4.本发明将尾矿(尾砂)回填于地表塌陷区，不建尾矿库或大幅度减少了向尾矿库排放的尾矿量，实现了少废和无废开采，对生态矿山和绿色矿山建设具有推动作用。

[0042] 5.本发明消除了崩落法开采在地表形成的塌陷区的地质灾害问题、安全环保问题。

[0043] 6.本发明节约了地表塌陷区的治理费、尾砂堆存征地费、维护费及排水费，直接经济效益显著。

具体实施方式

[0044] 下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

[0045] 实施例：

[0046] 一种崩落法矿山利用尾矿地表塌陷坑回填的方法，该方法包括：

[0047] (1)塌陷坑尾砂回填料制备

[0048] 根据塌陷坑内覆岩流动性特点，尾砂回填至塌陷坑之后不宜产生细粒级碎屑，需要进行尾矿分级并根据尾矿特性自制胶凝材料，胶凝材料由17.5％的激发剂与82.5％的水淬渣组成，其中激发剂包括21.3％的石膏、19.4％的水玻璃与59.3％的水泥熟料组成，然后将胶凝材料与尾砂以1:6～1:8的比例进行混合搅拌，使回填料浆浓度达到65％以上，使其在刚回填至塌陷坑内时不容易通过覆岩裂隙进入井下工作面。

[0049] (2)矿山地表塌陷坑回填分区

[0050] 首先，根据矿山勘探线剖面以及地表地形形成矿区三维可视化数字模型，并根据地应力形成初始应力平衡状态，其次根据开采规划顺序，模拟逐段开采矿体并崩落覆岩形成塌陷坑，与开采现状进行对比分析，采用这种数值仿真分析与开采规划有机融合的方法，揭示矿山开采覆盖层以及移动范围内覆岩运动规律和动态发展过程，仿真模拟得到塌陷区平面范围内位移见表1。

[0051] 表1塌陷区平面范围位移

[0052]

[0053] 根据矿体开采过程中塌陷区平面范围位移以及塌陷坑内覆岩的动态变化规律和开采规划，对塌陷区进行了区域划分。

[0054] 将位移在0.0013m的最终移动边界外分为安全区域，此区域在整个回采过程中无明显位移，人员可安全工作。

[0055] 将位移小于0.3745m的最终塌陷边界至移动边界内的区域划分为亚安全区域，此区域局部产生较大裂隙，人员进入有一定危险，如需在此区域进行工作，需要进行实时位移监测。

[0056] 将仿真模拟出现的最终移动边界至现已塌陷边界的区域划分为危险区域，此部分区域在模拟时出现塌陷，但实际尚未塌陷至此，因此随时会出现塌陷，严禁人员进入。

[0057] 将塌陷区内模拟初期回采后的塌陷边界线至现阶段实际塌陷边界线临近一端的部分划分为稳定塌陷范围，此区域范围最早开始塌陷，在开采规划后期变化很小，最终塌陷108.1642m。

[0058] 将初期模拟塌陷边界线至模拟中期回采结束塌陷边界线之间部分划分为渐扩塌陷范围，此部分区域井下开采过程中，塌陷区内覆盖层基本呈漏斗状下沉趋势，两边渐扩塌陷，最终塌陷深度最大，为150.5124m。

[0059] 将模拟中期回采塌陷边界线至实际塌陷边界线另一端部分划分为持续塌陷范围，该部分区域在初期开采时并未出现塌陷，在中后期回采时才出现塌陷，并且在后续井下开采过程中，此部分范围内覆盖层呈现从一侧向另一侧的倾覆式下沉，向另一侧持续推进，直至最终塌陷边界，最终塌陷深度为143.5731m。

[0060] 根据安全性和场地优势，固化尾矿堆场选择在亚安全区域，并利用地形优势使固化尾矿流至稳定塌陷区域。

[0061] 为得到固化尾矿浆的流动半径，采用管道输送并定点排放的方式进行堆排试验，根据试验堆排结果，固化尾矿浆单点堆排流动平均扩展半径为20m，因此在现场堆排时沿着亚安全区域堆排位置边界弧长每隔20m设置一个尾矿固化回填单元，并沿着各回填单元布设输送管道，并且在每个回填单元的中部位置安设一个放砂口。

[0062] (3)回填料固化

[0063] 将制备的回填料利用砂浆泵通过管道直接排放到划定的回填单元内。为保证塌陷坑固化尾矿的回填效果和井下开采安全，单次堆排厚度采用如下计算：

[0064] ①基于覆盖层崩落时固化尾矿不形成空顶的堆排最大厚度采用以下公式确定：

[0065]

[0066] 式中：D1—固化尾矿单次堆排最大厚度，m；

[0067] R—单次堆排固化尾矿扩展半径，为20m；

[0068] σ—固化尾矿单轴抗压强度，为0.5MPa。

[0069] 据此计算的固化尾矿单次堆排最大厚度值为9.78m。

[0070] ②基于覆盖层块度和固化尾矿融合流动以防止细粒尾矿流入工作面的堆排最小厚度采用以下公式确定：

[0071]

[0072] 式中：D2—固化尾矿单次堆排最小厚度，m；

[0073] b—近工作面覆岩平均块度与固化尾矿经相似外力破坏后的平均块度之比，为6；

[0074] T—固化尾矿塌落度，为25cm；

[0075] σ—固化尾矿单轴抗压强度，为0.5MPa。

[0076] a—覆盖层块度均匀度系数，为100。

[0077] 据此计算的固化尾矿单次堆排最小厚度为4.59m。

[0078] 根据最大值和最小值计算，单次堆排厚度的区间范围为4.59m～9.78m，即回填一次在地表塌陷坑内回填单元区形成直径20m左右，厚度4.59m～9.78m的回填块。为保证全回填区域内堆排固化尾矿厚度的均匀性并使其在覆岩下沉时不优先流入井下工作面，回填单元须同时进行固化尾矿的堆排。另外，由于固化体在14天后才能达到预设强度，因此回填块固化时间为14天，进行循环回填。

[0079] 本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的技术方案，而并非用作为对本发明的限定，任何基于本发明的实质精神对以上所述实施例所作的变化、变型，都将落在本发明的权利要求的保护范围内。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种隐伏矿体定量预测方法及装置	2020-05-13	242
一种厚大矿体采矿方法	2020-05-11	645
一种提高矿体充填接顶率的方法	2020-05-16	969
缓倾斜矿体的横向房柱采矿法	2020-05-16	828
一种深部矿体铁矿石的提纯方法	2020-05-17	582
矿山采动范围内上盘侧矿体回采方法	2020-05-17	31
一种破碎矿体回采方法	2020-05-12	85
一种计算机遥控操作矿体挖掘机	2020-05-13	526
一种倾斜中厚矿体的采矿方法	2020-05-14	551
端部薄矿体回采的方法	2020-05-11	194

一种崩落法矿山利用尾矿地表塌陷坑回填的方法

一种崩落法矿山利用尾矿地表塌陷坑回填的方法

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：