长距离低高程磷石膏充填系统与充填方法

摘要：本项目寄希望通过研究，实现解决磷废料大规模工业利用与高效低贫损开采方法的完美结合，从根本上解决磷废料大量排放与磷资源大量损失等难题。国际上一直未见大规模低成本的磷石膏有效再利用方法，更未见磷石膏作为胶结充填骨料充填地下采空区的实例。本文章将详细论述长距离低高程磷石膏充填系统及充填方法。

关键词：磷石膏充填系统充填方法

一、 研究背景

我国磷矿与磷化工产量世界第一,对经济的发展起着至关重要的作用。开磷集团优质磷资源占全国45%，为我国最大的磷化工生产基地, 在为国家作出重大贡献的同时，同所有磷化工企业一样,也带来了严重的环境破坏和资源损失等问题。

1、磷废料大量产出，再利用程度极低，我国磷化工企业，每产1吨磷酸就产生5吨磷石膏废料，全国磷石膏废料年排放量达5000万吨，利用率不到5%，每年全世界磷石膏废料的排放量1.1~1.3亿吨。如图所示：

2、磷废料大量堆置，占用土地，粉尘污染严重。磷废料含有多种有害物质(P2O5、F、Ra226)，颗粒超细(

3、磷废料严重污染江河水系

饮水污染――贵阳饮用水源红枫湖污染

湖水污染――阳宗湖磷石膏污染事件

生物污染――福泉市浪坝河等污染

4、磷矿山长期沿用空场法和崩落法，资源损失严重。磷矿山长期沿用空场法和崩落法开采，资源损失贫化大，更无法进行 “三下” 矿体的开采

5、山体崩落、大量构筑物破坏、矿区交通阻断。传统空场法和崩落法开采，不但损失贫化大，而且导致山体崩落、地表塌陷、建筑物破坏、矿区交通中断等重大灾害。

二、研究思路

1、磷资源充填法开采思路。首先是磷石膏废料：引起高堆置费用强环境污染，通过改进设备后磷废料再利用；其次是现有采矿方法：贫化损失率高地表塌陷等灾害三下资源难开采，通过变革成全新采矿方法。二者结合后就形成了磷石膏充填采矿技术。

2、磷资源充填法开采的可能性。在有色等行业，空场法、崩落法已逐步被尾砂充填法所取代，利用磷废料作充填料的磷资源开采方法变革势在必行 。有色矿山充填开采系统工艺如下图所示：

三、磷石膏充填系统建设

1. 石膏改性。磷石膏废料颗粒极为细小，具有遇水弱化成浆的特性，必须研制出新的激活剂、胶凝剂及满足强度要求的合理配方，磷废石膏料极细(< 0.01mm)，强酸性（PH值1~3），渗透系数小(0.00294cm/s等特点，又不利于快速脱水和硬化，不改性就不能作为充填骨料。通过寻求互补性物质，实现磷石膏改性的解决途径后，测试发现粉煤灰中SiO2含量高达52.42%，Al2O3达21.84%，具有潜在胶凝活性，PH值9~11，有利于改善水化反应环境，提高充填体的后期强度。

2. 石膏充填系统与充填技术。 创建了国际上第一套超细全磷渣充填系统，成功解决了磷石膏物料超细输送计量难、酸性腐蚀、脱水困难等技术难题，为磷化工固体废料的工业规模再利用提供了从地面制浆到井下充填全套技术。充填系统及其配套技术通过专家验收并推广使用以来运转正常。把普通硅酸盐水泥，粉煤灰，磷石膏，水通过混合，搅拌后输送到采空区，这就是充填制备与输送系统的主要技术内容。

3. 膏采场脱水工艺技术。研究磷石膏充填料进入采场后充填工艺与措施,以便实现超细浆体在采场的快速脱水与固化。细物料脱水难、固化时间长，通过设计充填洗管引路水排泄装置，使引路水和洗管水不进采场；采用充 填滤水器使料浆进入采场前预脱水；采场采用的脱水系统。在充填管接入待充采场前，要求联接一个由1~2个闸板阀组成的三通，其目的是将充填时的洗管水与引路水排出，防止进入充填空区。钢筋滤水笼脱水装置： 先加工好滤水笼后，置入事先制作好的土工布袋中，然后插入一根通至隔离墙外的排水管，将滤水排除。

应用效果：超细磷石膏充填体固化强度达到1.8MPa以上, 无离析现象，并获得了无缝的接顶效果。

四、磷石膏充填采矿方法

1. 缓倾斜中厚磷矿体的开采方法。研究占75%以上磷资源的缓倾斜中厚矿体的安全高效低贫损开采方法，实现磷矿资源的无废害开采。缓倾中厚矿体落矿困难，地压管理难度大；传统方法生产率低，三角矿量无法回收，贫损大。

方案概要：盘区尺寸为400m×60m，即盘区长400m，盘区高度为60m。分段高度10m，分段之间与脉外斜坡道相连(斜坡道布置在上盘脉外)，一个盘区可布置6个分段。盘区中采场回采顺序为：分段与分段之间先采中段中的第一分段，第一分段回采完后并充填后再回采第二分段，依次往上回采。分段内从盘区两端往盘区中间开采，采用锚杆支护凿岩出矿巷，局部比较破碎地段采用锚杆与金属网联合支护。采场长度20m左右，可根据矿岩稳定性调整采场长度。为了便于出矿，盘区内每隔200m布置一条溜矿井，既在盘区中央布置一条出矿溜井。

方案特点：

(1)脉外无轨采准，盘区机械化， 多采场平行作业，生产能力高；

(2)充分利用岩石特性，调整采准布置方式，出矿巷道布置在矿体盘脉外，有利于降低支护成本和巷道稳定性；

(3) 磷石膏与井下废石混合充填，实现了无废害开采。

五、经济社会效益与行业进步

1. 相关应用与经济社会效益。一般在用沙坝矿、马路坪矿、青菜冲矿和用沙坝矿等推广应用，近3年来获取的直接经济效益61481.9万元;我国约有75%以上磷矿与开磷类似且积余磷化工废料5亿多万吨，年产磷化工废料6000多万吨，推广技术潜在效益每年50亿元以上，所以推广应用前景是很大的。

2. 推动行业科技进步的作用。本项成果建成了磷肥基地的绿色循环无废害开采样板，是我国具有完全自我知识产权的磷化工无废害开采技术。本成果的推广，彻底改变了我国磷废料大量堆置对地表环境产生危害的现状，实现磷化工矿山的无废害开采，提高资源回收率；本项成果在全国推广应用，预计每年多回收磷矿资源1000万吨以上，减少大量的磷废渣堆存占地与环境灾害，潜在经济效益每年将达到50亿元以上。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。