[发明专利]废石用于下向分层充填法采矿的充填料浆优化方法

说明书

本发明公开了一种废石用于下向分层充填法采矿的充填料浆优化方法，其以废石粗骨料与棒磨砂为混合骨料；设计废石和棒磨砂不同配比的混合充填骨料，以及混合充填骨料不同胶砂比和料浆浓度的试验方案，获得胶结充填体强度和充填料浆流动性与稳定性的试验结果；采用二次多项式对试验数据进行逐步回归分析，建立废石利用率与胶砂比、料浆浓度、充填体强度以及料浆流动性与稳定性之间的关系函数；建立充填材料成本模型；确定胶结充填体的设计指标；建立充填材料多目标优化模型；求解目标优化模型，即可得到优化设计。本方法不仅胶结充填体强度、料浆的流动性和稳定性均满足充填采矿要求，而且充填材料成本最低和废石利用率最高。

技术领域

本发明属于充填采矿技术领域，尤其是一种废石用于下向分层充填法采矿的充填料浆优化方法。

背景技术

随着我国国民经济高速发展以及对资源持续开发，高品位和条件好的资源日趋枯竭，面临更多埋藏深、地压大以及富水等难采矿体开采。为安全环保和绿色开采，充填采矿法是首要选择。尤其对于软弱破碎围岩的复杂难采矿体，需要在充填体假顶下保护才可实现安全作业，因此下向分层充填采矿法是唯一选择。该种充填采矿法回采工艺复杂，生产能力低，采矿成本高。为了提高生产能力，对充填体早期强度要求高，采矿经济效益更差，企业面临巨大压力。

充填骨料是影响充填采矿成本的另一重要因素。为了满足下向分层充填采矿对胶结充填体早期强度要求，不得不采用人工棒磨砂骨料进行高浓度料浆胶结充填，由此导致充填采矿成本居高不下。探索低成本充填骨料替代或部分棒磨砂骨料，是降低充填采矿成本的途径之一。采矿伴随大量废石产出，大部分矿山难以利用。利用废石粗骨料替代或部分替代棒磨砂用于下向分层充填法采矿，不仅可以降低充填采矿成本，而且还可以将废石得以资源化利用。然而，废石-棒磨砂骨料不仅影响充填体强度，而且还改变充填料浆的流动性与稳定性。尤其粗骨料充填料浆潜在分层离析，造成堵管爆管。因此优化混合粗骨料充填料浆设计，制备抗离析充填料浆，是废石在充填采矿中应用的关键技术。

中国专利申请CN103130475A公开了粗骨料管道自流输送用胶结充填浆体，公开了绿豆石替代部分棒磨砂的混合粗骨料充填料浆配比，但未涉及混合骨料充填体强度和料浆管输特性。CN108661703A公开了粗粒级尾砂膏体充填方法和充填系统，发明了废石粗骨料与选矿尾砂混合充填料浆的充填系统与制备工艺，也未考虑废石粗骨料配比对胶结充填体强度和料浆管输特性的影响。CN107117888A公开了一种采矿用混合骨料充填料浆配比决策方法，以充填材料成本为优化目标，以充填体强度、充填料浆的流动性与稳定性为约束条件，进行混合粗骨料充填料浆优化决策；但其未考虑废石利用率对其强度和管输特性影响，未实现废石利用率最大化。CN110143787A公开了一种低成本废石胶结充填材料组分与配比设计方法，在固定充填料浆的塌落度后，逐步对废石级配、掺砂量、胶结料组分与配比、胶结料含量进行优化，确定废石胶结充填材料的组分和配比，并根据矿山对废石胶结充填体强度，利用胶结料含量与强度关系拟合公式，计算得到最低胶结料含量值；该混合骨料配比优化方法，没有综合考虑充填体强度和料浆流动性与稳定性，且采用是试错优化方法，难以获得废石料浆总体优化配比。CN106746946B公开了一种优化充填料配比方法，基于NSGA-II算法，对充填料配比进行优选搜索，限定充填料配比的取值范围；设置群体规模、计算代数、交叉概率、变异概率等遗传参数；设定预配置的充填体强度值，优选搜索得到一个含有若干组解的非支配解集；最后结合矿山输送条件，选出满足采矿方法对充填体强度要求，同时满足矿山输送条件，且成本最低的一组解作为充填料配比参数；由此可见，该方法是在确定充填体强度条件下，进行废石粗骨料配比设计，未能考虑充填料浆离析对废石利用率进行优化决策。

综上可见，废石资源化利用，满足充填体强度、充填料浆的流动性和稳定性是必要条件，提高废石利用率，降低充填采矿成本，是提高充填采矿经济效益和环保效益的充分条件。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种产品效果好的废石用于下向分层充填法采矿的充填料浆优化方法。