某礦全尾礦膠結(jié)充填材料和充填工藝選擇

段進(jìn)超

（長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司， 湖南 長沙 410011）

0 前 言

某礦為提高選礦綜合回收率，主要是提高全鐵的綜合回收率，同時(shí)為集團(tuán)公司提供高品質(zhì)的硫精礦，需增加選硫工藝，以提高硫精礦的精礦品位，因此新建一個(gè)5000t／d規(guī)模的選廠，產(chǎn)品方案為銅精礦和硫精礦，選硫后的尾砂需要進(jìn)行處理。然而該礦原設(shè)計(jì)尾砂全部作為化工廠的原料，因此沒有建設(shè)尾砂庫，現(xiàn)有礦區(qū)范圍內(nèi)也沒有合適的干排尾砂場地，尾砂處理成本較高。

綜合考慮井下開采的充填需要，同時(shí)為選廠尋找出路，礦山設(shè)計(jì)將尾砂充填到井下，對地下開采的采空區(qū)進(jìn)行全膠結(jié)充填處理。此充填工藝可以解決充填材料的來源問題，降低充填成本，且最大限度地降低尾砂地面堆放帶來的環(huán)境問題，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建綠色礦山的目標(biāo)。因此設(shè)計(jì)以選廠尾砂作為充填骨料的全尾砂膠結(jié)充填系統(tǒng)。

1 充填材料

設(shè)計(jì)采用全尾砂膠結(jié)充填。與分級尾砂相比，全尾砂中細(xì)泥含量高、滲透性能差，而且尾砂殘留硫含量高、粘性大，輸送與攪拌困難，其充填性能和充填質(zhì)量需要進(jìn)行研究和攻關(guān)。該礦已委托科研單位進(jìn)行了科研攻關(guān)，開展了大量室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場半工業(yè)試驗(yàn)，解決了新橋礦全尾砂用于井下充填的關(guān)鍵技術(shù)問題。

根據(jù)當(dāng)?shù)夭牧瞎?yīng)條件，膠結(jié)材料選用普通425硅酸鹽水泥。根據(jù)科研成果，擬添加粉煤灰，利用其多孔特性為易膨脹的含硫膠結(jié)體提供適當(dāng)空間，以保證充填體的完整和強(qiáng)度。粉煤灰來自火力發(fā)電廠。

2 充填能力

某礦5a后全部轉(zhuǎn)入地下開采，采礦方法采用充填采礦法。按照井下1100kt／a生產(chǎn)能力的要求，年需充填體積為28．72×104m3／a。按每年工作200d，每天二班，每班8h。實(shí)際日充填時(shí)間按12h計(jì)算，某礦日需充填砂漿量為1592m3／d，需要的充填料制備能力為132．7m3／h。

3 充填方式的選擇

根據(jù)確定的充填材料和全尾砂膠結(jié)充填工藝，充填系統(tǒng)骨料的儲存與輸送以及充填料的制備方案主要有立式砂倉和臥式砂倉兩種。

3．1 立式砂倉充填工藝方案

立式砂倉膠結(jié)充填工藝是將選廠尾砂漿（質(zhì)量濃度20%左右）經(jīng)濃密后的底流（質(zhì)量濃度35%左右）由砂漿泵泵送至充填制備站內(nèi)的立式砂倉中，在立式砂倉中添加絮凝劑自然沉降后，立式砂倉溢流水返回至濃密池，立式砂倉底部采用高壓風(fēng)水聯(lián)合造漿輸送至攪拌桶。

水泥、粉煤灰等膠結(jié)料用散裝罐車運(yùn)輸，通過壓氣卸入立式水泥倉內(nèi)和粉煤灰倉內(nèi)，經(jīng)倉底插板閥、星形給料機(jī)和沖板流量計(jì)，根據(jù)充填配比要求，經(jīng)計(jì)量后通過單螺旋輸送機(jī)輸送至同一個(gè)攪拌桶內(nèi)。通過計(jì)量后的高位水池中的充填用水，加入攪拌桶中。

上述各種充填物料在攪拌桶內(nèi)經(jīng)強(qiáng)力攪拌形成符合質(zhì)量濃度要求的充填料漿，沿充填鉆孔和井下充填管道自流輸送至待充采場。某礦全立式砂倉膠結(jié)充填工藝流程如圖1所示。

立式砂倉膠結(jié)充填工藝流程中的尾砂采用泵送工藝，可以避免濾餅運(yùn)輸帶來的環(huán)境問題，降低尾砂輸送成本。工藝流程較簡單，容易管理，充填能力 大，充填成本較低。

圖1 全尾砂立式砂倉膠結(jié)充填工藝流程

3．2 臥式砂倉充填工藝方案

臥式砂倉膠結(jié)充填工藝是壓濾后的全尾砂濾餅（質(zhì)量濃度80%左右）通過汽車運(yùn)送至充填站的臥式砂倉內(nèi)，用抓斗將臥式砂倉內(nèi)的濾餅抓入砂倉邊的中間料斗后給至皮帶機(jī)，由皮帶機(jī)再向高濃度攪拌槽給料，膠結(jié)料經(jīng)立式水泥倉底部設(shè)置的雙管螺旋給料機(jī)，按充填強(qiáng)度的配比向攪拌桶給料，攪拌好的充填料漿經(jīng)過充填管道下放至井下采空區(qū)充填。

水泥、粉煤灰輸送系統(tǒng)及攪拌和控制系統(tǒng)與立式砂倉相同。

臥式砂倉工藝的優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量濃度可控程度較高，有利于提高充填質(zhì)量濃度。缺點(diǎn)為：汽車運(yùn)輸濾餅會(huì)造成沿途的環(huán)境污染，且尾砂輸送成本較高，工藝流程較復(fù)雜，管理難度相對較大，同時(shí)充填成本較高。

立式砂倉工藝和臥式砂倉工藝主要優(yōu)缺點(diǎn)比較見表1。

通過以上綜合分析比較，新橋全尾砂膠結(jié)充填系統(tǒng)設(shè)計(jì)推薦采用工藝簡單、成熟可靠、管理方便、對環(huán)境影響較小、經(jīng)營費(fèi)較低的方案，即立式砂倉方案。

4 結(jié) 論

（1）某地采礦山設(shè)計(jì)對采空區(qū)進(jìn)行充填處理，以選廠尾砂為充填骨料，選用添加粉煤灰的普通水泥全尾砂膠結(jié)充填工藝。膠凝材料選用普通425硅酸鹽水泥，添加粉煤灰以消除殘留硫?qū)λ嗳采澳z結(jié)充填體的破壞作用。

表1 立式砂倉方案和臥式砂倉方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

（2）按井下1100kt／a的生產(chǎn)能力要求，計(jì)算可得：日需充填砂漿量為1592m3／d，需要的充填料制備能力為132．7m3／h。

（3）根據(jù)充填材料及全尾砂膠結(jié)充填工藝，詳細(xì)對比立式砂倉及臥式砂倉2種方案，在充分考慮兩者優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，推薦采用立式砂倉工藝方案。

［1］ 《采礦設(shè)計(jì)手冊》編委會(huì)．采礦設(shè)計(jì)手冊［M］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，1987．

［2］ 楊清平，冷復(fù)生．膠結(jié)充填工藝技術(shù)在銅綠山礦的應(yīng)用［J］．采礦技術(shù)，2001，1（3）：17－19．

［3］ 袁 勇，李 威，盧俊華．三山島金礦深部采場的充填與支護(hù)技術(shù)［J］．礦業(yè)研究與開發(fā)，2012，32（2）：12－14，54．

［4］ 張 磊，呂憲俊，金子橋．粉煤灰在礦山膠結(jié)充填中應(yīng)用的研究現(xiàn)狀［J］．礦業(yè)研究與開發(fā)，2011，31（4）：22－25．

［5］ 于潤滄．我國充填工藝創(chuàng)新成就與尚需深入研究的課題［J］．采礦技術(shù)，2011，11（3）：1－3．

［6］ 王喜兵，龐計(jì)來，李紅橋．新型全尾砂膠結(jié)充填采礦工藝技術(shù)研究與應(yīng)用［J］．采礦技術(shù)，2010，10（3）：1－5．