某金屬礦山尾砂膠結(jié)充填工藝優(yōu)化實(shí)踐

黃程輝

(香花嶺錫業(yè)有限責(zé)任公司， 湖南 郴州市 424306)

1 項(xiàng)目背景

某金屬礦山采用點(diǎn)(條)柱式上向水平分層尾砂充填法采礦，在上盤(pán)不穩(wěn)固段留護(hù)壁礦柱，然后在采場(chǎng)內(nèi)每隔6 m的跨度留3 m×3 m的縱向上連續(xù)點(diǎn)柱，采用分級(jí)尾砂充填。一直以來(lái)，充填尾砂料漿濃度低(僅40%左右)，只能采用分級(jí)尾砂充填。落礦出礦過(guò)程中，一部分礦石混入尾砂充填體內(nèi)形成礦石“墊底”，從而造成出礦損失；此外，出礦過(guò)程中，一部分泥砂會(huì)混入礦石中，造成出礦貧化。

原充填站充填設(shè)備老舊，造漿系統(tǒng)，流量、濃度控制系統(tǒng)不穩(wěn)定，只能進(jìn)行低濃度水砂充填，無(wú)法進(jìn)行尾砂膠結(jié)充填。因此，從造漿工藝、充填系統(tǒng)輸送、控制能力等方面開(kāi)展綜合應(yīng)用研究，結(jié)合礦山實(shí)際情況，對(duì)現(xiàn)有充填工藝進(jìn)行優(yōu)化。杜絕礦石在鏟運(yùn)過(guò)程中被埋入充填體內(nèi)而造成損失；防止充填體強(qiáng)度低，在出礦過(guò)程中混入而造成貧化；在提高充填體強(qiáng)度的基礎(chǔ)上實(shí)施兩步驟回采，從而降低礦石開(kāi)采貧化損失率，提升資源開(kāi)采效益。

2 原因分析

(1) 造成充填體強(qiáng)度低，離析現(xiàn)象嚴(yán)重的主要原因一是充填料漿濃度低；二是未達(dá)到要求的灰砂比，三是攪拌混合不均勻。

(2) 充填料漿濃度低產(chǎn)生的原因一是砂倉(cāng)沉降泌水不充分；二是倉(cāng)頂進(jìn)料對(duì)泌水的擾動(dòng)厲害，不利于泌水的進(jìn)行；三是采用水造漿，料漿濃度稀釋較嚴(yán)重，濃度下降較多。

(3) 灰砂比生產(chǎn)過(guò)程失控的原因是計(jì)量秤長(zhǎng)期沒(méi)有校驗(yàn)，給灰量沒(méi)有準(zhǔn)確的計(jì)量，生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)與設(shè)定的灰砂比誤差較大。

(4) 濃度、流量、給灰量、水壓、給水量等參數(shù)沒(méi)有測(cè)量，生產(chǎn)過(guò)程不能進(jìn)行調(diào)節(jié)，全靠人工進(jìn)行，因此產(chǎn)生生產(chǎn)過(guò)程失控的問(wèn)題。

(5) 攪拌混合不均勻的原因是攪拌桶高徑比不符合灰砂混勻的要求，攪拌桶進(jìn)砂口與出漿口之間的高度差太小，灰砂混合不均勻。

3 現(xiàn)有工藝存在的主要問(wèn)題

3.1 砂 倉(cāng)

(1) 進(jìn)砂管進(jìn)砂時(shí)對(duì)砂倉(cāng)中的尾砂沉降干擾較大，不利用清水排出，影響濃度的提高。

(2) 尾砂漿溢流孔為周?chē)c(diǎn)狀分布，進(jìn)砂流量過(guò)大，影響溢流孔溢流。

(3) 倉(cāng)頂無(wú)清水放水閥，不利于提高濃度的工藝操作。

(4) 該立式砂倉(cāng)底部為砼平臺(tái)，上置鋼錐體，初步估計(jì)與水平方向成45°，角度偏小，易造成積砂。

(5) 中心放砂管與周?chē)?個(gè)放砂管的周?chē)鷽](méi)有設(shè)置沖洗噴嘴，容易造成堵管現(xiàn)象。

(6) 倉(cāng)底積砂嚴(yán)重，部分放砂管堵塞，失去作用。

3.2 造 漿

(1) 運(yùn)行過(guò)程中均為造漿水，全水力造漿，直接影響造漿濃度，噴水少造漿效果差，噴水多造漿濃度下降多。造成充填濃度在充填過(guò)程中變化較大，濃度不能穩(wěn)定控制。

(2) 造漿水管無(wú)壓力表，對(duì)造漿用水的壓力變化無(wú)法掌握。

(3) 未采用風(fēng)動(dòng)造漿工藝與裝置，不利于砂倉(cāng)造漿濃度的穩(wěn)定。

3.3 攪拌桶

(1) 直徑與高度比不合理，現(xiàn)有攪拌桶直徑為2500 mm，高度為2000 mm，徑高比為1.25∶1，合理的比值應(yīng)為0.95∶1，否則會(huì)造成灰砂攪拌不均勻。

(2) 放砂管坡度偏大，致使最高濃度放砂效果速度較快，但造成攪拌桶進(jìn)砂管與出漿管之間的距離變小，直接影響攪拌的均勻性。砂倉(cāng)底部放砂管正常的傾斜角應(yīng)為20°。

(3) 攪拌桶進(jìn)砂管與出漿管之間的距離太小(現(xiàn)在兩者之間的距離約500 mm)，導(dǎo)致充填料漿未攪拌均勻便被排出。

(4) 未設(shè)置副桶，不便于現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行人工測(cè)量濃度，并對(duì)攪拌桶內(nèi)液位情況進(jìn)行監(jiān)控。

(5) 攪拌桶底部出漿口設(shè)置太多，且位置與高度變化較大，不利于進(jìn)行統(tǒng)一的濃度測(cè)量。

3.4 計(jì)量與控制系統(tǒng)

(1) 灰(水泥)的計(jì)量秤長(zhǎng)期沒(méi)有進(jìn)行校驗(yàn)，準(zhǔn)確度較差。

(2) 倉(cāng)底放砂管設(shè)有電磁流量計(jì)進(jìn)行放砂流量測(cè)量，但儀表已壞無(wú)法使用，不能發(fā)揮應(yīng)有的流量測(cè)量效果。

(3) 攪拌桶出口后的充填輸送管路上設(shè)有電磁流量計(jì)測(cè)量充填流量，設(shè)有超聲波濃度計(jì)測(cè)量濃度。但流量計(jì)和超聲波濃度計(jì)已壞，無(wú)法使用，不能對(duì)充填質(zhì)量進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)與分析。

(4) 未設(shè)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行集中控制，膠結(jié)材料的添加不能根據(jù)砂漿濃度流量的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)下灰量，只能人工手動(dòng)下灰量，從而影響充填體中的實(shí)際灰砂比。

3.5 操作方面

(1) 未按設(shè)備操作規(guī)程要求定期對(duì)計(jì)量秤、流量計(jì)、濃度計(jì)進(jìn)行校驗(yàn)，使其處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。

(2) 操作過(guò)程中，充填前未對(duì)砂倉(cāng)進(jìn)行一定時(shí)間的靜置與排除清水作業(yè)，進(jìn)一步提高造漿濃度。

(3) 每次充填完畢未及時(shí)對(duì)倉(cāng)底進(jìn)行清倉(cāng)處理，造成倉(cāng)底積砂。

(4) 對(duì)存在的問(wèn)題沒(méi)有進(jìn)行有效的研究與改進(jìn)，問(wèn)題積累較多。

4 改造方案

充填系統(tǒng)如圖1所示，針對(duì)以上工藝設(shè)備存在的問(wèn)題，對(duì)充填工藝設(shè)備進(jìn)行改造。

圖1 充填系統(tǒng)

4.1 砂倉(cāng)改造

(1) 砂倉(cāng)頂部溢流槽內(nèi)溢流孔找水平，在360°范圍內(nèi)的溢流孔均勻分布8個(gè)溢流孔，孔的大小與原有溢流孔相同，增加溢流面積，并做到在360°范圍內(nèi)都能溢水。

(2) 在砂倉(cāng)頂部中心位置的進(jìn)砂管口下面增設(shè)防干擾管道，消除進(jìn)砂對(duì)沉降泌水的影響，管道長(zhǎng)2000 mm，管道直徑根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的方口尺寸確定，要求大于3000 mm。

(3) 溢流槽以下砂倉(cāng)外筒體每隔400 mm安裝一個(gè)泄水閥門(mén)，每個(gè)砂倉(cāng)安裝4個(gè)DN150 mm膠管閥或蝶閥，安裝位置應(yīng)在平臺(tái)欄桿處，不能影響操作人員通行，尾砂打滿(mǎn)砂倉(cāng)沉淀后，多余的水排出砂倉(cāng)，以增加砂倉(cāng)內(nèi)的制漿濃度。泄水閥門(mén)排出的水與倉(cāng)頂溢流管相連，便于排水，管徑DN150 mm。

(4) 底部外側(cè)4個(gè)放砂管周?chē)髟黾?個(gè)水力噴嘴，用于清理底部積砂，防止堵管。

(5) 中心放砂管周?chē)黾?個(gè)水力噴嘴，用于清理底部積砂，防止堵管。

(6) 在條件允許的情況下，建議在砂倉(cāng)頂增設(shè)旋流器，進(jìn)行脫泥處理，進(jìn)一步提高砂漿濃度。

4.2 增設(shè)風(fēng)動(dòng)造漿系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)風(fēng)水聯(lián)系造漿，做到造漿濃度穩(wěn)定(風(fēng)動(dòng)造漿)、濃度可調(diào)節(jié)(水力造漿)。造漿系統(tǒng)見(jiàn)圖2。

(1) 底部一級(jí)造漿設(shè)為水力造漿管，設(shè)6個(gè)膠管逆止噴嘴。

(2) 底部二級(jí)造漿設(shè)為風(fēng)力造漿管，設(shè)20個(gè)膠管逆止噴嘴。

(3) 底部三級(jí)造漿設(shè)為水力造漿管，設(shè)28個(gè)膠管逆止噴嘴。

(4) 造漿風(fēng)、水管上設(shè)置壓力表。

(5) 新增風(fēng)動(dòng)造漿空氣壓縮機(jī)站，空壓機(jī)壓力0.8 MPa,風(fēng)量20 m3/min，功率110 kW。

(6) 原供水系統(tǒng)不變。

圖2 造漿系統(tǒng)

4.3 攪拌桶改造

(1) 拆除原有攪拌桶，新購(gòu)置并安裝1臺(tái)高濃度強(qiáng)力攪拌桶，規(guī)格Φ2000 mm×2100 mm，功率30 kW。

(2) 立式砂倉(cāng)底部至攪拌桶的放砂管道選用Φ219 mm×10 mm耐磨管，管道安裝角度為20°，出口置于攪拌桶蓋板之上，如果現(xiàn)場(chǎng)高度不夠，采用向上180°彎形式解決。

(3) 攪拌桶排氣除塵管更換為DN200-DN300鋼管或復(fù)合管至充填車(chē)間外。

(4) 增設(shè)副桶，副桶尺寸為Φ750 mm×2300 mm，材料為10～12 mm普通鋼板，其內(nèi)桶制作時(shí)安裝格篩，副桶安裝標(biāo)高比攪拌桶標(biāo)高低200 mm。副桶中設(shè)置浮動(dòng)液位桿便于現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)察液壓情況以及現(xiàn)場(chǎng)取樣人工測(cè)量濃度。充填料漿自流輸送管、渣漿泵加壓輸送管與副桶相連接，管道位置置于同一高度。副桶與攪拌桶的連接管道置于攪拌桶底部。

(5) 攪拌桶進(jìn)砂管置于桶蓋上部，出漿管置于攪拌桶底部，增加了兩者之間的距離(間距可達(dá)2000 mm)，保證灰砂攪拌的均勻性，確?；疑氨仍谠O(shè)定的范圍內(nèi)受控。

4.4 計(jì)量與控制系統(tǒng)改造

(1) 灰(水泥)的計(jì)量秤每季度進(jìn)行一次校驗(yàn)，確保計(jì)量的準(zhǔn)確度。

(2) 倉(cāng)底放砂管原來(lái)設(shè)有的電磁流量計(jì)進(jìn)行放砂流量測(cè)量，對(duì)其進(jìn)行重新標(biāo)定，以達(dá)到提高計(jì)量精度的目的，發(fā)揮應(yīng)有的流量測(cè)量效果。

(3) 對(duì)攪拌桶出口外的充填管路上的原電磁流量計(jì)進(jìn)行重新標(biāo)定，以達(dá)到提高計(jì)量精度的目的，發(fā)揮應(yīng)有的流量測(cè)量效果。

(4) 流量調(diào)節(jié)閥門(mén)更換為DN100電動(dòng)陶瓷閥或電動(dòng)膠管閥。

(5) 增設(shè)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行集中控制，膠結(jié)材料的添加能夠隨砂漿濃度、流量的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)下灰量或人工手動(dòng)調(diào)節(jié)給灰量，從而確保生產(chǎn)過(guò)程實(shí)際灰砂比與設(shè)定的灰砂比一致。使整個(gè)充填做到人工操作、儀表監(jiān)控、自動(dòng)加灰。

圖3 攪拌筒改造

4.5 操作改進(jìn)

(1) 按設(shè)備操作規(guī)程要求定期對(duì)計(jì)量秤、流量計(jì)、濃度計(jì)進(jìn)行校驗(yàn)與標(biāo)定，使其處于良好運(yùn)行狀態(tài)。

(2) 砂倉(cāng)進(jìn)砂操作過(guò)程中，進(jìn)砂量控制在周?chē)逅缌骺渍Ｒ缌鳡顟B(tài)時(shí)為好，禁止從溢流孔上面溢流。充填前對(duì)砂倉(cāng)進(jìn)行一定時(shí)間的靜置與排除清水作業(yè)，排除清水通過(guò)設(shè)置的4個(gè)排水閥進(jìn)行，進(jìn)一步提高造漿濃度。

(3) 造漿過(guò)程根據(jù)砂倉(cāng)中的濃度情況，先用底部一級(jí)水力造漿噴嘴噴水造漿，然后用二級(jí)風(fēng)力進(jìn)行造漿，實(shí)現(xiàn)風(fēng)水聯(lián)動(dòng)造漿。如果聯(lián)動(dòng)造漿過(guò)程中，砂漿濃度較高，啟動(dòng)三級(jí)水力噴水造漿，稀釋砂漿濃度，直至滿(mǎn)足充填濃度要求。

(4) 每次充填完畢及時(shí)對(duì)倉(cāng)底進(jìn)行清倉(cāng)處理，防止倉(cāng)底積砂。

(5) 生產(chǎn)過(guò)程中操作人員要嚴(yán)格對(duì)濃度、流量、風(fēng)量、風(fēng)壓、水量、水壓等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，防止出現(xiàn)異常情況。

5 效果評(píng)價(jià)

(1) 提高了并穩(wěn)定了造漿濃度。通過(guò)砂倉(cāng)沉降與排水，在尾礦原漿濃度(重量濃度)的基礎(chǔ)上，達(dá)到

砂倉(cāng)造漿濃度穩(wěn)定在60%左右，充填濃度達(dá)到62%～65%。

(2) 提高了灰砂攪拌的均勻性，確保攪拌質(zhì)量。

(3) 提高加灰自動(dòng)化程度，嚴(yán)格控制設(shè)定的灰砂比，減少膠結(jié)材料的用量，節(jié)約充填成本。

(4) 確保充填體質(zhì)量，力爭(zhēng)做到充填體3 d強(qiáng)度達(dá)到1.5 MPa，滿(mǎn)足采礦要求，提高采礦作業(yè)面周轉(zhuǎn)率。

(5) 防止充填體強(qiáng)度低造成充填體隨礦石一起被二次鏟運(yùn)，降低礦石品位的現(xiàn)象發(fā)生。

(6) 提高充填體強(qiáng)度，防止礦石鏟運(yùn)過(guò)程中埋入充填體，提高礦石回收率。

工藝優(yōu)化后的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 工藝優(yōu)化后現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果

6 結(jié) 語(yǔ)

(1) 通過(guò)對(duì)充填系統(tǒng)的改造及充填工藝的優(yōu)化，將水動(dòng)造漿改為風(fēng)水聯(lián)動(dòng)造漿，尾砂膠結(jié)體統(tǒng)的輸送濃度由40%提高到65%左右，充填能力達(dá)到500 m3/d，灰砂比為1∶10時(shí)膠結(jié)充填體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，滿(mǎn)足膠結(jié)鋪面的要求。

(2) 采用新型膠結(jié)材料，確保了充填體質(zhì)量。灰砂比在1∶8時(shí)，充填體4 d強(qiáng)度達(dá)到1.5 MPa以上，7 d充填體強(qiáng)度達(dá)到3.8 MPa以上，加快了采礦回采周期，試驗(yàn)采場(chǎng)生產(chǎn)能力達(dá)到200 t/d，為安全生產(chǎn)提供了保障。

(3) 膠結(jié)充填工藝優(yōu)化后，相應(yīng)采場(chǎng)進(jìn)行了推廣應(yīng)用，礦石貧化率降低了2個(gè)百分點(diǎn)，采礦損失率降低了5個(gè)百分點(diǎn)，充分回收了礦產(chǎn)資源，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。

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