全尾砂結(jié)構(gòu)流膠結(jié)充填在礦山開采中的應(yīng)用分析

韋軍

摘 要：根據(jù)國內(nèi)外地下礦山開采發(fā)展的要求和趨勢(shì)，本文從實(shí)踐角度出發(fā)，分析了全尾砂結(jié)構(gòu)流膠結(jié)充填存在的問題和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，其目的是為相關(guān)建設(shè)者提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和一些理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：趨勢(shì)；全尾砂結(jié)構(gòu)流；充填；礦山開采；問題；效益；推廣使用

中圖分類號(hào)：TD853 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）20-0203-02

1 國內(nèi)外概況及發(fā)展趨勢(shì)

地下開采礦山采用充填采礦法可有效保護(hù)礦區(qū)地表、能適用各種不同的礦體賦存條件以充分回收礦石資源、能將大量的固體廢料（尾砂和廢石等）充填于井下從而減少堆放占地，能大幅度降低礦石損失貧化指標(biāo)從而提高礦床開采整體經(jīng)濟(jì)效益，是國內(nèi)外大力發(fā)展及推行的采礦方法。

隨著中國國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，其礦產(chǎn)資源開采總量已穩(wěn)居世界之首，從而也使由礦業(yè)開發(fā)而帶來的一系列問題日益突出。為了實(shí)現(xiàn)既開發(fā)礦業(yè)又使環(huán)境得到保護(hù)的戰(zhàn)略目標(biāo)，國家和各級(jí)政府均大力推進(jìn)充填采礦法，國內(nèi)一些省份對(duì)新建地下金屬礦山甚至強(qiáng)制推行充填采礦法，如安徽、山東等。

毫無疑問，對(duì)于金屬礦山而言，全尾砂是首選的充填材料。實(shí)施全尾砂充填可為金屬礦山最主要的廢棄物實(shí)現(xiàn)最有效、最可靠且最大化的利用途徑。由于不對(duì)尾砂進(jìn)行分級(jí)且溢流不帶走細(xì)顆粒，即實(shí)現(xiàn)真正的全尾砂充填可保證尾礦庫的安全運(yùn)行。對(duì)高品位金屬礦山，當(dāng)尾砂產(chǎn)率與井下空區(qū)體積相匹配時(shí)，還可取消尾礦庫而實(shí)現(xiàn)尾廢零排放。

當(dāng)采用全尾砂作為充填料時(shí)，充填料漿濃度是決定充填質(zhì)量的核心因素，如充填料漿濃度過低，細(xì)粒級(jí)尾砂及水泥或浮于表面，凝固硬化慢，或隨脫水流失，既污染井下作業(yè)環(huán)境，同時(shí)增加作業(yè)成本，降低充填質(zhì)量。所以為了確保充填質(zhì)量，國內(nèi)外大力研究開發(fā)膏體泵送充填及結(jié)構(gòu)流體自流輸送膠結(jié)充填技術(shù)。膏體泵送充填是將全尾砂或全尾砂+其它粗集料如破碎廢石、冶煉渣、天然砂、人造砂等制備成濃度76%甚至80%以上的膏體充填料，其坍落度一般為22～25cm，然后通過液壓雙杠活塞泵加壓輸送至采空區(qū)進(jìn)行充填。由于膏體充填料濃度高，充填料漿充入采場(chǎng)后不離析、不脫水，在同等水泥用量的條件下，充填體強(qiáng)度更高，或在同等充填體強(qiáng)度要求下，可較大幅度地減少水泥用量，從而降低充填成本。

全尾砂結(jié)構(gòu)流體自流輸送膠結(jié)充填則是將全尾砂或全尾砂混合料制備成濃度70%以上（取決于物料組成）、坍落度25～27cm的充填料漿，然后通過充填鉆孔及井下管網(wǎng)自流輸送至井下進(jìn)行充填。相對(duì)于膏體泵送充填而言，充填料漿濃度略為降低，而其輸送阻力卻大大降低，但充填料漿在管道及采場(chǎng)中可呈結(jié)構(gòu)流性態(tài)，同樣具有不脫水、不離析、不分層的特點(diǎn)，且在采場(chǎng)中流平性好，更有利于進(jìn)路型采場(chǎng)的充填接頂[1]。

膏體泵送充填一般工藝流程較復(fù)雜，充填系統(tǒng)投資較大，充填能力受膏體輸送泵輸送能力制約，而全尾砂結(jié)構(gòu)流體自流輸送充填相對(duì)投資較小，在充填倍線3～5、充填管線布置參數(shù)合理的條件下，常規(guī)流量充填系統(tǒng)單套制備輸送能力可達(dá)60～80m3/h，而大流量充填系統(tǒng)單套制備輸送能力可達(dá)180～200m3/h。但若充填倍線超過6以上時(shí)，則需進(jìn)一步降低充填料漿濃度1～2%。因此，全尾砂結(jié)構(gòu)流膠結(jié)充填作業(yè)，應(yīng)在明確礦產(chǎn)資源開發(fā)建設(shè)情況的基礎(chǔ)上，對(duì)充填的質(zhì)量效果進(jìn)行控制，以提升所處行業(yè)的快速穩(wěn)定發(fā)展[2]。

2 充填系統(tǒng)工藝流程

①選廠全尾砂應(yīng)通過輸送泵輸送至高效深錐濃密機(jī)中，以完成濃密脫水。此過程，為加快全尾砂的沉降，可通過添加聚丙烯酰胺（PAN）絮凝劑，以使溢流能夠以直接狀態(tài)回選廠循環(huán)使用[3]。②當(dāng)脫水達(dá)到設(shè)計(jì)要求濃度后，工藝控制人員應(yīng)通過高效深錐濃密機(jī)底流自流至砂池中存儲(chǔ)。此過程，砂池的一端應(yīng)設(shè)置階梯型排水球閥以排出全尾砂進(jìn)一步沉降后多余的水。當(dāng)將壓氣造漿噴嘴安裝至砂池底部后，就可進(jìn)行造漿處理，并由空壓機(jī)提供壓氣。③在進(jìn)行充填作業(yè)時(shí)，應(yīng)利用壓氣使砂池中全尾砂整體造漿保持均勻狀態(tài)，而后，在經(jīng)由放砂管將造漿放置于雙軸攪拌機(jī)中。如此，水泥就能通過雙管螺旋給料機(jī)與電子秤給料的計(jì)量工作，添加到雙軸攪拌機(jī)內(nèi)。這里的調(diào)濃水，應(yīng)通過相應(yīng)的計(jì)量，才能為雙軸攪拌機(jī)提供供給。④利用雙軸攪拌機(jī)對(duì)尾砂漿、水泥及調(diào)濃水進(jìn)行初步攪拌，攪拌完成后，就可進(jìn)入高速活化攪拌機(jī)內(nèi)部，以進(jìn)行高速攪拌。如此，制備完成的結(jié)構(gòu)流性態(tài)充填料漿，就可通過充填管道輸送到礦山開采的指定位置進(jìn)行使用[4]。

3 實(shí)際應(yīng)用中存在的問題

在礦山井下開采過程中，實(shí)現(xiàn)全尾砂結(jié)構(gòu)流體膠結(jié)充填后主要存在的問題：

（1）密閉墻的施工。充填作業(yè)人員可利用混凝土進(jìn)行密閉處理，但混凝土的凝固保養(yǎng)時(shí)間較長，對(duì)開采循環(huán)較快的礦山不利，而且此密閉處理方法運(yùn)用造價(jià)成本較高。開采建設(shè)人員還可以使用鋼材結(jié)構(gòu)和彩條布等結(jié)合進(jìn)行密閉，但此方法的運(yùn)用容易造成充填漏漿，從而污染巷道。因此，施工人員必須保證施工質(zhì)量，減少漏漿現(xiàn)象的發(fā)生。不過此方法所用的鋼材可以循環(huán)利用，施工便捷，造價(jià)成本比較低。為此，地下礦產(chǎn)資源的開采過程需結(jié)合施工建造的實(shí)際情況進(jìn)行密閉墻的施工控制，以解決全尾砂結(jié)構(gòu)流體膠結(jié)充填作業(yè)過程的不合理問題。

（2）充填體存在層狀結(jié)構(gòu)。由于充填體作業(yè)的造漿池容量十分有限，無法為采空區(qū)的一次性充滿提供條件，需要多次充填才能完成操作，因此，開采充填作業(yè)人員必須在每次充填完成后對(duì)管道進(jìn)行沖洗，以避免充填管道運(yùn)行出現(xiàn)堵塞問題，而沖洗管道的沖洗水進(jìn)入充填空區(qū)后會(huì)造成每次頂部充填體的濃度降低，進(jìn)而使其無法形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)層狀現(xiàn)象。值得注意的是，如果每次充填量較少，充填空區(qū)面積較大，層狀的高度較低，在后續(xù)充填體下的回采過程中，必須要充分考慮充填體的安全狀況，確保安全開采。

4 安全環(huán)保效益

（1）充填質(zhì)量好。全尾砂結(jié)構(gòu)流態(tài)的運(yùn)用不僅能夠提高上向水平分層充填采礦法的作業(yè)效率，還能大幅度降低礦石的損失貧化問題。這是因?yàn)?，?dāng)全尾砂結(jié)構(gòu)流體充填料漿充入采場(chǎng)空區(qū)后，不會(huì)發(fā)生脫水與離析的問題，將為結(jié)構(gòu)作用起到整體性佳、強(qiáng)度高的效果。如此，充填作業(yè)完成后，就可更加有效的控制采場(chǎng)的地壓影響，進(jìn)而為回采作業(yè)提供良好的環(huán)境條件。此外，全尾砂結(jié)構(gòu)流膠結(jié)充填在礦山開采中的運(yùn)用，還能提升礦石的回收率，在很大程度上提升礦山資源的開采效益。

（2）充填成本低。由于全尾砂結(jié)構(gòu)流體充填料漿能夠?qū)崿F(xiàn)低速滿管流的輸送目標(biāo)，因此，充填安全環(huán)?？刂迫藛T應(yīng)采用含有-20μm極細(xì)顆粒的全尾砂，以降低充填料漿對(duì)管道使用造成的磨損程度，進(jìn)而降低充填管道更換的造價(jià)成本。與此同時(shí)，由于全尾砂結(jié)構(gòu)流膠結(jié)充填使用的料漿具有不脫水、強(qiáng)度高以及充填體整體性佳的特點(diǎn)，因此，能夠大幅降低礦井清除淤泥與排水作業(yè)的造價(jià)成本。

（3）自動(dòng)化程度高?？赏ㄟ^充填配比與充填計(jì)量自動(dòng)控制，在全尾砂結(jié)構(gòu)流體充填作業(yè)過程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化目標(biāo)，從而降低人工成本。如此，不僅施工作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度得到了控制，還提升了礦山開采的安全環(huán)保效益。

（4）安全環(huán)保壓力小，全尾砂結(jié)構(gòu)流膠結(jié)充填可以很好的利用尾砂，即通過減少尾砂排放量，來降低對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的污染影響。此外，在尾砂產(chǎn)率與井下空區(qū)體積相匹配時(shí)，可實(shí)現(xiàn)尾砂的零污染排放，以使尾礦庫能夠以安全可靠的運(yùn)行狀態(tài)減少安全環(huán)保管理工作量，進(jìn)而提升礦山資源開采的安全環(huán)保效益。

5 結(jié)束語

綜上所述，在礦產(chǎn)資源開發(fā)利用中，全尾砂結(jié)構(gòu)流膠結(jié)充填是地下礦山開采發(fā)展所趨，它可以很好地控制采場(chǎng)地壓，擁有充填質(zhì)量好，充填成本低，自動(dòng)化程度高、安全環(huán)保管理壓力小的優(yōu)點(diǎn)，在以后各類礦產(chǎn)資源的開發(fā)建設(shè)中，建設(shè)者可以根據(jù)礦山的特點(diǎn)，可以推廣使用全尾砂結(jié)構(gòu)流膠結(jié)充填。此外，還應(yīng)通過控制充填質(zhì)量、充填成本、自動(dòng)化程度以及安全環(huán)保壓力，來提升礦產(chǎn)開采充填作業(yè)的質(zhì)量，進(jìn)而使全尾砂結(jié)構(gòu)流態(tài)膠結(jié)充填的作用效果充分發(fā)揮出來。

參考文獻(xiàn)

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[4]董 璐，高 謙，南世卿.超細(xì)全尾砂新型膠結(jié)充填料水化機(jī)理與性能[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，44（04）：1571～1577.

收稿日期：2018-6-13

作者簡介：韋 軍（1983-），男，采礦工程師，大學(xué)本科，主要從事采礦技術(shù)研究及工程管理工作。