某礦全尾礦膠結(jié)充填材料和充填工藝選擇

段進(jìn)超

（長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司， 湖南 長(zhǎng)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(méi)有建設(shè)尾砂庫(kù)，現(xiàn)有礦區(qū)范圍內(nèi)也沒(méi)有合適的干排尾砂場(chǎng)地，尾砂處理成本較高。

綜合考慮井下開(kāi)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(duì)地下開(kāi)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(lái)源問(wèn)題，降低充填成本，且最大限度地降低尾砂地面堆放帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)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(jí)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(kāi)展了大量室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)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(wèn)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(lái)自火力發(fā)電廠。

2 充填能力

某礦5a后全部轉(zhuǎn)入地下開(kāi)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(chǔ)存與輸送以及充填料的制備方案主要有立式砂倉(cāng)和臥式砂倉(cāng)兩種。

3．1 立式砂倉(cāng)充填工藝方案

立式砂倉(cāng)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(cāng)中，在立式砂倉(cāng)中添加絮凝劑自然沉降后，立式砂倉(cāng)溢流水返回至濃密池，立式砂倉(cāng)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(guò)壓氣卸入立式水泥倉(cāng)內(nèi)和粉煤灰倉(cāng)內(nèi)，經(jīng)倉(cāng)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(guò)單螺旋輸送機(jī)輸送至同一個(gè)攪拌桶內(nèi)。通過(guò)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(chǎng)。某礦全立式砂倉(cāng)膠結(jié)充填工藝流程如圖1所示。

立式砂倉(cāng)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(lái)的環(huán)境問(wèn)題，降低尾砂輸送成本。工藝流程較簡(jiǎn)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(cāng)膠結(jié)充填工藝流程

3．2 臥式砂倉(cāng)充填工藝方案

臥式砂倉(cāng)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(guò)汽車運(yùn)送至充填站的臥式砂倉(cāng)內(nèi)，用抓斗將臥式砂倉(cāng)內(nèi)的濾餅抓入砂倉(cāng)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(cāng)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(guò)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(cāng)相同。

臥式砂倉(cāng)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(duì)較大，同時(shí)充填成本較高。

立式砂倉(cāng)工藝和臥式砂倉(cāng)工藝主要優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表1。

通過(guò)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(jiǎn)單、成熟可靠、管理方便、對(duì)環(huán)境影響較小、經(jīng)營(yíng)費(fèi)較低的方案，即立式砂倉(cāng)方案。

4 結(jié) 論

（1）某地采礦山設(shè)計(jì)對(duì)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(cāng)方案和臥式砂倉(cāng)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(duì)比立式砂倉(cāng)及臥式砂倉(cāng)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(cāng)工藝方案。

［1］ 《采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)》編委會(huì)．采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］．北京：中國(guó)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(chǎng)的充填與支護(hù)技術(shù)［J］．礦業(yè)研究與開(kāi)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(kāi)發(fā)，2011，31（4）：22－25．

［5］ 于潤(rùn)滄．我國(guó)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(lái)，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．