全尾砂似膏體充填參數優化及設備優選研究

肖旭峰，陳 維，鄭劍洪

(湖南黃金洞礦業有限責任公司， 湖南 岳陽市 414507)

0 前 言

大量地下礦山采用留礦法、房柱法、全面法、VCR法及分段(階段)空場法等采礦方法，遺留下大量的采空區，嚴重影響了礦山的繼續高效安全回采作業，給地下礦山帶來了巨大的隱患[1]。目前對采空區的處理方法主要有封閉、崩落、加固和充填四大類[2]。大量礦山實踐證明，采用充填法處理采空區對安全高效回采、地壓災害控制及深井通風降溫等作用重大[3]。

對于充填法，尤其是高濃度料漿充填的研究尚有很多需進一步研究的方面[4]：膏體充填料漿的流變性研究及膏體充填技術的推廣；剩余壓頭處理技術；全尾砂脫水技術和裝備優化。

目前棖沖礦區共有約3.7萬m3的采空區，其中80中段及以上中段采空區體積為23100 m3、60中段采空區體積為4105.36 m3、40中段采空區體積為1845 m3、20中段采空區體積為5524.89 m3。目前采選規模為150～180 t/d，日平均空區體積為75 m3。采空區數量多，體積大，地壓災害顯現重，對礦區繼續回采影響嚴重，必需對采空區進行充填處理。棖沖礦區充填采空區的主要目的如下：為黃金洞礦區全尾砂充填項目、充填泵性能積累經驗；利用全尾砂膠結充填老窿空區，為回收老窿殘礦創造條件；采礦方法改為全尾砂嗣后充填，提高礦石回收率，保障采礦安全；尾砂充填采空區，緩解尾礦庫壓力，延長服務年限。

此外棖沖礦區礦體及破碎帶含泥量較多，水對地下工程的穩定性影響較大。因此必須嚴格控制井下充填過程中帶來的水分，因此應選取高濃度充填料漿進行充填，似膏體充填技術是符合礦山實際的充填技術。高濃度似膏體充填由于濃度高、阻力大，無法自流，必須加壓泵送壓送至采場[5]，初步確定充填料漿的濃度為72%左右。

1 充填料漿參數試驗研究

考慮老窿空區填充、礦區后期擴產等因素，充填系統日平均充填料漿量為200 m3/d。充填量較大，必須要對充填料漿參數進行系統的測試研究。全尾砂粒度分析結果說明棖沖礦區全尾砂細粒多，如表 1所示。細顆粒含量比例大對于充填體的強度和充填料漿的脫水等影響較大，還需對充填設備進行全面的分析優選。

表1 全尾砂粒度分析結果

首先對礦區尾砂進行了動態濃密試驗：尾砂漿加入絮凝劑，經過動態脫水，分別在不同時間取得底流，測得底流濃度為別為 54.40%、55.47%。試驗結果說明，由于棖沖礦區全尾砂細粒多導致濃密機脫水效果差，需采用壓濾機對全尾砂進行脫水。

對高濃度充填料漿流動性進行了試驗研究。目前大多采用坍落度指標來反映料漿的流動性,一般認為坍落度在 15 ～ 25 cm 之間有利于泵送[5]。由表 2的監測數據可以看出，當濃度為 72%左右時，料漿的塌落度接近 25，流動性良好，適合充填井下。

表2 充填料漿坍落度試驗結果

此外，還對充填料漿的泌水特性進行了試驗，具體的試驗結果見表 3。相同的灰砂比下，濃度越大泌水率越低；相同的濃度下，灰砂比越大泌水率越低。

參考參考文獻[6～7]中的試驗方法，進行了不同參數下充填體強度試驗測試。根據試驗測試，充填體 28 d 強度為 0.41～4.61 MPa，強度參數見表 4，在滿足安全生產的基礎上選取不同參數的料漿處理采礦區；充填體對應的充填料配比為：32.5水泥全尾砂 =1∶4～1∶12。

表3 不同濃度和配比條件下充填料漿泌水特性

2 設備優選研究

根據相似礦山充填流程，結合上述充填料漿參數及礦山的實際情況，初步確定棖沖礦區充填流程，如圖 1所示。

為了該流程的自動連續進行，必須要選取適當的充填設備：

全尾砂通過渣漿泵加壓后，進入壓濾機壓濾成 80%～82%濃度的尾砂濾餅，用鏟車堆放在地表存砂坪，壓濾機設計日處理量為150 t；

利用地表斜坡(3.5 m高)的地理優勢，自上而下分別構建格篩(500 mm×500 mm)、雙軸攪散機、料倉(容量6 m3)、定量給料機。用鏟車將存砂坪濾餅卸入雙軸攪拌機，濾餅經破碎后進入存料倉，存料倉通過定量給料皮帶秤輸出尾砂至刮板輸送機。

表4 黃金洞金礦充填體試塊抗壓強度

注：漿體濃度控制在70%～74%，泵送條件下濃度可達到76%；管道泵送倍線控制在3～6。

圖1 全尾砂充填試驗工藝流程

尾砂通過皮帶輸送機進入雙軸強力攪拌機(同時按一定比例添加水泥和水)、強力活化攪拌機。最后利用充填工業泵將調好的料漿通過充填管路輸送到采空區。充填系統設備選擇及布置見圖 2。

3 結 論

棖沖礦區采空區體積較大且礦體及破碎帶含泥量較多，必須采用似膏體高濃度充填，充填漿體濃度為 72%左右時，塌落度為 25 cm左右，料漿流動性較好；選用 325#普通硅酸鹽水泥，充填料漿灰砂比為 1∶4～1∶12，強度為 1～3 MPa左右；管道泵送倍線控制在3～6。

圖2 充填系統平面布置

充填料漿制備流程研究確定如下：全尾砂通過渣漿泵加壓后，進入壓濾機壓濾成 80%～82%濃度的尾砂濾餅，堆放在地表存砂坪；用鏟車將存砂坪濾餅卸入雙軸攪散機，濾餅經破碎后進入存料倉，存料倉通過定量給料皮帶秤輸出尾砂至刮板輸送機；尾砂通過皮帶輸送機進入雙軸強力攪拌機(同時按一定比例添加水泥和水)、強力活化攪拌機；最后利用充填工業泵將調好的料漿通過充填管路輸送到采空區。

參考文獻：

[1]杜 坤, 李夕兵, 劉科偉, 等. 采空區危險性評價的綜合方法及工程應用[J]. 中南大學學報(自然科學版), 2011(09): 2802-2811.

[2]張文如. 南京棲霞山鉛鋅礦老采空區綜合治理技術研究與運用[J]. 采礦技術, 2008,8(04): 73-74.

[3]杜 坤, 李地元, 金解放. 充填體與巖體能量和強度匹配的分析及應用[J]. 中國安全科學學報, 2011(12): 82-87.

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

[5]王洪江, 吳愛祥, 陳 進, 等. 全尾砂-水淬渣膏狀物料可泵性指標優化[J]. 采礦技術, 2007，7(03): 15-17.

[6]杜 坤, 李夕兵, 殷志強. A new manufacture method of backfill samples in lab-- Illustrated with a case study[J]. 中南大學學報：英文版, 2013, 20(4): 1022-1028.

[7]宋衛東，等.程潮鐵礦金尾砂膠結性能實驗研究[J].礦業研究與開發，2012，32(1)：8-11.