大梁礦業(yè)膏體充填料漿可泵性與充填堵管因素研究

李艷剛,祁連忠

(四川會(huì)東大梁礦業(yè)有限公司, 四川 會(huì)東縣 615200)

大梁礦業(yè)膏體充填料漿可泵性與充填堵管因素研究

李艷剛,祁連忠

(四川會(huì)東大梁礦業(yè)有限公司, 四川 會(huì)東縣 615200)

大梁礦業(yè)采用膏體充填，在生產(chǎn)過(guò)程中常常發(fā)生堵管事故，因此，為了分析堵管原因，測(cè)定了正常充填和堵管時(shí)的充填料的粒級(jí)組成，并通過(guò)在堵管骨料中添加細(xì)顆粒物料的方式，順利實(shí)現(xiàn)了堵管骨料的充填。結(jié)果表明，在膏體泵送充填中，骨料粒級(jí)組成對(duì)料漿的可泵性起著關(guān)鍵性作用，尤其是細(xì)顆粒物料所占百分比決定著料漿的順利充填。

膏體充填；可泵性；充填料漿；堵管

0 引 言

四川會(huì)東大梁礦業(yè)有限公司前身為會(huì)東鉛鋅礦，2010年由西部礦業(yè)集團(tuán)控股并改制。由于改制前的無(wú)序開采，導(dǎo)致礦井地表及臨近山體產(chǎn)生的地質(zhì)災(zāi)害，已嚴(yán)重影響了礦山安全生產(chǎn)。為保證礦山持續(xù)安全生產(chǎn)，避免地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，減小礦山生產(chǎn)對(duì)自然生態(tài)的影響，必須對(duì)已開采的礦區(qū)地質(zhì)進(jìn)行維護(hù)。通過(guò)對(duì)會(huì)東鉛鋅礦開采條件進(jìn)行深入研究后，礦山設(shè)計(jì)采用上向進(jìn)路膠結(jié)充填法對(duì)東部采區(qū)進(jìn)行回采，利用礦山前期露天采礦排土場(chǎng)矸石料作為骨料，水泥等作為膠結(jié)料制備成膏體進(jìn)行泵送充填[1-5]。

1 充填工藝簡(jiǎn)介

大梁礦業(yè)膏體泵送充填采用水泥、碎石、水作為充填原材料。水泥用散裝水泥罐車通過(guò)公路運(yùn)輸?shù)匠涮钫?；碎石由南?cè)排土場(chǎng)就地取材，通過(guò)破碎系統(tǒng)加工成符合充填要求的骨料；水為井下涌水。3種材料按一定比例混合攪拌成膏體，通過(guò)充填工業(yè)泵加壓，經(jīng)管路長(zhǎng)距離輸送至充填采場(chǎng)空區(qū)。充填工藝主要分為以下幾部分[2-3]：

(1) 原料供給系統(tǒng)。原料供給系統(tǒng)由原料堆場(chǎng)、裝載機(jī)、上料斗、振動(dòng)給料機(jī)、帶式輸送機(jī)、上料車間組成。通過(guò)裝載機(jī)將原料裝入上料斗，通過(guò)上料斗進(jìn)入振動(dòng)給料機(jī)，振動(dòng)給料機(jī)再將原料均勻地卸入帶式輸送機(jī)上，供給骨料制備系統(tǒng)。

(2) 骨料制備系統(tǒng)。骨料制備系統(tǒng)由對(duì)輥式碎機(jī)、圓振動(dòng)篩、除鐵器、帶式輸送機(jī)、破碎車間組成。該系統(tǒng)主要是將大粒度碎石破碎成小粒度碎石，由圓振動(dòng)篩將粒度<15 mm的碎石篩分出來(lái)成為成品骨料。骨料制備系統(tǒng)生產(chǎn)能力為70 t/h，進(jìn)料粒度≤300 mm，成品骨料粒度<15 mm，其中粒度<5 mm的碎石占40%左右。

(3) 混合攪拌系統(tǒng)?；旌蠑嚢柘到y(tǒng)由兩套獨(dú)立運(yùn)行計(jì)量、攪拌機(jī)組成，包括骨料倉(cāng)、骨料計(jì)量斗、斜帶式輸送機(jī)、骨料待料斗、粉料罐、螺旋輸送機(jī)、粉料計(jì)量斗、粉料待料斗、水箱、水泵、水計(jì)量斗、水待料斗、雙軸臥式攪拌機(jī)、膏體緩沖斗組成。混合攪拌系統(tǒng)采用靜態(tài)計(jì)量、周期性攪拌，這種方式具有較高的配比精度，保證膏體泵送時(shí)不易發(fā)生離析、堵管現(xiàn)象。

礦山充填系統(tǒng)在建成后的試運(yùn)行階段，由于所取用矸石級(jí)配變化大、作業(yè)人員操作熟練度不足等原因，在充填作業(yè)中曾發(fā)生過(guò)不同程度的堵管事故。在總結(jié)堵管事故的經(jīng)驗(yàn)過(guò)程中，基于充填材料物理性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，對(duì)充填料漿的可泵性與堵管因素進(jìn)行了分析。

2 充填骨料物理性質(zhì)的測(cè)定

充填材料的物理性質(zhì)對(duì)兩相流結(jié)構(gòu)和水力學(xué)性能以及對(duì)充填體的力學(xué)性質(zhì)有很大影響，所以在研究水力輸送理論和充填料漿之前，應(yīng)當(dāng)先研究材料的物理性質(zhì)。針對(duì)大梁礦業(yè)充填矸石料進(jìn)行了以下物理性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。

(1) 充填矸石料比重、松散容重、孔隙率的測(cè)定。實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果見表1。

(2)充填骨料粒級(jí)組成測(cè)定。在實(shí)驗(yàn)室采用人工篩析的方法測(cè)定碎石粒級(jí)組成，測(cè)定結(jié)果見表2。

(3) 充填料漿坍落度、擴(kuò)散度測(cè)定。充填所用全粒級(jí)碎石骨料在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行多組坍落度測(cè)試，結(jié)果見表3。

表1 全粒級(jí)碎石比重、容重、孔隙率

表2 全粒級(jí)碎石粒徑分布

表3 充填料漿坍落度、擴(kuò)散度測(cè)試結(jié)果

由表3可知，配比相同的情況下，重量濃度越高的料漿塌落度越低、擴(kuò)散度越?。毁|(zhì)量濃度86%的料漿塌落度平均值為23 cm，質(zhì)量濃度為87%的料漿塌落度平均值為20.3 cm。

(4) 不同配比、濃度充填體試塊抗壓強(qiáng)度測(cè)試。在料漿滿足可泵性的前提下，形成的充填體還必須滿足強(qiáng)度要求，礦山所采用的上向進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法要求充填體7 d強(qiáng)度達(dá)1.5 MPa以上，測(cè)試結(jié)果見表4。

從表4可以看出，灰砂比1∶7以上比例的充填體試塊都能滿足采礦方法對(duì)充填體強(qiáng)度的要求[6-9]。

3 充填料漿可泵性與充填堵管因素分析

可泵性是反映膏體在泵送過(guò)程中流動(dòng)性、可塑性和穩(wěn)定性的一個(gè)綜合指標(biāo)。流動(dòng)性取決于濃度和粒級(jí)組成；可塑性是克服屈服應(yīng)力后，產(chǎn)生非可逆變化的一種性能；穩(wěn)定性是抗沉淀、抗離析的能力。

對(duì)正常充填和發(fā)生堵管的充填料進(jìn)行分析，兩組狀態(tài)的料漿顆粒粒徑差別較大，經(jīng)測(cè)試其結(jié)果見表5。

表4 充填體試塊抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

表5 正常充填與發(fā)生堵管骨料粒徑分布情況對(duì)比

從表5可以看出，兩組充填料級(jí)配上的差異主要在于9.5～16 mm、4.75～9.5 mm以及小于0.08 mm三個(gè)粒徑范圍的顆粒百分比含量。從粒徑級(jí)配的角度，可將形成膏體的骨料以0.25 mm為界分成大于0.25 mm的粗骨料和小于0.25 mm的細(xì)粒級(jí)混合料，-20 μm為極細(xì)粒級(jí)?；旌狭系牧＜?jí)組成對(duì)膏體的力學(xué)性能及輸送起著決定性的作用。細(xì)粒級(jí)與水形成混合料漿黏附在粗顆粒惰性材料的表面，并充填孔隙，特別是-20 μm細(xì)粒含量起著穩(wěn)定膏體的決定作用，國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)研究經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，其含量必須大于15%[10]。

生產(chǎn)過(guò)程正常的充填作業(yè)中，所取用矸石料含泥量大于15%，配制水泥∶矸石=1∶6的充填料漿進(jìn)行泵送，泵送能力為60 m3/h，充填工業(yè)泵的泵送壓力在0～3 MPa范圍內(nèi)，料漿泵送非常流暢。

在取用含泥量小于15%石骨料的充填中，同樣配制水泥∶矸石=1∶6的充填料漿進(jìn)行泵送，泵送能力60 m3/h，充填工業(yè)泵的泵送壓力最高可達(dá)13.33 MPa，接近充填泵的極限壓力，造成充填工業(yè)泵S擺管無(wú)法擺動(dòng)，料漿在充填管道內(nèi)凝固進(jìn)而造成堵管事故。

事故發(fā)生后，在發(fā)生堵管的矸石料中摻入細(xì)粉料，細(xì)粉料采用雷蒙磨將碎石研磨成細(xì)度-200目(0.74 mm)的石粉，測(cè)出碎石料中的含泥量，再按碎石料中含泥量與摻入的石粉質(zhì)量之和占混合料的質(zhì)量百分比為15%進(jìn)行混合，使用混合料配制水泥∶混合料=1∶6的料漿進(jìn)行泵送，泵送能力60 m3/h，充填工業(yè)泵泵送壓力表現(xiàn)正常，一個(gè)沖程內(nèi)泵送壓力在0～3MPa范圍內(nèi)，料漿可流暢泵送。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)礦山生產(chǎn)過(guò)程中堵管事故的分析，測(cè)定了正常充填和堵管時(shí)的充填料的粒級(jí)組成，并通過(guò)在堵管骨料中添加細(xì)顆粒物料的方式，順利實(shí)現(xiàn)了堵管骨料的充填。結(jié)果表明，在膏體泵送充填中，骨料粒級(jí)組成對(duì)料漿的可泵性起著關(guān)鍵性作用，尤其細(xì)顆粒物料所占百分比決定著料漿能否順利充填。

在后續(xù)的生產(chǎn)過(guò)程中，礦山以控制<0.08 mm的細(xì)顆粒百分含量(含泥量)占碎石骨料總量15%以上作為依據(jù)進(jìn)行備料，實(shí)時(shí)對(duì)成品矸石料進(jìn)行篩析檢測(cè)，對(duì)含泥量不足15%的成品矸石料進(jìn)行石粉摻加，有效的預(yù)防充填堵管事故的再次發(fā)生。

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2017-02-23)

李艷剛(1990-)，男，云南彌勒縣人，助理工程師，主要從事采礦工程方面的工作，Email：757924600@qq.com。