高濃度全尾砂充填在上向水平分層膠結充填采礦法中的應用

（福建省政和縣源鑫礦業有限公司，福建 南平 353000）

通過試驗研究，根據礦山生產需要，逐步停用原分級尾砂充填系統，直接進行全尾砂充填。從根本上解決井下采空區安全隱患[1]。更為重要的是，通過充填空區，可以最大程度地回收寶貴的礦柱資源，提高資源回收率，經濟效益、社會效益和環境效益顯著。

鑒于全尾砂高濃度充填料漿脫水量低、充填料泵送輸送不易堵管、水泥耗量低，同時可以提高充填體質量，降低礦石損失率和貧化率，而深錐濃密機可提高全尾砂穩定放砂濃度、降低溢流水含固量，因此，經反復研究，采用現有深錐濃密機全尾砂高濃度充填系統開展全尾砂膏體充填工業試驗。

1 尾砂粒徑組成分析

福建源鑫礦業全尾砂、濃密后溢流尾砂，尾砂粒級分布由水篩篩分法分析。水篩篩分法由100目、200目、325目、400目篩網組成[2]。試驗前將待測全尾砂在鼓風干燥箱中干燥至恒重，稱取適量全尾砂，采用水洗的方法對全尾砂過100目～400目篩，每一級篩網必須水洗至清澈為止，最后將所有分級后的尾砂收集分類、干燥，計算各粒徑尾砂含量。

表1 全尾砂粒徑分布

表2 溢流尾砂粒徑分布

由測得數據表明，全尾砂+100目含量僅占9.3%，-400目以下占比45.95%，總體上較細；濃密溢流尾砂-400占比95.7%，+200目以上僅為0.35%。

2 全尾砂絮凝沉降試驗

2.1 全尾砂最佳稀釋濃度試驗

固體通量是指單位時間內垂直通過單位面積所傳遞的某種固體物理量，是反映礦漿濃密特性的主要參數。通過研究固體通量與砂漿稀釋濃度的關系，可以為動態濃密試驗確定最佳稀釋礦漿濃度提供依據。

砂漿濃度、沉降速度、固體通量三者之間存在一個最佳范圍，通過對福建源鑫全尾砂基礎性質的研究以及生產現狀的調查，選用艾森陰離子絮凝劑，初選5%、10%、15%、20%的稀釋料漿濃度，按40g/t的絮凝劑添加量進行試驗，試驗結果如表3。

通過5%、10%、15%、20%四種稀釋濃度料漿的沉降情況分別計算沉降過程中的固體通量，得到如圖3所示曲線圖。

從圖1可以看出，固體通量在料漿質量濃度10%～15%之間存在一個最佳值，對固體通量曲線進行擬合得到其擬合曲線公式，求導計算可得最佳值固體通量對應料漿濃度為11.16%。

圖1 固體通量曲線圖

2.2 最佳絮凝劑添加量試驗

試驗的目的是確定艾森陰離子絮凝劑的最佳添加比例。試驗采用配置質量濃度為11.16%的全尾砂漿分別按20g/t、30g/t、38.5g/t、40g/t、50g/t的比例加入絮凝劑，研究其沉降速度、上清液澄清度、底流濃度，以此確定最佳絮凝劑添加量，沉降曲線見圖2。

圖2 不同絮凝劑添加量沉降速率曲線圖(濃度11.16%)

由圖2可知，在最佳礦漿稀釋濃度11.16%的情況下，對比5組不同絮凝劑添加量（20g/t、30g/t、38.5g/t、40g/t、50g/t）的沉降曲線，絮凝劑添加量在40g/t時，料漿的沉降速度、底流濃度都最優，上清液澄清度好，認為最佳絮凝劑添加量為40g/t左右，但試驗表明，絮凝劑添加量為30g/t、38.5g/t、50g/t時料漿的沉降速度、底流濃度也較好，上清液澄清度也較清澈，考慮絮凝劑成本、沉降效果和澄清度等因素，建議絮凝劑最佳添加量為30g/t～40g/t之間。

2.3 最佳石灰添加量試驗

試驗的目的是確定石灰的最佳添加比例。試驗采用配置質量濃度為11.16%的全尾砂漿分別按0kg/t、4kg/t、5kg/t、6kg/t的比例加入石灰，研究其沉降度、上清液澄清度、底流濃度，以此確定最佳石灰添加量，試驗數據見表5，沉降曲線見圖3。

由圖3可知，在最佳礦漿稀釋濃度11.16%的情況下，對比4組不石灰添加量（0kg/t、4kg/t、5kg/t、6kg/t）的沉降曲線，不加石灰（0kg/t）的情況下沉降速度最快，后期石灰添加量0kg/t和6kg/t的底流濃度相同，石灰添加量為4kg/t時料漿沉降效果由于石灰添加量為5kg/t，石灰添加量為0kg/t和6kg/t時料漿的沉降效果要優于石灰添加量為4kg/t和5kg/t的沉降效果，但不添加石灰（0kg/t）時上清液的澄清度較差，并且石灰添加量為6kg/t料漿的絮凝沉降效果較好，且上清液的澄清度較優，建議石灰最佳添加量為6kg/t。

圖3 不同石灰添加量沉降速率曲線圖(濃度11.16%)

2.4 結論

通過福建源鑫礦業全尾砂靜態濃密試驗，推薦的最佳礦漿稀釋濃度為11.16%；絮凝劑使用艾森陰離子絮凝劑，絮凝劑添加量30g/t～40g/t之間，最佳為40g/t；石灰添加量4kg/t～6kg/t，最佳為6kg/t。

建議本次工業試驗先采用稀釋濃度為11.16%、絮凝劑添加量40g/t、石灰添加量6kg/t進行試驗，根據工業試驗過程情況逐漸降低絮凝劑添加量和石灰添加量。

3 充填體強度試驗

3.1 試驗目的與試驗材料

充填體強度試驗的目的是測定不同配比組合膠結材料(325水泥)、尾砂膠結試塊的固結特性、強度指標等，以檢測充填體是否滿足回采強度和相關工藝要求，據此確定適合福建源鑫礦業采礦要求的充填材料最優配比，并為充填系統方案設計提供依據。

經現場調研確定充填試驗材料為：

（1）骨料：福建源鑫礦業全尾砂；

（2）膠結材料：普通325水泥；

（3）水：福建源鑫礦業濃密機溢流水。

3.2 配比試驗方案設計

選擇不同尾砂不同充填配比參數，進行井下充填體試塊制作，測定其養護期為3d、7d的充填體單軸抗壓強度，然后通過綜合分析，得到福建源鑫礦業充填材料的最優配比參數。

（1）全尾砂漿、充填料漿流動度測定，確定合適濃度的充填料漿。

（2）全尾砂、分級尾砂和濃密溢流尾砂充填體強度對比試驗，確定不同濃度、不同配比充填了達到充填采礦要求的礦房礦柱強度指標。

表3 尾砂配比試驗方案

3.3 單軸抗壓強度測試

通過經驗對比得到充填體試塊強度，每個齡期取1個試塊測其單軸抗壓強度。

根據配比試驗結果，分級尾砂充填體試塊強度較高，但泌水離析較嚴重，充填體沉縮量大；溢流尾砂充填體試塊強度低，凝結性差；全尾砂充填體試塊強度較高，不泌水或泌水量很少。

根據不同尾砂充填體特性、礦山充填現狀、采礦作業要求，推薦充填配比如下：

①充填骨料：全尾砂；②膠結材料：普通325水泥；③水：福建源鑫礦業濃密機溢流水；④充填料漿輸送濃度：60%～65%；⑤灰砂比：1：12、1：6。

具體全尾砂膏體充填配比如表6所示。

表4 第一次全尾砂配比試驗結果

表5 第二次配比試驗結果

表6 不同采礦方法推薦配比

4 結語

本次試驗測試了全尾砂、分級尾砂和溢流尾砂的基本性質，開展了全尾砂靜態濃密試驗、不同尾砂充填配比正交試驗，主要結論如下：

（1）由測得數據表明，全尾砂+100目含量僅占9.3%，-400目以下占比45.95%，總體上較細；濃密溢流尾砂-400占比95.7%，+200目以上僅為0.35%。按不同灰砂比（1∶6、1∶10、1∶20）配制的充填料漿在濃度為56%～65%時，流動度和保水性能良好，不產生離析、沉降等不良現象，適合采用結構流的方式進行輸送。

（2）通過福建源鑫礦業全尾砂靜態濃密試驗，推薦的最佳礦漿稀釋濃度為11.16%；絮凝劑使用艾森陰離子絮凝劑，絮凝劑添加量30g/t～40g/t之間，最佳為40g/t；石灰添加量4kg/t～6kg/t，最佳為6kg/t。

（3）通過充填配比試驗得出：①充填骨料采用全尾砂，全尾砂較分級尾砂和濃密溢流尾砂效果好。②膠凝材料選用本礦使用普通水泥，本實驗不做其他膠凝材料試驗研究。③推薦充填料漿輸送濃度60%～65%。