康家灣鉛鋅金銀礦膏體充填技術(shù)研究

安冠峰，郭志凌

（湖南水口山有色金屬集團康家灣礦，湖南 衡陽 421513）

在礦山建設(shè)持續(xù)發(fā)展的背景下，礦山開采規(guī)模也不斷擴大，礦山開采過程中所產(chǎn)生的各類工業(yè)固體廢料，如廢石、尾砂等多直接堆放于地表，尤其尾礦的排放與處理問題已成為金屬礦山開采中亟待解決的問題之一。以下即結(jié)合康家灣鉛鋅金礦深部開采工程實例，圍繞該礦區(qū)膏體充填技術(shù)的應(yīng)用問題進行分析與探討。

1 工程概況

康家灣鉛鋅金礦深部開采工程是水口山有色金屬有限責(zé)任公司下轄礦山，位于水口山礦田北東隅，距常寧市水口山鉛鋅礦以東 2.5km，距公司所在地松柏鎮(zhèn)7km，距衡陽市40km，屬常寧縣管轄。本區(qū)屬溫暖潮濕氣候帶，盛夏炎熱，冬季暖和，霜凍期短，春夏多雨潮濕。全年主導(dǎo)風(fēng)向為北風(fēng)，年平均風(fēng)速為 1.6m/s。

礦區(qū)水文地質(zhì)條件為：礦區(qū)地表水發(fā)育，但與礦床充水無關(guān)；礦區(qū)上部含水組（Ⅰ）含水豐富，與礦體之間地層為相對隔水層和隔水層， 與礦床充水無關(guān)；礦區(qū)侏羅系微弱裂隙含水帶（Ⅲ）含水微弱，間接對礦床充水；礦區(qū)下部含水層（Ⅱ）含巖溶裂隙水，富水性強，礦、水交融，是礦床主要充水因素。同時根據(jù)前期勘探資料顯示，本工程基礎(chǔ)地質(zhì)條件為：礦體直接頂?shù)装鍑鷰r絕大部分是層間硅化破碎角礫巖和含燧石灰?guī)r或白云巖，穩(wěn)固性較好；個別地段礦體頂板圍巖，結(jié)構(gòu)較松散，強度低，易風(fēng)化崩落，穩(wěn)固性差，但這些巖層一般是作為礦體的間接頂板，對礦床開采無直接影響。礦床工程地質(zhì)條件屬于中等偏簡單類型。

康家灣鉛鋅金礦自上世紀八十年代開采至今， 已累計開采鉛鋅礦石量860×104t，目前， 礦山仍保持著 40×104t/a的規(guī)模生產(chǎn)水平。為充分發(fā)揮康家灣鉛鋅金礦的資源優(yōu)勢，解決現(xiàn)有開拓系統(tǒng)存在的不足，滿足集團公司發(fā)展的需要，水口山有色金屬有限責(zé)任公司決定加快開展礦區(qū)深部開采工程的開發(fā)建設(shè)，并圍繞礦區(qū)膏體充填問題展開深入分析。

2 充填技術(shù)及其應(yīng)用

康家灣鉛鋅金礦深部開采工程是目前已建有一個充填站，充填站內(nèi)有 2 座立式砂倉和 1 座水泥倉，立式砂倉每座有效容積為 750m3，水泥倉的有效容積為 110m3。目前可以進行全尾砂膠結(jié)充填，年充填能力可達 14.4×104m3以上。充填系統(tǒng)當前工作制度為年工作 330 天，每天工作 2 班，每班 8 小時。根據(jù)康家灣鉛鋅金礦實際情況，在井下開采中采用充填法采礦。

2.1 充填材料

為最大限度減少康家灣鉛鋅金礦深部開采工程中地表尾礦排放量，并對選礦廢水外排情況進行嚴格控制，在滿足井下礦產(chǎn)資源開采要求的同時，降低生產(chǎn)成本，控制重金屬污染源擴散問題，本工程所確定的充填工藝流程為：尾礦→濃縮→膏體尾礦→濃縮→溢流→回用。

2.2 充填參數(shù)

（1）充填采空區(qū)體積：對于康家灣鉛鋅金礦深部開采工程而言，正常生產(chǎn)過程中，有45×104t/a 的礦石產(chǎn)量所產(chǎn)生的采空區(qū)需要進行充填，則正常生產(chǎn)年平均需要充填采空區(qū)體積可以通過如下方式進行計算（見式1）：

該式中，定義年平均充填采空區(qū)體積為Vn（單位：m3/a），年回采礦石量為Vk（ 單位：t/a），充采比為Z（本工程中取恒定值1.0），礦石體重為Yk（本工程中礦石體重為3.01t/m3）。經(jīng)計算，正常生產(chǎn)年平均需要充填采空區(qū)體積為14950.166m3/a。

由此還可按照本工程充填開采中330天的工作進度安排，對日平均充填采空區(qū)體積進行計算，計算結(jié)果為453.04m3/d。

（2）充填料漿。根據(jù)本工程中所選擇全尾砂膠結(jié)充填方法對充填工藝的要求，采用充填料漿濃度為 60%，充填料灰砂比分別為 1：5 及 1：10 兩種形式時，康家灣鉛鋅金礦的充填料參數(shù)以及充填材料消耗分別如下表（見表1）所示。結(jié)合表1以及表2中有關(guān)數(shù)據(jù)：當日均充填料漿用量為453.04m3時，尾砂加權(quán)日耗 342.95t，水泥加權(quán)日耗37.6t，水加權(quán)日耗 280.88t。

表1 本工程充填材料基本參數(shù)示意表

（3）尾砂用量平衡。在康家灣鉛鋅金礦工程開采服務(wù)期限內(nèi)，達產(chǎn)年年平均全尾砂產(chǎn)率為 77%，日產(chǎn)尾砂量 1047.2t（干量），尾砂日平均用量為342.95t，多余的尾砂704.25t 則排放到尾砂庫。礦山現(xiàn)充填方式為全尾砂膠結(jié)充填， 礦山現(xiàn)有的充填系統(tǒng)的實際能力可達 14.4×104m3以上。

3 充填料流體類型

從流變學(xué)角度出發(fā)，水利輸送包括非牛頓流體均質(zhì)流以及牛頓流體非均質(zhì)流兩類。常見的非牛頓流的均質(zhì)流有與時間因素?zé)o關(guān)的賓漢流、偽塑性流和屈服偽塑性流以及與時間有關(guān)的能變流等。對于我國而言，多數(shù)礦山膠結(jié)充填材料以非均質(zhì)流為主。尾砂充填時，尾砂體重為 2.7g/cm3，重量濃度小于 67%～69%（視粒度級配）為非均質(zhì)流。

對于康家灣鉛鋅金礦工程而言，采用膏體井下輸送充填，且礦井采用斜井開拓，礦體傾角小，倍線不滿足自留輸送要求，采用充填工業(yè)泵井下輸送。

4 結(jié)語

本文上述分析中重點論述了全尾砂膠結(jié)充填工藝在康家灣鉛鋅金礦深部開采工程中的應(yīng)用。經(jīng)上述分析認為，全尾砂膠結(jié)充填工藝直接采用選廠尾砂漿，經(jīng)濃密機和砂倉沉降脫水，將全尾砂與一定比例的水泥和水通過雙軸葉片式攪拌機和高速活化攪拌機合成均質(zhì)的膠結(jié)充填料，利用管道將充填料充入采場，以達到充填開采的目的。界于全尾砂膠結(jié)充填工藝的諸多優(yōu)勢，驗證其在本金屬礦山深部區(qū)域開采中的確切應(yīng)用價值，值得引起重視。

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