全尾砂結構流膠結充填在礦山開采中的應用分析

韋軍

摘 要：根據國內外地下礦山開采發展的要求和趨勢，本文從實踐角度出發，分析了全尾砂結構流膠結充填存在的問題和應用優勢，其目的是為相關建設者提供實踐經驗和一些理論依據。

關鍵詞：趨勢；全尾砂結構流；充填；礦山開采；問題；效益；推廣使用

中圖分類號：TD853 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）20-0203-02

1 國內外概況及發展趨勢

地下開采礦山采用充填采礦法可有效保護礦區地表、能適用各種不同的礦體賦存條件以充分回收礦石資源、能將大量的固體廢料（尾砂和廢石等）充填于井下從而減少堆放占地，能大幅度降低礦石損失貧化指標從而提高礦床開采整體經濟效益，是國內外大力發展及推行的采礦方法。

隨著中國國民經濟的持續快速發展，其礦產資源開采總量已穩居世界之首，從而也使由礦業開發而帶來的一系列問題日益突出。為了實現既開發礦業又使環境得到保護的戰略目標，國家和各級政府均大力推進充填采礦法，國內一些省份對新建地下金屬礦山甚至強制推行充填采礦法，如安徽、山東等。

毫無疑問，對于金屬礦山而言，全尾砂是首選的充填材料。實施全尾砂充填可為金屬礦山最主要的廢棄物實現最有效、最可靠且最大化的利用途徑。由于不對尾砂進行分級且溢流不帶走細顆粒，即實現真正的全尾砂充填可保證尾礦庫的安全運行。對高品位金屬礦山，當尾砂產率與井下空區體積相匹配時，還可取消尾礦庫而實現尾廢零排放。

當采用全尾砂作為充填料時，充填料漿濃度是決定充填質量的核心因素，如充填料漿濃度過低，細粒級尾砂及水泥或浮于表面，凝固硬化慢，或隨脫水流失，既污染井下作業環境，同時增加作業成本，降低充填質量。所以為了確保充填質量，國內外大力研究開發膏體泵送充填及結構流體自流輸送膠結充填技術。膏體泵送充填是將全尾砂或全尾砂+其它粗集料如破碎廢石、冶煉渣、天然砂、人造砂等制備成濃度76%甚至80%以上的膏體充填料，其坍落度一般為22～25cm，然后通過液壓雙杠活塞泵加壓輸送至采空區進行充填。由于膏體充填料濃度高，充填料漿充入采場后不離析、不脫水，在同等水泥用量的條件下，充填體強度更高，或在同等充填體強度要求下，可較大幅度地減少水泥用量，從而降低充填成本。

全尾砂結構流體自流輸送膠結充填則是將全尾砂或全尾砂混合料制備成濃度70%以上（取決于物料組成）、坍落度25～27cm的充填料漿，然后通過充填鉆孔及井下管網自流輸送至井下進行充填。相對于膏體泵送充填而言，充填料漿濃度略為降低，而其輸送阻力卻大大降低，但充填料漿在管道及采場中可呈結構流性態，同樣具有不脫水、不離析、不分層的特點，且在采場中流平性好，更有利于進路型采場的充填接頂[1]。

膏體泵送充填一般工藝流程較復雜，充填系統投資較大，充填能力受膏體輸送泵輸送能力制約，而全尾砂結構流體自流輸送充填相對投資較小，在充填倍線3～5、充填管線布置參數合理的條件下，常規流量充填系統單套制備輸送能力可達60～80m3/h，而大流量充填系統單套制備輸送能力可達180～200m3/h。但若充填倍線超過6以上時，則需進一步降低充填料漿濃度1～2%。因此，全尾砂結構流膠結充填作業，應在明確礦產資源開發建設情況的基礎上，對充填的質量效果進行控制，以提升所處行業的快速穩定發展[2]。

2 充填系統工藝流程

①選廠全尾砂應通過輸送泵輸送至高效深錐濃密機中，以完成濃密脫水。此過程，為加快全尾砂的沉降，可通過添加聚丙烯酰胺（PAN）絮凝劑，以使溢流能夠以直接狀態回選廠循環使用[3]。②當脫水達到設計要求濃度后，工藝控制人員應通過高效深錐濃密機底流自流至砂池中存儲。此過程，砂池的一端應設置階梯型排水球閥以排出全尾砂進一步沉降后多余的水。當將壓氣造漿噴嘴安裝至砂池底部后，就可進行造漿處理，并由空壓機提供壓氣。③在進行充填作業時，應利用壓氣使砂池中全尾砂整體造漿保持均勻狀態，而后，在經由放砂管將造漿放置于雙軸攪拌機中。如此，水泥就能通過雙管螺旋給料機與電子秤給料的計量工作，添加到雙軸攪拌機內。這里的調濃水，應通過相應的計量，才能為雙軸攪拌機提供供給。④利用雙軸攪拌機對尾砂漿、水泥及調濃水進行初步攪拌，攪拌完成后，就可進入高速活化攪拌機內部，以進行高速攪拌。如此，制備完成的結構流性態充填料漿，就可通過充填管道輸送到礦山開采的指定位置進行使用[4]。

3 實際應用中存在的問題

在礦山井下開采過程中，實現全尾砂結構流體膠結充填后主要存在的問題：

（1）密閉墻的施工。充填作業人員可利用混凝土進行密閉處理，但混凝土的凝固保養時間較長，對開采循環較快的礦山不利，而且此密閉處理方法運用造價成本較高。開采建設人員還可以使用鋼材結構和彩條布等結合進行密閉，但此方法的運用容易造成充填漏漿，從而污染巷道。因此，施工人員必須保證施工質量，減少漏漿現象的發生。不過此方法所用的鋼材可以循環利用，施工便捷，造價成本比較低。為此，地下礦產資源的開采過程需結合施工建造的實際情況進行密閉墻的施工控制，以解決全尾砂結構流體膠結充填作業過程的不合理問題。

（2）充填體存在層狀結構。由于充填體作業的造漿池容量十分有限，無法為采空區的一次性充滿提供條件，需要多次充填才能完成操作，因此，開采充填作業人員必須在每次充填完成后對管道進行沖洗，以避免充填管道運行出現堵塞問題，而沖洗管道的沖洗水進入充填空區后會造成每次頂部充填體的濃度降低，進而使其無法形成一個整體結構，出現層狀現象。值得注意的是，如果每次充填量較少，充填空區面積較大，層狀的高度較低，在后續充填體下的回采過程中，必須要充分考慮充填體的安全狀況，確保安全開采。

4 安全環保效益

（1）充填質量好。全尾砂結構流態的運用不僅能夠提高上向水平分層充填采礦法的作業效率，還能大幅度降低礦石的損失貧化問題。這是因為，當全尾砂結構流體充填料漿充入采場空區后，不會發生脫水與離析的問題，將為結構作用起到整體性佳、強度高的效果。如此，充填作業完成后，就可更加有效的控制采場的地壓影響，進而為回采作業提供良好的環境條件。此外，全尾砂結構流膠結充填在礦山開采中的運用，還能提升礦石的回收率，在很大程度上提升礦山資源的開采效益。

（2）充填成本低。由于全尾砂結構流體充填料漿能夠實現低速滿管流的輸送目標，因此，充填安全環保控制人員應采用含有-20μm極細顆粒的全尾砂，以降低充填料漿對管道使用造成的磨損程度，進而降低充填管道更換的造價成本。與此同時，由于全尾砂結構流膠結充填使用的料漿具有不脫水、強度高以及充填體整體性佳的特點，因此，能夠大幅降低礦井清除淤泥與排水作業的造價成本。

（3）自動化程度高。可通過充填配比與充填計量自動控制，在全尾砂結構流體充填作業過程中實現自動化目標，從而降低人工成本。如此，不僅施工作業人員的勞動強度得到了控制，還提升了礦山開采的安全環保效益。

（4）安全環保壓力小，全尾砂結構流膠結充填可以很好的利用尾砂，即通過減少尾砂排放量，來降低對生態環境造成的污染影響。此外，在尾砂產率與井下空區體積相匹配時，可實現尾砂的零污染排放，以使尾礦庫能夠以安全可靠的運行狀態減少安全環保管理工作量，進而提升礦山資源開采的安全環保效益。

5 結束語

綜上所述，在礦產資源開發利用中，全尾砂結構流膠結充填是地下礦山開采發展所趨，它可以很好地控制采場地壓，擁有充填質量好，充填成本低，自動化程度高、安全環保管理壓力小的優點，在以后各類礦產資源的開發建設中，建設者可以根據礦山的特點，可以推廣使用全尾砂結構流膠結充填。此外，還應通過控制充填質量、充填成本、自動化程度以及安全環保壓力，來提升礦產開采充填作業的質量，進而使全尾砂結構流態膠結充填的作用效果充分發揮出來。

參考文獻

[1]王新民，趙建文，張德明.全尾砂絮凝沉降速度優化預測模型[J].中國有色金屬學報，2015，25（03）：793～798.

[2]付建新，杜翠鳳，宋衛東.全尾砂膠結充填體的強度敏感性及破壞機制[J].北京科技大學學報，2014，36（09）：1149～1157.

[3]楊志強，高 謙，王永前.金川全尾砂-棒磨砂混合充填料膠砂強度與料漿流變特性研究[J].巖石力學與工程學報，2014，33（S2）：3985～3991.

[4]董 璐，高 謙，南世卿.超細全尾砂新型膠結充填料水化機理與性能[J].中南大學學報（自然科學版），2013，44（04）：1571～1577.

收稿日期：2018-6-13

作者簡介：韋 軍（1983-），男，采礦工程師，大學本科，主要從事采礦技術研究及工程管理工作。