全尾砂膠結充填技術在悅洋銀多金屬礦的應用

吳連貴，李興尚，戴水平

(1.福州大學 紫金礦業學院，福州 350108；2.武平紫金礦業有限公司，福建 龍巖 364300)

采礦工業是中國現代工業的基礎，是國民經濟迅速發展的保證。隨著國家對礦產資源需求量的不斷增加，礦山開采規模迅速擴大[1-3]，尾砂排放量和采空區面積也迅速增長。據2009年國家統計數據，我國現有尾礦庫一萬多座，福建省共有尾礦庫247座，其中險庫3座，病庫35座，分布于礦區溝壑山谷之中，全省100多個村莊附近[4]，具有數量眾多、分布廣、占地面積大等特點。尾礦庫是礦山選礦生產的重要設施，是礦山生產過程中潛在的危險源[5]。一旦發生事故，勢必造成下游人民生命財產損失，破壞當地生態環境。為此，全尾砂膠結充填技術無疑是一種很好的尾礦庫隱患解決方式[6]。全尾砂膠結充填技術是用選礦廠沒有進行分級脫泥的全粒級尾砂作為充填骨料，將其與膠結材料、水混合攪拌均勻后制成一定比例的充填料漿，隨之通過充填管道充入井下采空區的一種充填方式[7]。這種充填工藝一方面減少了礦山尾砂排放量，減少了尾礦庫的工業占地，節省尾礦庫費用；另一方面充填料漿充填井下采空區，有效控制采場地壓，保證礦山安全生產，提高了礦山經濟效益。本文以悅洋銀多金屬礦高濃度全自流銀銅全尾砂膠結充填工藝為例，介紹了全尾砂膠結充填工藝流程。

1 礦山基本概況

武平紫金悅洋銀多金屬礦位于福建省西南部山區的武平縣境內，礦區主要礦體呈大透鏡狀、似層狀，礦體傾角15°～20°，平均厚度9.6 m，屬于緩傾斜中厚礦體。礦區地處華南加里東褶皺系東部、閩西南晚古生代拗陷區明溪—武平拗陷南部。基底構造為一北西走向的向斜構造，由震旦系地層組成。礦區容礦巖石主要是中細粒花崗巖，少部分礦體產于中粗粒黑云母二長花崗巖及變質砂巖中，礦床屬水文地質條件簡單的礦床。主要礦體賦存標高+20～-200 m，埋藏較深。采用主副井加斜坡道的地下開拓方式，以15 m劃分一個中段，其中-100 m和-160 m兩個中段是主要開采中段。主要采礦方法為淺孔留礦法。

2 開采現狀

悅洋銀多金屬礦在最初的幾年開采過程，遺留下大量不規則的采空區。該礦自生產至技術改造前空區累計達47萬m3，現在每月還將新增空區7 800 m3。由于該礦屬于多層緩傾斜中厚礦體重疊產出，采空區多而亂，后續開采難度很大。同時，遺留的大量采空區嚴重影響采礦方法的規范，使大部分采場無法進行完整的采準切割工程，造成采場高度受限，礦石損失率大。大量采空區的存在，造成地下采場地壓活動劇烈，近幾年還發生了地表沉降塌陷事故，影響較大。為此，對該礦實施全尾砂膠結充填技術已刻不容緩。

3 充填系統工藝流程

3.1 充填系統概況

充填站布置于現有銀礦選礦廠西側，66線附近。充填站占地面積1 125 m2，站內布置兩個立式砂倉、一個水泥倉、兩臺空壓機、一套攪拌設備及相配套的配電儀表室等。充填站自地表+280.2 m水平至-60 m水平布置施工兩個間距3 m的充填鉆孔，鉆孔直徑為Φ168 mm，內套鋼管，兩者之間的環狀空隙用水泥漿填塞。充填料漿經充填鉆孔自流至-60 m水平后，通過各中段充填管道輸送至充填采場。到達-60 m中段的充填料漿一部分通過6#天井充填管道延伸至-85 m中段、-100 m中段、-115 m中段和-130 m中段，另一部分通過-60 m中段與-100 m中段相連的斜井充填管輸送至-100 m中段(如圖1)。井下各中段主要運輸巷道采用Φ133 mm×8 mm鋼管作為輸送管，當進入需經常移動或更換的采區巷道等地點則采用內徑為Φ110 mm的鋼編高強復合管，進入采場后則改為普通塑料管。

圖1 充填系統縱投影圖Fig.1 Vertical projection of filling system

充填系統運行參數見表1所示。充填體強度滿足采礦作業要求。

表1 充填系統運行參數Table 1 Operating parameters of filling system

全尾砂膠結充填系統(見圖2)主要由全尾砂儲存供料線、調濃水供給線、水泥儲存供料線、充填料漿制備與輸送系統和自動控制系統等部分組成。

圖2 充填系統工藝流程圖Fig.2 Process flow diagram of filling system

3.2 全尾砂儲存供料線

選礦廠全尾礦漿通過濃密機濃密后通過輸砂管輸送至充填站的立式全尾砂倉中。充填系統站內設置兩個錐底角度30°，直徑Φ10 m，直筒體高度10 m的立式尾砂倉，單個砂倉有效容積850 m3。工作時只使用一個砂倉，另一個砂倉備用，兩個砂倉交替使用，以達到發揮充填系統連續生產能力的目的。當立式尾砂倉加滿后，尾砂即可隨其自然沉降達到最大沉降度。同時在尾砂管出料口設置進砂緩沖裝置，以加快砂倉中全尾砂沉降。產生的溢流水及澄清水通過自流輸送至尾礦庫中，其中含有一定細粒級尾砂的溢流水經尾礦庫澄清后，通過回水泵排送至選礦廠重復使用。在澄清水排完后，打開壓氣造漿噴嘴以對砂倉中全尾砂進行壓氣造漿。造漿完成后打開放砂閥，均勻砂漿通過放砂管向下方攪拌機供給全尾砂漿。

3.3 水泥儲存給料線

選用普通硅酸鹽水泥(P.C42.5級硅酸鹽水泥)作為膠結劑。散裝水泥罐車運輸散裝水泥至充填站后，通過站外吹灰管吹卸入水泥倉中。水泥倉直徑Φ5.0 m，直筒體高10 m，有效容積200 m3，可儲存水泥260 t，可以滿足充填系統連續運行的要求。工作時打開水泥倉底部的螺旋閘門，啟動雙管螺旋給料機，便可向攪拌機定量供給水泥。由螺旋電子秤檢測水泥給料量，經雙管螺旋電機通過改變螺旋轉速控制水泥給料量，以達到不同灰砂比及生產能力的要求。

3.4 充填料漿制備與輸送系統

將壓氣造漿后制成的全尾砂漿、水泥倉中的P.C42.5級硅酸鹽水泥及適量調濃水經雙軸攪拌機+高速攪拌機兩段連續攪拌均勻后制備成充填所需一定灰砂比的充填料漿，而后通過測量管上安裝的電磁流量計等裝置檢測和控制充填料漿流量和濃度，最終進入充填料下料斗，并通過地表充填鉆孔自流至-60 m水平，再通過各中段充填管道輸送至采空區進行充填。

3.5 充填倍線

充填倍線(見圖3)可以反映充填系統的充填能力，也可以表示充填系統料漿輸送的綜合阻力。在充填料漿自流輸送過程中，如果充填倍線過大，產生的沿程阻力將大于其勢能轉化，導致料漿在輸送過程中流速過低，最終可能造成充填管堵塞等事故。在尾砂膠結充填時，管道自流輸送充填倍線一般不大于5～6，如果充填倍線過大，則需降低充填料漿濃度，或采用增壓泵加壓輸送方式輸送。充填倍線可用下面公式計算。

N=L/(H+H′)

(1)

式中，N—充填倍線；H—充填系統中料漿入口與出口處的垂直高度，m；L—包括彎頭、接頭等管件的換算長度在內的充填系統管道總長度，L=L1+L2+L3+L4+Li，m；H'—增壓泵的工作壓頭，m。

圖3 充填倍線示意圖Fig.3 Sketch diagram of filling times line

悅洋銀多金屬礦礦體南北走向長達幾千米，因此充填倍線隨不同開采部位而變化較大，前期開采范圍內-60 m及-100 m中段最大充填倍線管道布置參數如表2所示。

表2 管道布置參數Table 2 Layout parameters of pipeline

將相關數據帶入公式可得：-60 m中段充填倍線為2.97，-100 m中段充填倍線為3.07，N<6，說明充填料漿可以采用自流輸送。

4 結論

1)悅洋銀多金屬礦采用全尾砂膠結充填后，礦山年需充填空區量約24.5萬 m3，可消耗尾砂約28.4萬 t，占年產尾砂總量的45%。根據統計，金屬礦山在地表堆存1 t尾礦需花費4～8元，據此計算，該礦山每年可節省費用113.6～227.2萬元。

2)該礦山采用全尾砂膠結充填，可使采場間柱得到回采，同時可使老采空區周圍高品位礦石得以回采，礦石回采率可提高到80%以上，有效提高了礦石回采率，延長了礦山服務年限。

3)由于充填料漿的離析脫水，使得充填體的強度有時滿足不了礦柱的安全回采。為此，需進一步完善全尾砂膠結充填工藝，合理選配灰砂比，添加粉煤灰等輔助材料，增強充填體強度，達到充填要求。