全尾砂充填在樺樹溝銅礦的應(yīng)用

張坤生

（甘肅鏡鐵山礦業(yè)有限公司，甘肅 張掖 734000）

礦山充填骨料的使用范圍非常廣泛，已經(jīng)從傳統(tǒng)的山砂、河砂、細(xì)石等逐步轉(zhuǎn)向粉煤灰、尾砂、爐渣等工業(yè)廢料。分級尾砂一直是充填骨料的主要來源，剔除了一些較細(xì)的物料，使得充填料漿進(jìn)入采場后迅速地脫水，充填體的強(qiáng)度也可以得到明顯的提高。因此全尾砂代替分級尾砂，成為充填骨料的首選。

1 樺樹溝銅礦充填系統(tǒng)

由于鏡鐵山礦區(qū)地形限制，無法選取合適的充填料制備站場地使充填料的輸送實(shí)現(xiàn)自流輸送，只能采用充填工業(yè)泵將充填料輸送至采場。樺樹溝銅礦采用選礦廠浮選全尾砂及水泥作為充填料。

選廠全尾砂經(jīng)濃密后底流排放濃度為45%，泵送輸送至充填料制備站的臥式尾砂池。充填站設(shè)置兩個(gè)臥式砂池，兩個(gè)砂池交替使用，以充分發(fā)揮系統(tǒng)生產(chǎn)能力。進(jìn)砂時(shí)通過倉頂溢流口進(jìn)行溢流，進(jìn)砂完畢后，經(jīng)自然沉降脫水達(dá)到最大沉降濃度，充填前打開排水設(shè)施，排除砂面以上的澄清水。

溢流水和澄清水自流輸送至選礦廠。充填料漿采用兩段連續(xù)攪拌制備，攪拌好的充填料漿進(jìn)入料斗供給充填輸送泵（活塞泵），經(jīng)井下充填管網(wǎng)泵送輸送至井下采空區(qū)進(jìn)行充填。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)充填站工藝參數(shù)如下：

充填料漿制備輸送能力60m3/h～70m3/h。

充填料漿濃度68%～72%。

灰砂比1：3～1：15可調(diào)。

2 充填參數(shù)的確定

從流動(dòng)形態(tài)而言，料漿屬于結(jié)構(gòu)流的研究范疇，但目前結(jié)構(gòu)流輸送理論尚不完善，實(shí)際工程中一般沿用兩項(xiàng)流理論來對管道輸送進(jìn)行分析。因充填料漿濃度較高，阻力較大，充填料流動(dòng)阻力計(jì)算超出了一般水力計(jì)算公式適用條件。為此在試驗(yàn)室進(jìn)行了充填料流動(dòng)阻力試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見下表1。

以充填濃度為68%～72%，流量60m3/h～70m3/h。考慮到充填作業(yè)過程中的濃度波動(dòng)以及在充填工業(yè)生產(chǎn)中提高濃度的可能性。

為提高系統(tǒng)可靠性，盡量避免堵管事故發(fā)生。選擇充填工業(yè)泵時(shí)，以充填料在濃度為74%，流量70 m3/h，管道內(nèi)徑為125mm時(shí)的流動(dòng)阻力作為選泵計(jì)算阻力依據(jù)，此時(shí)充填料流動(dòng)阻力為4.03kpa/m。

輸送最遠(yuǎn)距離的確定，在+2880m中段充填制備站具體位置位于：主平硐與+2880水平運(yùn)輸平巷交叉點(diǎn)附近（5a線到6a線之間），充填站到+2820水平中段采場管道沿2880運(yùn)輸巷鋪設(shè)，最遠(yuǎn)距離為約為1000m（4線）。

充填站到+2760水平采場管道，沿+2880運(yùn)輸巷（6線）→設(shè)計(jì)+2880m充填聯(lián)絡(luò)巷→充填鉆孔→+2820m運(yùn)輸線（7線）到達(dá)+2760m采場。最遠(yuǎn)端距離約為1200m（4a）。

3 充填骨料膠結(jié)充填體強(qiáng)度試驗(yàn)

充填體的強(qiáng)度要求與采礦方法、采場的幾何形式及大小、礦體的賦存特點(diǎn)、巖體應(yīng)力、圍巖的力學(xué)性質(zhì)、回采順序、暴露時(shí)間等有密切的關(guān)系。

表1 不同流量及管徑時(shí)充填料漿流動(dòng)阻力i（kpa/m）計(jì)算表

表2 不同充填采礦法充填體強(qiáng)度選取表

另外間柱的回采方法，對充填體的自立高度及充填體本身的物理力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特性等有一定的要求。不同充填采礦法的充填體在回采過程中所起的作用不同，因此對強(qiáng)度的要求自然不一樣。

為了研究充填骨料配比膠結(jié)充填體強(qiáng)度及規(guī)律，試驗(yàn)?zāi)z結(jié)材料為P.S.A32.5級礦渣硅酸鹽水泥，根據(jù)生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)采用灰砂比1:4、1:6，模塊尺寸為（70×70×70）㎜2，隨著灰砂比的提高，模塊抗壓強(qiáng)度均不斷增大，抗壓強(qiáng)度與灰砂比呈正相關(guān)關(guān)系。

4 全尾砂充填面臨的困難

全尾砂為主的充填材料的膠結(jié)充填技術(shù)近年來得到大量應(yīng)用，但許多關(guān)鍵問題未能得到解決，主要表現(xiàn)在充填成本較高、尾砂脫水速度慢、充填料漿制備質(zhì)量差、管道輸送過程中磨損與堵管等。

5 結(jié)論

尾礦庫和采空區(qū)成為金屬礦安全生產(chǎn)的重大隱患，引起采空區(qū)、尾礦庫垮塌等安全與環(huán)境問題，樺樹溝銅礦應(yīng)用全尾砂充填解決了尾礦庫和采空區(qū)兩大隱患，目前全尾砂充填存在一些問題未能解決，處于在起步階段，隨著我國充填技術(shù)的發(fā)展，完善相關(guān)基礎(chǔ)理論的研究和新材料、新技術(shù)的應(yīng)用，全尾砂充填技術(shù)將以可靠性、低能耗、安全環(huán)保的特點(diǎn)應(yīng)用到礦山生產(chǎn)。