金屬礦山膏體充填工業試驗研究

包東程，韓春雨，劉明君，杜永亮，陳 東

金屬礦山膏體充填工業試驗研究

包東程，韓春雨，劉明君，杜永亮，陳 東

(紅嶺礦業公司，內蒙古 赤峰市 024000)

為實現紅嶺礦業公司井下膏體充填，對紅嶺礦業公司3000 t/d選廠尾砂進行了物理性質分析，在此基礎上進行膏體充填工業試驗。通過本次工業試驗，得出了濃密機最佳的單位面積處理量、絮凝劑用量以及最優條件下可達到的底流濃度，并設計濃密機添加絮凝劑合適的結構方案，計算濃密機的處理能力，為大型深錐濃密機選型提供數據。

膏體充填;工業試驗;單位面積處理量;底流濃度;濃密機

紅嶺礦業公司于1988年開始籌建，經過20余年的開采，生產能力由建礦初期的210 t/d經過多次改擴建成如今的5000 t/d。自建礦以來，無論是采用淺孔留礦法還是階段深孔空場崩落聯合采礦法進行回采，均未進行充填，為防止采空區塌陷產生井下沖擊波，礦山對采空區進行了崩落處理，使空區連通地表，但造成了地表塌陷，且隨著下部中段的開采，地表塌陷坑范圍逐漸增大，成為影響礦山安全生產及礦區人員財產安全的危險源。為此，有必要開展紅嶺礦業公司井下充填研究。

目前紅嶺礦業公司選廠尾礦排放共有3000 t/d和2000 t/d 2套系統，現有充填站利用3000 t/d尾礦排放系統作為尾砂材料來源，充填站砂倉溢流后由渣漿泵泵送至尾礦庫進行沉淀，尾礦庫回水再進入選廠循環使用。

礦山已建成1套充填系統，充填能力500 m3/d，采用分級尾砂作為骨料進行充填。本次研究為膏體試驗機泵送充填井下采空區技術方案，擬通過小型工業試驗得出關鍵性數據，為實現紅嶺礦業公司膏體充填提供依據。

1 充填方案及相關計算

目前礦山采用分級尾砂膠結充填方式，由于砂倉容積有限，不能滿足井下生產充填及地表塌陷區治理的需求。

本次試驗在現有充填站已有設施的基礎上，增加了1套小型立式砂倉（全尾砂膏體試驗機）及放砂系統和絮凝劑添加裝置，以進行工業濃密試驗，得出最佳的單位面積處理量、絮凝劑用量和最優條件下可達到的底流濃度，以及立式砂倉添加絮凝劑合適的結構方案和小型立式砂倉處理能力，為大型深錐濃密機選型提供數據。

根據國內外充填技術發展及目前已經掌握的充填技術，本次設計采用全尾砂充填方案。具體方案為：在礦山3000 t砂泵站至充填站之間新建礦漿輸送系統，利用3000 t/d砂泵站內的液下渣漿泵將8%~12%濃度的尾礦漿揚送到充填攪拌站小型立式砂倉內。脫水后，從小型立式砂倉底部放出高濃度的尾砂漿體，經軟管泵泵送至高濃度攪拌槽攪拌，然后自流輸送或者泵送進入采場充填。

2 充填設施設備選擇

2.1 全尾砂膏體試驗機

由于本次試驗的主要任務是選擇最佳的絮凝劑濃度及尾砂底流濃度，對充填能力沒有具體要求，故本次試驗選用礦山現有的110 m3立式砂倉，砂倉頂部設絮凝劑添加受料筒，倉內設耙架，砂倉直徑3.2 m，高度14.95 m（直線段12.95 m）。

2.2 水泥倉

礦山現有廢石充填站有水泥倉2座，本次設計利用現有水泥倉。

2.3 設備選擇

充填攪拌站主要設備包括高濃度攪拌槽、水泥給料設備和軟管泵。高濃度攪拌槽及水泥給料設備均利用現有設施。

高濃度攪拌槽采用臥式雙軸攪拌機，攪拌能力為35～40 m3/h，水泥給料設備采用雙管螺旋輸送機，配螺旋電子秤。

軟管泵：根據雙軸臥式攪拌機的攪拌能力，本次設計配置軟管泵，其輸送能力為2～10 m3/h，壓力0.6 MPa，采用變頻電機，滿足倉底至攪拌桶之間輸送揚程及流量的要求。

2.4 回水溢流池

全尾砂膏體試驗機溢流水進入13.5 m3溢流池，溢流池內的水經DF60水泵（=40~60 m3/h，=50.86 m）輸送至3000 t/d選廠砂泵站緩沖池，配備電機功率是37 kW，一用一備，通過變頻調速控制滿足要求。

2.5 絮凝劑添加裝置

在立式砂倉側設絮凝劑攪拌裝置及添加裝置，絮凝劑添加裝置容積1000 L，實現準確添加與 計量。

2.6 充填自動控制系統

根據充填工藝要求，在放砂管路及給水管路上設置濃度計、流量計等儀表，試驗期間采用半自動控制，待試驗確定數據后再進行充填自動化改造，將計量數據實時反饋至控制系統，由系統實現尾砂、水泥的精確配比，攪拌形成符合要求的充填 料漿。

3 試驗方法及步驟

3.1 試驗方法

全尾砂膏體試驗機內徑為3.2 m，設備總高18 m，泥層高度最大10 m，對于本次濃密試驗，設定的目標泥床高度為8～9 m。

礦漿通過添加絮凝劑后進入濃密機進行絮凝沉降（本次添加的絮凝劑型號SNF625V陰離子型絮凝劑）。通過調整稀釋水量，觀察澄清區、沉降區和泥層高度，再根據觀測情況，調節進料流量、絮凝劑用量，待泥層高度達到8 m左右開始排放底流，檢測進料濃度、溢流濃度、底流濃度。

3.2 試驗步驟

首先對全尾砂膏體試驗機附帶儀器儀表進行檢查，確保儀器儀表運轉正常；對濃密機注水直至溢流水管有水流出，根據濃密的單位面積處理量，合理稀釋濃度，調整好給礦量以及稀釋水量；絮凝劑量依據溢流水的澄清情況調整。

給料取樣：每隔1 h對礦漿進行在線取樣測試，多次取礦漿質量濃度、密度的平均值，得出實驗周期的平均處理量，礦漿的平均密度，做好原始記錄，填入表格；

對給料流量計、稀釋水的流量計、絮凝劑的流量計每隔1 h進行讀數，錄入表格，然后在實驗周期內取平均值，最終得出給料濃度、稀釋濃度、絮凝劑用量的參數。

底流取樣：當泥層高度達到8 m左右且穩定后，對底流每1 h進行取樣，測試的參數有質量、體積、密度、底流濃度、底流排放速度，然后在實驗周期對相關參數取平均值。

溢流水固含量測試：當泥層高度達到8 m左右且穩定后，每1 h取樣一次測試，記錄每次的實驗結果，在實驗周期取平均值。

各數據采集結果見表1~表2。

表1 半工業濃密試驗給料濃度和溢流水結果

表2 半工業濃密試驗底流排放結果

3.3 試驗小結

（1）3000 t/d選廠全尾砂+立式砂倉溢流尾砂動態平衡試驗平均單位面積處理量為0.34 t/(m2?h)，絮凝劑用量為23.81 g/t，動態試驗過程中，底流濃度在68.23%～72.8%；來料平均濃度為8.73%，稀釋后平均濃度為5.1%，溢流水澄清度較好。

（2）3000 t/d選廠全尾砂試驗平均單位面積處理量為0.46 t/(m2?h)，絮凝劑用量為20.3 g/t，動態試驗過程中，泥層高度＞6 m時，排料速度在(0.6～1.6) m3/h，底流濃度在75.9%～79.8%；來料平均濃度為11.54%，溢流水澄清度較好。3000 t/d選廠尾砂的底流濃度比添加砂倉溢流后底流濃度高。

4 結 論

（1）本次膏體工業試驗機成功用于紅嶺礦業公司膏體制備工作，為之后進行的膏體充填項目提供設備技術參數。

（2） 紅嶺礦業公司3000 t/d選廠全尾砂粒徑分布較均勻，制備成的膏體性質較適合用于管道自流輸送。

（3）本次膏體充填試驗項目得出了3000 t/d選廠全尾砂膏體強度配比、流動性等數據。

（4）通過本次膏體工業試驗，得出濃密機最佳的單位面積處理量、絮凝劑用量以及最優條件下可達到的底流濃度等關鍵性數據。

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(2019-01-20)

包東程(1986—)，男，內蒙古呼倫貝爾人、采礦工程師，主要研究方向為金屬礦山充填工藝、技術研究應用，Email:595889725@qq.com。