全尾砂膠結充填脫水工藝研究與應用

臧元東，王琳青

（福建省政和縣源鑫礦業有限公司，福建 南平 353600）

福建源鑫公司所屬的源鑫礦區采用上向水平分層充填采礦法，建有分級尾砂充填站及全尾砂高濃度充填站各一座，為提高礦山尾砂利用率和加快采充循環，對礦區上向水平充填采礦法采場進行全尾砂膠結充填實驗，通過對充填體脫水工藝研究，提高了濾水率及充填體強度，取得了良好效果。

1 全尾砂高濃度充填的局限性

該礦于2016 年底設計施工了全尾砂高濃度充填系統工程；2017 年完成分級溢流尾砂高濃度充填系統工業實驗，并實現分級溢流尾砂高濃度充填系統與原分級尾砂充填系統并行運行。該系統運行至今，仍存在溢流尾砂井下充填不凝固，存在安全隱患，大量遺留礦柱無法回采等問題。

該礦通過組織相關技術人員討論分析，認為由于全尾砂含有一部分細顆粒尾砂和細顆粒的膠結料，細顆粒的存在一方面堵塞土工布濾水孔隙，導致土工布無法濾水，其次細顆粒比表面積大，水化膜的作用大，使自由水無法脫離，細粒級難沉降，造成脫水困難，充填料不膠結，形成較大隱患。針對于此，首先開展了對全尾砂粒徑組成分析、溢流尾砂粒徑組成分析。

試驗樣品為福建源鑫礦業全尾砂、濃密后溢流尾砂，尾砂粒級分布由水篩篩分法分析。水篩篩分法由100 目、200目、325 目、400 目篩網組成。試驗前將待測全尾砂在鼓風干燥箱中干燥至恒重，稱取適量全尾砂，采用水洗的方法對全尾砂過100 目～400 目篩，每一級篩網必須水洗至清澈為止，最后將所有分級后的尾砂收集分類、干燥，計算各粒徑尾砂含量。由測得數據表明，全尾砂+100 目含量僅占9.3%，-400 目以下占比45.95%，總體上較細；濃密溢流尾砂-400 占比95.7%，+200 目以上僅為0.35%。

根據以上試驗結果，該礦技術人員決定圍繞提高全尾砂充填體泌水率來進行充填施工優化，通過調研分析，充填施工采用混凝土擋墻雖具有強度高、安全系數高的優點，但只能通過留設的出水管濾水，效果較差，且由于充填體水砂面不平整，影響濾水。針對以上情況擬定了脫水工藝的優化方案：一是將原混凝土充填擋墻更換為網格鋼架式封閉擋墻，二是在空區內增設濾水管，以增加充填體濾水面積，提高泌水率。

2 脫水工藝的優化方案

在采空區底部出礦穿設置濾水擋墻，并在脈外巷設置混凝土擋墻。

充填濾水墻預設3 根無縫鋼管DN100，并在3 根鋼管兩端接上柔性濾水管（匝絲多股綁緊），濾水墻內側的柔性濾水管一端與鋼管相接，另一端封口。混凝土墻同樣預埋3 根無縫鋼管DN100，3 根鋼管內側均接上柔性濾水管，混凝土墻內側的柔性濾水管一端與鋼管相接，另一端封口。

各柔性濾水管盡可能加長盤旋均勻敷設，以增大與料漿接觸面，但須固定吊掛。具體施工如圖所示：

圖1 濾水板墻設置圖

圖2 柔性濾水管

2.1 工藝分類及實驗對比

為充分分析不同濾水管加工工藝對全尾砂濾水情況影響，該礦采用了兩種不同的濾水管進行實驗：一是在塑料波紋管打眼并在其外圍包裹土工布；二是采用柔性充填濾水管加無縫鋼管支撐。為進行量化研究，分別就泌水率及充填體單軸抗壓強度進行了實驗對比。

（1）塑料波紋管打眼包土工布（簡稱塑波工藝）脫水和柔性充填濾水管加無縫鋼管（簡稱柔鋼工藝）脫水對比（在廢舊巷道實驗24 小時后）。

表1 全尾砂膠塑波工藝數據結果

表2 全尾砂膠柔鋼工藝數據結果

（2）塑料波紋管打眼包土工布工藝（簡稱塑波工藝）和柔性充填濾水管加無縫鋼管工藝（簡稱柔鋼工藝）脫水后單軸抗壓強度對比（在廢舊巷道實驗24 小時后）。

圖3 塑波工藝脫水后的充填體（28d）

表3 塑波工藝脫水后充填體單軸抗壓強度

表4 柔鋼工藝脫水后充填體單軸抗壓強度

圖4 柔鋼工藝脫水后的充填體（28d）

2.2 柔性充填柔性濾水管結構特點分析

（1）剛柔結合。柔性充填柔性濾水管結構包括濾水管骨架、濾水網，骨架為彈簧鋼圈。通過與無縫鋼管相接，避免了濾水管在濾水擋墻和混凝土墻墻體內的擠壓變形。

（2）高濾水性。濾水網選用親水性的濾布為濾水介質，能夠防止濾水層吸附超細顆粒的泥漿而被堵死。高強度滌綸絲使管壁覆層與彈簧鋼圈管體成為有機一體，具有很好的全方位濾水功能，滲透水順利滲入管內，而水泥砂漿被阻擋在管外。

通過對現用塑料波紋管打眼包土工布脫水工藝的改進，大大提高了充填脫水效率和充填體早期強度。

3 結語

柔性充填濾水管加無縫鋼管脫水工藝保證了井下全尾砂充填的安全系數，進而保障了礦山廢舊巷道以及老采空區實施尾砂充填，試驗全尾砂充填，將部分或所有的尾砂回填至采空區，可以提高井下開采作業安全性，提高資源回采率，降低貧化率，減輕尾礦地表排放帶來的安全和環保問題，社會效益和環境效益突出，在爭取實現無尾礦山建設，具有較大的經濟效益、環境效益以及社會效益。