某礦全尾礦膠結充填材料和充填工藝選擇

段進超

（長沙有色冶金設計研究院有限公司， 湖南 長沙 410011）

0 前 言

某礦為提高選礦綜合回收率，主要是提高全鐵的綜合回收率，同時為集團公司提供高品質的硫精礦，需增加選硫工藝，以提高硫精礦的精礦品位，因此新建一個5000t／d規模的選廠，產品方案為銅精礦和硫精礦，選硫后的尾砂需要進行處理。然而該礦原設計尾砂全部作為化工廠的原料，因此沒有建設尾砂庫，現有礦區范圍內也沒有合適的干排尾砂場地，尾砂處理成本較高。

綜合考慮井下開采的充填需要，同時為選廠尋找出路，礦山設計將尾砂充填到井下，對地下開采的采空區進行全膠結充填處理。此充填工藝可以解決充填材料的來源問題，降低充填成本，且最大限度地降低尾砂地面堆放帶來的環境問題，實現創建綠色礦山的目標。因此設計以選廠尾砂作為充填骨料的全尾砂膠結充填系統。

1 充填材料

設計采用全尾砂膠結充填。與分級尾砂相比，全尾砂中細泥含量高、滲透性能差，而且尾砂殘留硫含量高、粘性大，輸送與攪拌困難，其充填性能和充填質量需要進行研究和攻關。該礦已委托科研單位進行了科研攻關，開展了大量室內試驗和現場半工業試驗，解決了新橋礦全尾砂用于井下充填的關鍵技術問題。

根據當地材料供應條件，膠結材料選用普通425硅酸鹽水泥。根據科研成果，擬添加粉煤灰，利用其多孔特性為易膨脹的含硫膠結體提供適當空間，以保證充填體的完整和強度。粉煤灰來自火力發電廠。

2 充填能力

某礦5a后全部轉入地下開采，采礦方法采用充填采礦法。按照井下1100kt／a生產能力的要求，年需充填體積為28．72×104m3／a。按每年工作200d，每天二班，每班8h。實際日充填時間按12h計算，某礦日需充填砂漿量為1592m3／d，需要的充填料制備能力為132．7m3／h。

3 充填方式的選擇

根據確定的充填材料和全尾砂膠結充填工藝，充填系統骨料的儲存與輸送以及充填料的制備方案主要有立式砂倉和臥式砂倉兩種。

3．1 立式砂倉充填工藝方案

立式砂倉膠結充填工藝是將選廠尾砂漿（質量濃度20%左右）經濃密后的底流（質量濃度35%左右）由砂漿泵泵送至充填制備站內的立式砂倉中，在立式砂倉中添加絮凝劑自然沉降后，立式砂倉溢流水返回至濃密池，立式砂倉底部采用高壓風水聯合造漿輸送至攪拌桶。

水泥、粉煤灰等膠結料用散裝罐車運輸，通過壓氣卸入立式水泥倉內和粉煤灰倉內，經倉底插板閥、星形給料機和沖板流量計，根據充填配比要求，經計量后通過單螺旋輸送機輸送至同一個攪拌桶內。通過計量后的高位水池中的充填用水，加入攪拌桶中。

上述各種充填物料在攪拌桶內經強力攪拌形成符合質量濃度要求的充填料漿，沿充填鉆孔和井下充填管道自流輸送至待充采場。某礦全立式砂倉膠結充填工藝流程如圖1所示。

立式砂倉膠結充填工藝流程中的尾砂采用泵送工藝，可以避免濾餅運輸帶來的環境問題，降低尾砂輸送成本。工藝流程較簡單，容易管理，充填能力 大，充填成本較低。

圖1 全尾砂立式砂倉膠結充填工藝流程

3．2 臥式砂倉充填工藝方案

臥式砂倉膠結充填工藝是壓濾后的全尾砂濾餅（質量濃度80%左右）通過汽車運送至充填站的臥式砂倉內，用抓斗將臥式砂倉內的濾餅抓入砂倉邊的中間料斗后給至皮帶機，由皮帶機再向高濃度攪拌槽給料，膠結料經立式水泥倉底部設置的雙管螺旋給料機，按充填強度的配比向攪拌桶給料，攪拌好的充填料漿經過充填管道下放至井下采空區充填。

水泥、粉煤灰輸送系統及攪拌和控制系統與立式砂倉相同。

臥式砂倉工藝的優點是質量濃度可控程度較高，有利于提高充填質量濃度。缺點為：汽車運輸濾餅會造成沿途的環境污染，且尾砂輸送成本較高，工藝流程較復雜，管理難度相對較大，同時充填成本較高。

立式砂倉工藝和臥式砂倉工藝主要優缺點比較見表1。

通過以上綜合分析比較，新橋全尾砂膠結充填系統設計推薦采用工藝簡單、成熟可靠、管理方便、對環境影響較小、經營費較低的方案，即立式砂倉方案。

4 結 論

（1）某地采礦山設計對采空區進行充填處理，以選廠尾砂為充填骨料，選用添加粉煤灰的普通水泥全尾砂膠結充填工藝。膠凝材料選用普通425硅酸鹽水泥，添加粉煤灰以消除殘留硫對水泥全尾砂膠結充填體的破壞作用。

表1 立式砂倉方案和臥式砂倉方案優缺點比較

（2）按井下1100kt／a的生產能力要求，計算可得：日需充填砂漿量為1592m3／d，需要的充填料制備能力為132．7m3／h。

（3）根據充填材料及全尾砂膠結充填工藝，詳細對比立式砂倉及臥式砂倉2種方案，在充分考慮兩者優缺點的基礎上，推薦采用立式砂倉工藝方案。

［1］ 《采礦設計手冊》編委會．采礦設計手冊［M］．北京：中國建筑工業出版社，1987．

［2］ 楊清平，冷復生．膠結充填工藝技術在銅綠山礦的應用［J］．采礦技術，2001，1（3）：17－19．

［3］ 袁 勇，李 威，盧俊華．三山島金礦深部采場的充填與支護技術［J］．礦業研究與開發，2012，32（2）：12－14，54．

［4］ 張 磊，呂憲俊，金子橋．粉煤灰在礦山膠結充填中應用的研究現狀［J］．礦業研究與開發，2011，31（4）：22－25．

［5］ 于潤滄．我國充填工藝創新成就與尚需深入研究的課題［J］．采礦技術，2011，11（3）：1－3．

［6］ 王喜兵，龐計來，李紅橋．新型全尾砂膠結充填采礦工藝技術研究與應用［J］．采礦技術，2010，10（3）：1－5．