全尾砂膠結充填工藝技術改造與應用

譚克亮　潘曉明　陳慶海

(1.濟南鋼城礦業有限公司；2.山東乾舜礦冶科技有限公司；3.山東鋼鐵集團國際貿易有限公司)

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全尾砂膠結充填工藝技術改造與應用

譚克亮1潘曉明2陳慶海3

(1.濟南鋼城礦業有限公司；2.山東乾舜礦冶科技有限公司；3.山東鋼鐵集團國際貿易有限公司)

摘要隨著濟南鋼城礦業有限公司井下大帷幕一部礦房出礦量逐漸減少，新開采礦體賦存較淺，充填倍線增大，為能實現自流，需降低充填漿體濃度，以致充填體后期強度下降明顯。為此，進行了充填系統改造：①改進尾礦給料系統，實現了均勻給料；②采用鏈條式攪拌機和雙葉輪強力攪拌機取代雙軸攪拌和高速攪拌，提高了充填料的濃度和質量；③完善計量和控制系統。充填系統工藝改造后，充填體的質量提高，減少了頂柱和間柱礦量損失，提高了礦山回采率，延長了礦山服務年限。

關鍵詞膠結充填立式攪拌膠結劑充填體強度

1　改造前充填工藝概況

濟南鋼城礦業有限公司充填系統于1994年投資建設，總投資3 100余萬元。建成了全尾砂膠結充填系統和高爐水渣細磨系統，實現了選礦不設尾礦庫的綠色選礦目標。工藝流程見圖1。

圖1　改造之前的工藝流程

隨著井下大帷幕一部礦房出礦量逐漸減少，二部礦房和礦柱出礦逐漸增多，新開采礦體賦存較淺，充填倍線增大，為能實現自流，需降低充填漿體濃度，以致充填體后期強度下降明顯。在對尾砂、膠結劑、制漿工藝和井下封堵濾水工序進行全面分析的基礎上，得出充填體強度較低的原因：①壓濾后的尾砂含泥、含水仍較多，黏性較大，很容易結塊而不易散開；②尾砂中細粒級含量較多，因大量細顆粒的存在，使得尾砂比表面積大，吸水率大，對于充填體料漿濃度的提高比較困難；③充填膠結劑選擇不恰當，原采用水泥為膠結劑，水泥適合于粗粒級砂漿的固結，而現場尾砂中含泥量較多，用水泥為固結劑，不利于充填體強度的提高；④現有充填制漿生產系統控制技術落后，不能有效控制充填體的濃度。

2　充填系統改造技術方案

2.1尾砂給料系統

充填采用的尾砂是選礦生產尾礦。選礦生產尾礦濃縮后黏接成塊狀、黏性很強的固狀物。現場采用漏斗和振動給料機給料，黏成塊狀的尾砂一堆、一堆間隔落在膠帶輸送機上，造成給料不均勻(圖2(a))。而尾砂和水泥混合后的物料在雙軸攪拌機只經過很短時間的攪拌即被送到高速攪拌機進行攪拌。攪拌時間過短，大部分的尾砂還未散開即被輸送到高速攪拌機，無法與水泥充分混合，僅起到了水化攪拌作用，導致采空區的充填體長時間不能凝固。

為此，將原振動給料機給料改造成雙螺旋給料機和調速皮帶秤給料，經板式壓濾機壓成塊狀的黏性尾砂給入雙螺旋給料機，雙螺旋給料機排料能較均勻地在膠帶輸送機上落料，增設調速皮帶秤實現了在攪拌前尾砂給料的連續性和均勻性(圖2(b))。

圖2　給料系統輸送情況

2.2攪拌系統改造

原尾砂攪拌采用雙軸攪拌機一級攪拌。壓濾后的尾砂，通過振動給料機和膠帶輸送機送到雙軸攪拌機，在雙軸攪拌機內與水泥、水按照一定的比例混合并攪拌后，輸送到高速攪拌機進行水化攪拌，然后由充填管輸送到采空區進行充填。尾砂經壓濾以后，易結成較大的黏濕塊，不易散開，且雙軸攪拌機攪拌時間過短，會造成大塊的尾砂還未散開即被輸送到下一個工序，與水泥的混合不充分。

為此，選用鏈條式攪拌機和雙葉輪強力攪拌機兩級攪拌。第一級鏈條式攪拌機攪拌葉片主要由鏈條組成，攪拌桶中間布有篩網，打散的尾砂可以通過篩網到攪拌桶下部進行進一步攪拌，未被打散的尾砂留在篩網上面，繼續由攪拌鏈條打散，從而保證濾網下的充填料中不含塊狀尾砂。第二級雙葉輪強力攪拌機攪拌能力強，能使尾砂與膠結劑充分、均勻接觸，攪拌效果好，提高了充填料的濃度和質量。解決了因攪拌不充分、充填料中含有大量塊狀尾砂，導致的充填管道易堵塞、充填料漿濃度低、充填體強度低等問題。

2.3計量、控制系統改造

各充填料的配比和濃度是影響充填體質量的重要因素。只有對尾礦、膠結劑和水等的計量準確，才能保證充填料配比和礦漿濃度的穩定合理。改造前，充填尾砂和水泥量分別由電子皮帶秤和智能螺旋秤進行計量，尾砂和水泥配比手動進行調節。充填用水量沒有計量設備，水量的大小靠操作人員經驗估計，造成充填料漿的配比和濃度誤差非常大。使得充填體濃度和灰砂比達不到技術要求，強度很低。

為此，在尾砂漏斗下，安裝了調速皮帶秤，用以控制和計量尾砂的輸送量。在水泥料倉下安裝了調速螺旋輸送機和恒速螺旋秤，用以控制和計量水泥的用量。在水管上安裝了電磁流量計和電動控制閥，用以計量和控制造漿所需水量。在充填管道上安裝了礦漿濃度計和流量計，用以計量充填料漿的濃度和充填量。并將所有流量計和輸出都連接到工

控機上進行運算。工控機根據接收到的信息，計算出實際的灰砂比，并通過電動閥以及變頻器等控制裝置來調節尾砂、水泥以及充填水量的大小，保證充填料漿的質量。

3　充填系統改造的應用效果

最終的充填工藝流程見圖3。

圖3　改造之后的工藝流程

項目改造完成后共充填井下采空區8個，充填量累計11.5萬m3，充填料漿濃度穩定在50%左右，提高了近10個百分點。改造后充填系統的改進效果明顯，主要體現在以下幾點：①將原來的尾礦振動給料機給料改造成調速皮帶秤和雙螺旋給料機給料，實現了均勻給料；②采用鏈條式攪拌機和雙葉輪強力攪拌機取代雙軸攪拌和高速攪拌，能使尾砂與膠結劑充分接觸，攪拌效果好，提高了充填料的濃度和質量，解決了因攪拌不充分、充填料中含有大量塊狀尾砂，導致充填管道易堵塞、充填料漿濃度低、充填體強度低等問題；③完善了計量和控制系統，所有流量計和輸出都連接到工控機上進行運算，實現了智能化控制，保證了充填料漿的質量。

充填系統工藝改造后，充填體的質量提高，經優化Ⅱ#礦體采礦工藝，取消了頂柱，減少了頂柱和間柱礦量損失，回采率可提高10%以上。按照Ⅱ#礦體200萬t儲量，可多回采礦石20萬t，延長Ⅱ#礦體有效開采時間2 a。

(收稿日期2016-05-05)

譚克亮(1981—)，男，工程師， 250101 山東省濟南市歷城區礦源路9號。

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