永平銅礦充填制備站造漿系統(tǒng)的改造

張融江,紀(jì)利斌

(江西銅業(yè)股份有限公司永平銅礦, 江西 鉛山縣 334506)

永平銅礦充填制備站造漿系統(tǒng)的改造

張融江,紀(jì)利斌

(江西銅業(yè)股份有限公司永平銅礦, 江西 鉛山縣 334506)

永平銅礦充填制備站造漿系統(tǒng)原設(shè)計(jì)為風(fēng)水聯(lián)動(dòng)造漿，但因分級(jí)尾砂易板結(jié)壓實(shí)，高壓風(fēng)難以起到應(yīng)有的作用，且易在尾砂的板結(jié)層中形成通路與上層低濃度尾砂漿連通，從而急劇降低放砂濃度，充填料漿濃度難以得到保障。永平銅礦技術(shù)人員通過艱苦攻關(guān)，對(duì)充填制備站的造漿系統(tǒng)進(jìn)行改造，將造漿方式完全改為高壓水連續(xù)造漿。在改造造漿環(huán)管的同時(shí)對(duì)造漿噴嘴進(jìn)行升級(jí)換代，既節(jié)約了制造成本，又提高了使用壽命。通過長期技術(shù)創(chuàng)新，目前永平銅礦充填制備站運(yùn)行良好，制備料漿濃度穩(wěn)定維持在70%以上，很好地滿足了礦山的需要，為礦山創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

充填制備站；造漿放砂；造漿噴嘴；放砂濃度

近年來礦業(yè)持續(xù)低迷，但為了保護(hù)環(huán)境、不浪費(fèi)資源以及安全高效地回采賦存條件較差的礦體，國內(nèi)采用充填采礦法的礦山逐年增多[1-24]，充填制備站的建設(shè)也在各礦山如火如荼地進(jìn)行[6-7]。但許多充填站并未與礦山良好結(jié)合，使得最終充填工藝不能與選廠提供的尾砂相適應(yīng)，從而制備出的充填料漿質(zhì)量差、濃度低，對(duì)礦山的生產(chǎn)造成制約，甚至損害礦山企業(yè)的利益[25-26]。因而對(duì)于充填工藝的改進(jìn)優(yōu)化需不斷進(jìn)行，從而為企業(yè)的長期發(fā)展做出貢獻(xiàn)[27-32]。本文即根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)對(duì)礦山充填制備站造漿系統(tǒng)進(jìn)行改造，取得了良好的效果[33-35]。

1 原充填制備站存在的問題

永平銅礦為江西銅業(yè)公司下屬主要礦山之一，是國內(nèi)少有的露天與井下聯(lián)合開采的大型銅礦山，礦山地理?xiàng)l件優(yōu)越，交通便利，礦產(chǎn)賦存量大，其露天礦產(chǎn)量曾一度居全國前列。為了解決礦山深部礦體露天開采剝離量大、成本高以及一系列安全問題，永平銅礦于2010年逐步從露天開采轉(zhuǎn)為露天與地下聯(lián)合開采，目前已穩(wěn)定形成露天5000 t/d、井下5000 t/d的采礦量，預(yù)計(jì)露采可持續(xù)至2022年，屆時(shí)井下開采量將增加至6000 t/d。為維持露天與井下之間礦柱的穩(wěn)定、保證井下采礦工作的安全、緩解尾礦庫庫容，永平銅礦于2012年建成一座地表充填制備站。充填制備站包含兩座Φ9 m立式砂倉，容積為1000 m3；兩座100 m3水泥倉；兩個(gè)Φ2 m×2.1 m立式攪拌桶；配套有自動(dòng)控制系統(tǒng)、袋式除塵器等(見圖1)。井下采礦為分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ǎ蓤龃怪弊呦虿贾茫V體水平厚度即為采場長度，礦塊寬為28～30 m，分兩步驟回采，一步驟寬12 m，二步驟寬16～18 m。采場高37 m，一步驟采用膠結(jié)充填，打底8 m灰砂比為1∶4，上部為1∶10，二步驟采用打底8 m，灰砂比為1∶4的膠結(jié)充填，上部用非膠結(jié)尾砂充填。永平銅礦采礦方法(見圖2)。

永平銅礦選廠泵送至充填站的分級(jí)尾砂漿濃度達(dá)40%，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室測試以及現(xiàn)場觀察，其尾砂顆粒沉降速度很快，在不添加絮凝劑的情況下10 min即可進(jìn)入壓縮階段，因而其充填工藝設(shè)計(jì)原為待砂倉內(nèi)砂位到達(dá)一定界面之后，造漿系統(tǒng)持續(xù)工作，讓造漿均勻的尾砂漿流入攪拌桶，以連續(xù)獲得濃度穩(wěn)定可靠的充填料漿。但在永平銅礦充填生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，這種方法無法達(dá)到預(yù)期目的，充填料漿濃度偏低、波動(dòng)性大。為解決這個(gè)問題，永平銅礦相關(guān)技術(shù)人員通過長時(shí)間的跟班摸索，終于弄清其作用機(jī)理。

充填站中立式砂倉是作為尾砂存儲(chǔ)及進(jìn)一步濃縮的裝置，砂倉直徑9 m，直筒段高度16 m，底部錐體高6 m，錐角接近100°。為使沉淀壓實(shí)的飽和尾砂順利自流進(jìn)入攪拌桶，在倉底錐段設(shè)有3圈造漿環(huán)管，配若干個(gè)造漿噴嘴對(duì)尾砂進(jìn)行造漿，造漿方式為風(fēng)水聯(lián)動(dòng)。但實(shí)際應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)立式砂倉不能實(shí)現(xiàn)均勻造漿，供給攪拌桶的尾砂漿濃度偏低，且波動(dòng)性大，究其原因?yàn)槲采皦簩?shí)易板結(jié)，環(huán)管及噴嘴數(shù)量少，風(fēng)水聯(lián)動(dòng)易在板結(jié)的尾砂中形成通路，從而與砂倉上部低濃度的尾砂漿貫通，造成放砂濃度偏低且波動(dòng)性大。高壓水先將底部飽和尾砂變成過飽和狀態(tài)，然后高壓氣由板結(jié)層中較薄弱的地方排走，起不到造漿效果，這些可在工業(yè)生產(chǎn)中觀察到，在砂倉中可以看到只有幾個(gè)固定的點(diǎn)冒氣泡，說明其它地方難以利用高壓氣的能量進(jìn)行造漿，貫通的地方形成了放砂漏斗，其機(jī)理見圖3。因?yàn)榉派奥┒返男纬桑派皾舛绕停瑥亩涮盍蠞{濃度無法得到保障，采場內(nèi)泌水量大，充填體結(jié)石率低，水泥消耗量大，泌水帶走大量水泥細(xì)顆粒，造成巷道的污染，增加排水費(fèi)用，導(dǎo)致充填質(zhì)量差、充填成本高。這些均對(duì)永平銅礦井下采礦的經(jīng)濟(jì)和安全效益造成威脅，且無法達(dá)到采充平衡。

圖1永平銅礦地表充填制備站工藝流程

圖2 分段空?qǐng)霾傻V嗣后充填法

圖3 尾砂倉造漿形成的放砂漏斗

2 實(shí)踐改造

在日益追求綠色開采的今天，國內(nèi)采用充填采礦法的礦山越來越多[1-32]，充填工藝也日趨完善。造漿系統(tǒng)作為充填制備站的主體部分之一，也在經(jīng)歷不斷地優(yōu)化改進(jìn)，其可靠性直接決定放砂濃度的高低能否達(dá)到礦山的充填要求。目前使用較多的進(jìn)砂造漿方式有間斷進(jìn)砂，連續(xù)高壓水造漿放砂；間斷進(jìn)砂，連續(xù)高壓風(fēng)造漿放砂；間斷進(jìn)砂，連續(xù)風(fēng)水聯(lián)動(dòng)造漿放砂；連續(xù)進(jìn)砂，間斷風(fēng)水聯(lián)動(dòng)造漿放砂；連續(xù)進(jìn)砂，連續(xù)高壓水造漿放砂。不同的造漿放砂方式適合不同性質(zhì)的尾砂。永平銅礦尾砂沉降性能極好，短時(shí)間內(nèi)即可沉淀壓縮形成密實(shí)的尾砂層，因而可以考慮邊進(jìn)砂邊充填，但因板結(jié)性強(qiáng)，所以需進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，配合不同的造漿介質(zhì)以檢驗(yàn)其效果。

永平銅礦技術(shù)人員參考其它類似礦山經(jīng)驗(yàn)，先后進(jìn)行了完全高壓氣造漿、完全高壓水造漿等工業(yè)試驗(yàn)，通過長期跟班逐步總結(jié)出適合永平銅礦尾砂性質(zhì)的造漿方式。永平銅礦充填制備站立式砂倉中造漿困難的根本原因有4條，其一，尾砂易壓實(shí)板結(jié)，致密性好，高壓氣難以吹動(dòng)；其二，壓實(shí)的尾砂處于飽和狀態(tài)，如若沒有水混合而使其達(dá)到過飽和狀態(tài)，根本難以使尾砂漿自流進(jìn)入攪拌桶；其三，砂倉中造漿環(huán)管及噴嘴少，不足以對(duì)整個(gè)砂倉進(jìn)行造漿；其四，造漿噴嘴質(zhì)量差，易堵，且其構(gòu)造較細(xì)長，造漿范圍小。

針對(duì)工業(yè)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問題，充填制備站在原有的條件下增加一條環(huán)管(見圖4)，在每條環(huán)管上增設(shè)一些造漿噴嘴，并對(duì)造漿噴嘴進(jìn)行優(yōu)化改造，制造出新型的造漿噴嘴，整體造漿工藝改為不間斷高壓水造漿。增設(shè)的環(huán)管及噴嘴可以使砂倉的各個(gè)角落都能被造漿系統(tǒng)顧及到，同時(shí)可以使不同區(qū)域尾砂漿的混合效果更好。新型造漿噴嘴增設(shè)止回部件，很好地防止尾砂漿回流進(jìn)入噴嘴內(nèi)部造成堵塞，且噴嘴設(shè)計(jì)為扁平狀，大大地增大其輻射范圍，很好地解決了原噴嘴造漿范圍小、造漿效果差等問題，新型噴嘴原理見圖5。

圖4 改造后的砂倉造漿系統(tǒng)

圖5 優(yōu)化后的新型造漿噴嘴

完成對(duì)充填制備站造漿系統(tǒng)的改造后，永平銅礦技術(shù)人員進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，首先充滿一倉砂，待其沉降基本完成之后，利用一臺(tái)潛水渣漿泵將砂倉上部清水抽出，剩下的即為壓實(shí)的尾砂，這樣便于觀察倉底的造漿效果。開啟蓄水池旁的清水泵，對(duì)砂倉環(huán)管及噴嘴供給高壓水，在倉頂觀察造漿效果，經(jīng)過15 min的造漿，砂倉內(nèi)的板結(jié)尾砂均處于過飽和狀態(tài)且混合均勻，造漿效果好，不存在未造漿的死角。完成工業(yè)試驗(yàn)之后，正式投入生產(chǎn)，在正常開機(jī)生產(chǎn)過程中，每隔30 min用濃度壺接充填料漿進(jìn)行濃度檢測，在連續(xù)充填10 h以上的班次中，料漿濃度始終維持在70%以上，且波動(dòng)極小，造漿系統(tǒng)的改造達(dá)到了既定的目標(biāo)，為井下采場提供了優(yōu)質(zhì)的充填體。

4 結(jié) 論

永平銅礦充填制備站的造漿系統(tǒng)改造取得了以下成果：

(1) 永平銅礦優(yōu)化改造后的造漿系統(tǒng)更適宜于礦山尾砂的性質(zhì)，解決了由于造漿不均勻而產(chǎn)生的放砂漏斗，很好地提高了砂倉的放砂濃度以及濃度的穩(wěn)定性，為井下充填提供了高濃度的料漿，既保證了二步驟采礦的安全，又減少了井下充填人員的工作量；

(2) 優(yōu)質(zhì)的充填料漿減少了膠凝材料的使用量，節(jié)約了充填成本，為永平銅礦充填采礦法的順利實(shí)施提供了保障；

(3) 改造后的充填制備站在運(yùn)行過程中充填料漿濃度能穩(wěn)定維持在70%以上，在選廠供料充足的前提下，系統(tǒng)能連續(xù)不間斷運(yùn)行，保證了井下的采充平衡；

(4) 優(yōu)化后的造漿噴嘴覆蓋面積大，不易回流堵塞環(huán)管，使用壽命長，一般達(dá)10萬m3才需更換，既節(jié)約了噴嘴制造成本，又減少了檢修更換頻率與工作量；

(5) 充填體質(zhì)量提高為企業(yè)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益；

(6) 充填體質(zhì)量提高可以為同類礦山提供參考，具有借鑒意義。

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2017-06-28)

張融江(1964-)，男，江西上饒人，助理工程師，主要從事采礦技術(shù)管理工作，Email：455258386@qq.com。