大梁礦業膏體充填料漿可泵性與充填堵管因素研究

李艷剛,祁連忠

(四川會東大梁礦業有限公司, 四川 會東縣 615200)

大梁礦業膏體充填料漿可泵性與充填堵管因素研究

李艷剛,祁連忠

(四川會東大梁礦業有限公司, 四川 會東縣 615200)

大梁礦業采用膏體充填，在生產過程中常常發生堵管事故，因此，為了分析堵管原因，測定了正常充填和堵管時的充填料的粒級組成，并通過在堵管骨料中添加細顆粒物料的方式，順利實現了堵管骨料的充填。結果表明，在膏體泵送充填中，骨料粒級組成對料漿的可泵性起著關鍵性作用，尤其是細顆粒物料所占百分比決定著料漿的順利充填。

膏體充填；可泵性；充填料漿；堵管

0 引 言

四川會東大梁礦業有限公司前身為會東鉛鋅礦，2010年由西部礦業集團控股并改制。由于改制前的無序開采，導致礦井地表及臨近山體產生的地質災害，已嚴重影響了礦山安全生產。為保證礦山持續安全生產，避免地質災害發生，減小礦山生產對自然生態的影響，必須對已開采的礦區地質進行維護。通過對會東鉛鋅礦開采條件進行深入研究后，礦山設計采用上向進路膠結充填法對東部采區進行回采，利用礦山前期露天采礦排土場矸石料作為骨料，水泥等作為膠結料制備成膏體進行泵送充填[1-5]。

1 充填工藝簡介

大梁礦業膏體泵送充填采用水泥、碎石、水作為充填原材料。水泥用散裝水泥罐車通過公路運輸到充填站；碎石由南側排土場就地取材，通過破碎系統加工成符合充填要求的骨料；水為井下涌水。3種材料按一定比例混合攪拌成膏體，通過充填工業泵加壓，經管路長距離輸送至充填采場空區。充填工藝主要分為以下幾部分[2-3]：

(1) 原料供給系統。原料供給系統由原料堆場、裝載機、上料斗、振動給料機、帶式輸送機、上料車間組成。通過裝載機將原料裝入上料斗，通過上料斗進入振動給料機，振動給料機再將原料均勻地卸入帶式輸送機上，供給骨料制備系統。

(2) 骨料制備系統。骨料制備系統由對輥式碎機、圓振動篩、除鐵器、帶式輸送機、破碎車間組成。該系統主要是將大粒度碎石破碎成小粒度碎石，由圓振動篩將粒度<15 mm的碎石篩分出來成為成品骨料。骨料制備系統生產能力為70 t/h，進料粒度≤300 mm，成品骨料粒度<15 mm，其中粒度<5 mm的碎石占40%左右。

(3) 混合攪拌系統。混合攪拌系統由兩套獨立運行計量、攪拌機組成，包括骨料倉、骨料計量斗、斜帶式輸送機、骨料待料斗、粉料罐、螺旋輸送機、粉料計量斗、粉料待料斗、水箱、水泵、水計量斗、水待料斗、雙軸臥式攪拌機、膏體緩沖斗組成。混合攪拌系統采用靜態計量、周期性攪拌，這種方式具有較高的配比精度，保證膏體泵送時不易發生離析、堵管現象。

礦山充填系統在建成后的試運行階段，由于所取用矸石級配變化大、作業人員操作熟練度不足等原因，在充填作業中曾發生過不同程度的堵管事故。在總結堵管事故的經驗過程中，基于充填材料物理性質實驗，對充填料漿的可泵性與堵管因素進行了分析。

2 充填骨料物理性質的測定

充填材料的物理性質對兩相流結構和水力學性能以及對充填體的力學性質有很大影響，所以在研究水力輸送理論和充填料漿之前，應當先研究材料的物理性質。針對大梁礦業充填矸石料進行了以下物理性質實驗。

(1) 充填矸石料比重、松散容重、孔隙率的測定。實驗測定結果見表1。

(2)充填骨料粒級組成測定。在實驗室采用人工篩析的方法測定碎石粒級組成，測定結果見表2。

(3) 充填料漿坍落度、擴散度測定。充填所用全粒級碎石骨料在實驗室進行多組坍落度測試，結果見表3。

表1 全粒級碎石比重、容重、孔隙率

表2 全粒級碎石粒徑分布

表3 充填料漿坍落度、擴散度測試結果

由表3可知，配比相同的情況下，重量濃度越高的料漿塌落度越低、擴散度越小；質量濃度86%的料漿塌落度平均值為23 cm，質量濃度為87%的料漿塌落度平均值為20.3 cm。

(4) 不同配比、濃度充填體試塊抗壓強度測試。在料漿滿足可泵性的前提下，形成的充填體還必須滿足強度要求，礦山所采用的上向進路膠結充填采礦法要求充填體7 d強度達1.5 MPa以上，測試結果見表4。

從表4可以看出，灰砂比1∶7以上比例的充填體試塊都能滿足采礦方法對充填體強度的要求[6-9]。

3 充填料漿可泵性與充填堵管因素分析

可泵性是反映膏體在泵送過程中流動性、可塑性和穩定性的一個綜合指標。流動性取決于濃度和粒級組成；可塑性是克服屈服應力后，產生非可逆變化的一種性能；穩定性是抗沉淀、抗離析的能力。

對正常充填和發生堵管的充填料進行分析，兩組狀態的料漿顆粒粒徑差別較大，經測試其結果見表5。

表4 充填體試塊抗壓強度測試結果

表5 正常充填與發生堵管骨料粒徑分布情況對比

從表5可以看出，兩組充填料級配上的差異主要在于9.5～16 mm、4.75～9.5 mm以及小于0.08 mm三個粒徑范圍的顆粒百分比含量。從粒徑級配的角度，可將形成膏體的骨料以0.25 mm為界分成大于0.25 mm的粗骨料和小于0.25 mm的細粒級混合料，-20 μm為極細粒級。混合料的粒級組成對膏體的力學性能及輸送起著決定性的作用。細粒級與水形成混合料漿黏附在粗顆粒惰性材料的表面，并充填孔隙，特別是-20 μm細粒含量起著穩定膏體的決定作用，國內外試驗研究經驗認為，其含量必須大于15%[10]。

生產過程正常的充填作業中，所取用矸石料含泥量大于15%，配制水泥∶矸石=1∶6的充填料漿進行泵送，泵送能力為60 m3/h，充填工業泵的泵送壓力在0～3 MPa范圍內，料漿泵送非常流暢。

在取用含泥量小于15%石骨料的充填中，同樣配制水泥∶矸石=1∶6的充填料漿進行泵送，泵送能力60 m3/h，充填工業泵的泵送壓力最高可達13.33 MPa，接近充填泵的極限壓力，造成充填工業泵S擺管無法擺動，料漿在充填管道內凝固進而造成堵管事故。

事故發生后，在發生堵管的矸石料中摻入細粉料，細粉料采用雷蒙磨將碎石研磨成細度-200目(0.74 mm)的石粉，測出碎石料中的含泥量，再按碎石料中含泥量與摻入的石粉質量之和占混合料的質量百分比為15%進行混合，使用混合料配制水泥∶混合料=1∶6的料漿進行泵送，泵送能力60 m3/h，充填工業泵泵送壓力表現正常，一個沖程內泵送壓力在0～3MPa范圍內，料漿可流暢泵送。

4 結 論

通過對礦山生產過程中堵管事故的分析，測定了正常充填和堵管時的充填料的粒級組成，并通過在堵管骨料中添加細顆粒物料的方式，順利實現了堵管骨料的充填。結果表明，在膏體泵送充填中，骨料粒級組成對料漿的可泵性起著關鍵性作用，尤其細顆粒物料所占百分比決定著料漿能否順利充填。

在后續的生產過程中，礦山以控制<0.08 mm的細顆粒百分含量(含泥量)占碎石骨料總量15%以上作為依據進行備料，實時對成品矸石料進行篩析檢測，對含泥量不足15%的成品矸石料進行石粉摻加，有效的預防充填堵管事故的再次發生。

[1]宋嘉棟，林衛星，歐任澤，等.四川會東大梁東部充填采礦方法試驗研究[R].長沙：長沙礦山究院有限責任公司，2014.

[2]宋嘉棟，歐任澤,等.國家十二五科技支撐計劃課題“袋裝充填采礦技術及新型充填外加劑研究”中期檢查報告[R].長沙礦山研究院有限責任公司，2014.

[3]宋嘉棟，歐任澤，柳小勝，等.香爐山鎢礦安全開采關鍵技術研究[R].長沙：長沙礦山研究院有限責任公司，2014.

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[5]柳軍斌,柳小勝,費漢強，等.高進路轉無砼假頂低進路回收邊角礦體的對策探討[J].采礦技術,2008,8(3):1-2.

[6]盧 棟.上向進路分條充填采礦法在望兒山金礦的應用[J].金屬礦山,2005(1)：26-28.

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[10]姚中亮.全尾砂結構流體膠結充填的理論與實踐[J].礦業研究與開發,2006,26(S1):15-18,48.

2017-02-23)

李艷剛(1990-)，男，云南彌勒縣人，助理工程師，主要從事采礦工程方面的工作，Email：757924600@qq.com。