大店溝金礦充填工藝方案論證

鄭伯坤，鄧高嶺，李向東

(長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012)

1 概 述

大店溝金礦位于甘肅省兩當縣，礦體在平面上基本為平行排列，賦存于韌性剪切帶內，礦體為退色蝕變巖石，平均品位3.08 g/t。礦體產狀350°∠70°～85°，厚度1.13～8.00 m，平均厚度2.12 m，屬急傾斜薄至中厚礦體。礦山采用地下開采方式，“平硐+盲斜井”聯合開拓，對角抽出式通風系統，采礦方法為淺孔留礦法，采場生產能力50～60 t/d。井下生產中段有1885，1850，1840，1804 m和1750 m等多個中段，其中1804，1750，1700 m中段是主采中段。1650 m中段正在進行開拓、探礦作業。選礦由重選+浮選組成，最終產品為精金粉。

礦山生產能力26.4萬t/a，日處理礦石量為800 t，設計入選平均品位2.46 g/t，選礦回收率92%，年產金600 kg。

2 充填的必要性

大店溝金礦為多層平行急傾斜薄至中厚礦體，礦巖層理發育、較破碎，設計采礦方法為淺孔留礦法和削壁充填法，實際生產中主要采用淺孔留礦法，設計損失率12%，貧化率16%，但效果不理想，開采過程中礦石損失、貧化較大，作業安全條件差。據初步統計，實際損失達18%～28%，貧化達23%～35%。為解決井下安全生產管理難度大、貧化損失高的難題，擬采用充填采礦法，為此，開展了“大店溝金礦充填技術研究及設計”，以降低貧化、損失指標，改善作業條件，提升企業綜合效益，實現企業可持續發展目標。

3 工藝方案簡介

3.1 方案Ⅰ—立式砂倉尾砂漿充填工藝

立式砂倉尾砂漿充填工藝的特點是采用旋流器+砂倉進行兩段濃密，采用2個小容積立式砂倉，全倉流態化壓氣造漿，高濃度放砂，尾砂漿進攪拌機的工藝。包括5個子系統，分別為：尾砂濃密放砂系統，水泥儲備給料系統，兩段式攪拌制備系統，充填輸送管網系統，計量控制系統，工藝方案見圖1。

3.1.1 尾砂濃密放砂系統

尾砂濃密放砂系統包括3個工序：尾砂輸送、分級和第一段濃密；尾砂第二段濃密、造漿、放砂；溢流排放處理。

(1) 尾砂輸送、分級和第一段濃密。選廠尾砂漿(濃度約28%)自流進入尾礦渣漿泵站，通過渣漿泵輸送至充填站尾砂倉頂部，由倉頂的旋流器組進行分級和第一段濃密，旋流器底流(濃度約65%)進入尾砂倉內，即完成尾砂輸送、分級和第一段濃密。該工序的主要設備設施：渣漿泵房、旋流器組。

(2) 尾砂的第二段濃密、造漿、放砂。旋流器底流進入砂倉后，當砂倉進滿漿后即停止進砂，沉降0.5 h后，通過階梯閥排出砂面上部分清水，使得砂倉內砂漿的濃度控制在70%～72%。

充填開始前10～30 min開始預造漿，采用壓氣造漿工藝，在倉底按照一定密度布置噴嘴，壓縮空氣通過壓氣管道和噴嘴進入砂倉底部，造漿時形成全倉類似“沸騰”的狀態，使全倉的尾砂濃度分布和粒度分布均勻，從而確保放砂濃度的穩定，進而確保充填體質量的穩定。采用小高徑比砂倉，利于砂倉內造漿均勻，利于高濃度放砂。

充填開始后，打開尾砂倉底放砂閥，尾砂料漿通過放砂管自流進入攪拌系統的尾砂進料斗。為保證放砂濃度穩定，壓氣造漿持續至放砂完畢。為避免剛開始放砂時放砂口濃度過高堵塞放砂管，在放砂閥前設置反沖水管。該工序的主要設備設施為砂倉、空壓機、壓氣造漿噴嘴。

(3) 溢流排放、處理。旋流器的溢流和階梯閥排放的清水均通過溢流管自流至溢流緩沖池，再自流至現有尾礦泵站，泵送至現有濃密機，濃密壓濾后排放尾礦庫。該工序的主要設備設施：溢流緩沖池、現有尾礦泵房、現有濃密機及壓濾機。

由于采用旋流器+砂倉的兩段濃密技術，旋流器濃密效率高，底流濃度達到65%，砂倉起到輔助濃密的功能，因此砂倉利用率大大提高，采用2個容積較小的砂倉即可滿足能力要求，同時可實現充填站連續24 h進砂，充填時間靈活調整，靈活應對小采場的充填，滿足工藝要求的同時降低了系統造價。

3.1.2 水泥儲備給料系統

散裝水泥罐車將散裝水泥通過風力打入水泥倉，水泥倉中水泥通過雙螺旋給料裝置再經過單管螺旋秤計量放入雙軸攪拌機，雙螺旋通過調節螺旋變速器，從而控制水泥添量。

該系統的主要設備設施為水泥倉、雙螺旋給料機、螺旋電子秤、袋式除塵機。

3.1.3 兩段式攪拌制備系統

高濃度的尾砂漿由放砂管進入尾砂進料斗，再進入雙軸攪拌機，同時水泥直接進入雙軸攪拌機，雙軸攪拌機將尾砂漿及水泥充分混合形成尾砂膠結充填料漿，即第一段攪拌。為避免尾砂漿濃度過高，尾砂進料斗布置水管。經第一段攪拌未能充分混合的尾砂和水泥，進入活化攪拌裝置進行第二段攪拌，以強化水泥水化過程，使水泥在充填體硬化過程中發揮最大效應。

3.1.4 充填輸送管網

充填輸送主管網主要包括充填泵、井下管道等。針對1650 m以上采場充填采用上向泵送工藝，針對1650 m以下采場充填采用水平泵送+自流輸送的工藝。

上向泵送的高差在100 m范圍內，輸送管徑采用Φ110 mm的無縫鋼管，管道由快速接頭連接。最遠泵送距離3 km。豎直管道布置于現有天井。

應急沖洗管網：由于充填泵造價較高，備用泵成本高，且長距離泵送管道堵管故障處理勞動強度大，因此布置高壓水應急沖洗管網。在泵送主管道每100 m布置1個沖洗水管和1個排空閥，沖洗水管與主充填管連接。應急高壓沖洗水主管連接現有高壓水泵。該管網的主要設備設施有高位水池、現有高壓水泵、應急沖洗管道。

3.1.5 計量控制系統

該系統貫穿于以上各系統，主要實現計量水泥倉倉位、水泥下料量、水量調節、充填濃度等功能。

圖1方案Ⅰ—立式砂倉尾砂漿充填工藝

3.2 方案Ⅱ—立式砂倉脫水尾砂充填工藝

立式砂倉脫水尾砂充填工藝的特點是采用旋流器+直線篩進行脫水，采用立式砂倉儲存，脫水后的尾砂由砂倉底部振動給料皮帶機給料攪拌機。該工藝充填系統包括5個子系統，分別為尾砂脫水給料系統，水泥儲備給料系統，兩段式攪拌制備系統，充填輸送管網系統，計量控制系統。除了尾砂脫水給料系統，其余4個子系統與方案Ⅰ一致，工藝方案見圖2。

尾砂脫水給料系統包括3個工序：尾砂輸送、分級和脫水；尾砂儲存給料；溢流排放處理。

(1) 尾砂輸送、分級和脫水。選廠尾砂漿(濃度約28%)自流進入尾礦渣漿泵站，通過渣漿泵輸送至充填站尾砂倉頂部，由倉頂的旋流器組進行分級和濃密，旋流器底流(濃度約65%)進入直線篩，通過直線篩脫水后，尾砂含水率在10%左右，進入尾砂倉內儲存。該工序的主要設備設施為渣漿泵房、旋流器組、直線篩。

(2) 尾砂儲存給料。尾砂儲存在立式砂倉內，砂倉為圓錐底的圓柱筒體，砂倉內的尾砂由錐底的振動給料機給料皮帶輸送機，再給料攪拌機。該工序的主要設備設施為砂倉、振動給料機、皮帶輸送機。

(3) 溢流排放、處理。旋流器的溢流和直線篩脫水均通過溢流管自流至溢流緩沖池，再自流至現有尾礦泵站，泵送至現有濃密機，濃密壓濾后排放尾礦庫。該工序的主要設備設施：溢流緩沖池、現有尾礦泵房、現有濃密機及壓濾機。

圖2方案Ⅱ—立式砂倉脫水尾砂充填工藝

3.3 方案Ⅲ—堆場脫水尾砂充填工藝

堆場脫水尾砂充填工藝的特點是采用旋流器+直線篩進行脫水，采用堆場儲存，裝載機轉運，由振動給料機皮帶給料攪拌機。該工藝充填系統分為5個子系統，包括尾砂脫水給料系統，水泥儲備給料系統，兩段式攪拌制備系統，充填輸送管網系統以及計量控制系統。除了尾砂脫水給料系統外，其余4個子系統與方案Ⅰ一致，工藝方案見圖3。

尾砂脫水給料系統包括4個工序：尾砂輸送、分級和脫水；尾砂儲存給料；溢流排放處理；直線篩脫出水的處理。

(1) 尾砂輸送、分級和脫水。選廠尾砂漿(濃度約28%)自流進入尾礦渣漿泵站，通過渣漿泵輸送至充填站脫水平臺，由旋流器組進行分級和濃密，旋流器底流(濃度約65%)進入直線篩，通過直線篩脫水后，尾砂含水率在10%左右，進入尾砂堆場。該工序的主要設備設施為渣漿泵房、旋流器組、直線篩、脫水平臺。

(2) 尾砂儲存給料。尾砂儲存在尾砂堆場內，堆場由3面擋土墻組成，通過裝載機轉運至振動給料機料斗，由振動給料機給料皮帶輸送機，再給料攪拌機。該工序的主要設備設施為堆場、裝載機、振動給料機、皮帶輸送機。

(3) 旋流器溢流排放、處理。旋流器的溢流通過溢流管自流至溢流緩沖池，再自流至現有尾礦泵站，泵送至現有濃密機，濃密壓濾后排放尾礦庫。該工序的主要設備設施為溢流緩沖池、現有尾礦泵房、現有濃密機及壓濾機。

(4) 直線篩脫出水的利用。直線篩脫出水含泥量較小，可用于充填料漿制備用水，直線篩脫出水由管道自流至充填用水池，池頂布置過滿溢流管與旋流器溢流管連接，池滿時脫出水自流至溢流緩沖池。充填用水池儲水主要供給充填制備用水和沖洗用水。該工序的主要設備設施為充填用水池。

3.4 方案優選

上述3個工藝方案均屬于較成熟的尾砂充填工藝方案，技術可行，類似工藝在國內外礦山廣泛運用。除了尾砂充填工藝普遍具備的充填料來源穩定，運營成本低，可減少尾砂地表排放量等優點外，3個方案各有其優缺點。

(1) 方案Ⅰ。其優點是放砂濃度較穩定，且放砂濃度較高，可實現高濃度充填；工藝流程可靠性較高，不易出現故障點；可通過添加全尾砂，調節顆粒的骨料的細顆粒含量。缺點是砂倉造漿設施需維護。

(2) 方案Ⅱ。其優點是充填濃度可調節范圍廣。缺點是尾砂給料過程偶爾出現粘卡斗現象，影響工藝順暢；攪拌質量不如尾砂漿方案。

(3) 方案Ⅲ。投資稍低；充填濃度可調節范圍廣。缺點是裝載機和尾砂給料偶爾造成工藝不順暢；攪拌質量不如尾砂漿方案；充填成本增加了裝載機作業成本。

圖3方案Ⅲ—堆場脫水尾砂充填工藝

表1 充填系統方案造價成本比較

經上述比較分析，考慮到長距離泵送對料漿濃度和流量穩定性要求較高，且非膠結充填料漿對尾砂細顆粒含量要求高，而方案Ⅰ相較其他兩個方案工藝流程更可靠，充填料漿流量和質量穩定，且較容易調整分級尾砂的細顆粒含量，因此從技術角度方案Ⅰ最優。

從經濟估算比較，3種方案的成本比較見表1，從表1可看出，方案Ⅰ高出方案Ⅲ約10%，可通過優化控制系統設置，廠房布置，砂倉結構等來降低投資，因此推薦方案Ⅰ立式砂倉尾砂漿充填工藝作為甘肅中金大店溝金礦充填系統工藝方案。

4 結 論

根據大店溝金礦擬采用充填采礦法作為下一步開采的方法，進行了充填技術研究與設計，提出了立式砂倉尾砂漿充填工藝、立式砂倉脫水尾砂充填工藝、堆場脫水尾砂充填3個工藝方案進行綜合對比分析。從技術角度出發，根據3種方案的優缺點比較，認為方案Ⅰ的技術最優；從經濟估算比較，方案Ⅰ高出了方案Ⅲ約10%，可通過優化控制系統設置，廠房布置，砂倉結構等來降低投資。因此，，最終選擇立式砂倉尾砂漿充填工藝作為甘肅中金大店溝金礦充填系統工藝方案。

參考文獻：

[1]楊耀亮,鄧代強,惠 林,等.深部高大采場全尾砂膠結充填理論分析[J].礦業研究與開發,2007,27(4):3-4,20.

[2]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.

[3]周愛民，等.礦山充填技術的發展及其新概念.第四屆全國充填采礦會議論文集[J].昆明：中國有色金屬采礦學術委員會，1999.

[4]李向東，鄭伯坤,等.大店溝金礦充填試驗研究報告[R].長沙:長沙礦山研究院,2015.

[5]李向東，鄭伯坤,等.大店溝金礦充填工藝研究報告[R].長沙:長沙礦山研究院,2016.

[6]劉同有，等.充填采礦技術與應用[M].北京:冶金工業出版社,2001.

[7]王方漢,姚中亮,等.全尾砂膏體充填技術及工藝流程的試驗研究[C]//第八屆國際充填采礦會議論文集.北京：中國有色金屬學會，2004：51-55.

[8]MAVROV V, ERWET, BIOCHERC, et al. Study of new integrated processes combining adsorption membrane separation and flotation for heavy metal removal from waste water[J]. Desalination,2002,157(1-3): 97-104.