某金礦新建分級尾砂充填系統研究

〔摘 要〕以國內某金礦分級尾砂充填站為研究對象，深入分析了分級尾砂的物化性質、粒度分布，并進行了分級尾砂的靜動態濃密及配比強度試驗。基于試驗結果，綜合考慮各方面因素，選擇了適宜的充填工藝。以分級尾砂、膠結材料和水為原料，制備充填料漿。通過計算采空區需求充填量，確定了無動力深錐濃密機及膠結充填料的需求數量，并據此設定了無動力深錐濃密機的直徑。對比一段攪拌和二段攪拌方案后，選擇了更經濟實用的一段攪拌方式。在充填工藝的綜合考慮中，強調了方案的經濟性、可行性和充填骨料等因素的重要性，為分級尾砂充填提供了借鑒。

〔關鍵詞〕分級尾砂；無動力深錐濃密機；充填站；膠凝材料

中圖分類號：TD853.34" " 文獻標志碼：B" 文章編號：1004-4345（2024）05-0013-04

Study on the Newly-built Classified Tailings Filling System in a Certain Gold Mine

XU Gaofeng， XIONG Gen， YAO Jincai， WAN Qingyu

（China Nerin Engineering Co.， Ltd.， Nanchang， Jiangxi 330038， China）

Abstract" Taking a classified tailings filling station in a domestic gold mine as the research object， the physical and chemical properties and particle size distribution of the classified tailings were analyzed in depth， and static and dynamic thickening and proportioning strength tests of the classified tailings were conducted. Based on the test results， the appropriate filling process was selected by considering all the factors. The filling slurry was prepared using unclassified tailings， cementitious materials， and water as raw materials. By calculating the filling quantities required in the mined-out area， the required quantities of non-powered deep cone thickeners and cemented filling materials were determined， and the diameter of the non-powered deep cone thickener was set accordingly. By comparing the one-stage mixing and two-stage mixing schemes， the more economical one-stage mixing method was selected for the project. In the comprehensive consideration of the filling process， the importance of factors such as the cost-effectiveness， feasibility， and filling aggregate were emphasized in the scheme， providing useful reference for classified tailings filling.

Keywords" classified tailings; non-powered deep cone thickener; filling station; cementitious material

隨著礦山多年持續地開采，其資源量逐漸減少。為了提高礦山的資源回收率[1]、緩解尾礦庫的庫容壓力，并降低采空區沉陷的風險，確保礦山的可持續發展，礦山企業普遍采用了充填系統。這一系統的應用，不僅有助于維持礦山的發展勢頭，同時也對環境保護和整治起到了積極作用[2-4]。

國內某金屬礦采用地下開采方式，生產規模為4 000 t/d，建有充填系統，主要設備包括2座水泥倉和3個立式攪拌桶。目前，該系統運行狀況良好，能滿足現有需求。然而，隨著礦山擴建和采礦區域的調整，采選規模計劃擴大至8 000 t/d。現有充填系統因采用分級粗砂充填，且地表尾礦庫庫容不足，無法滿足需求。因此，采用分級細砂充填工藝，通過外賣分級粗砂的方式消耗礦山產生的尾砂。

擴建后，采場至地表的垂直高度達到1 300 m，礦石資源埋藏較深，地壓問題將越發顯著。為了更高效、安全地回采，提高礦石回采率，避免損失貧化，降低回采成本，要求充填體具備更高的強度和更穩定的質量。充填體整體性好、強度高的優點將更好地服務于深部開采，有效改善井下生產環境，提高礦石回收率，降低貧化率。鑒于尾礦庫庫容不足且新建尾礦庫實施困難，為了礦山的可持續生態化發展，開展充填技術研究勢在必行。

1" "充填材料試驗

1.1" 分級尾砂物化性質分析

尾砂的物化性質包括真密度、堆積密度、空隙率、粒徑分布和自然安息角等。根據試驗結果，尾砂的真密度為2.57 g/cm3，具體結果見表1。

采用激光粒度分析儀和水篩篩分法測定分級尾砂的粒徑分布，試驗結果見表2。

從試驗結果可以看出，該礦山的分級尾砂整體粒度較粗，粒度分布較均勻，充填效果較好。

1.2" 分級尾砂靜、動態濃密試驗

通過靜態濃密沉降試驗，確定了砂倉濃密脫水工藝的最佳絮凝劑類型、最佳砂漿稀釋濃度和絮凝劑的最佳添加量及固體通量；動態濃密沉降試驗測試了單位時間單位面積的給料量、給料濃度、溢流水上升速度、絮凝劑型號和添加量、底流濃度、溢流水固含量等參數，為新型砂倉選型提供了依據。

1.2.1" 濃度檢測

浮選后的尾砂濃度檢測結果見表3。

1.2.2" 靜態、動態濃密沉降試驗

1）靜態濃密沉降試驗。靜態試驗表明，對于溢流尾砂，采用礦山目前使用的高分子聚丙烯酰胺絮凝劑，最佳礦漿稀釋質量分數為7.32%，最佳絮凝劑添加量為40 g/t。固體通量隨料漿質量分數變化趨勢見圖1，不同絮凝劑添加量料漿沉降高度隨時間變化曲線見圖2。

2）動態濃密沉降試驗。動態試驗得出，處理量為0.3 t·m-2·h-1時，實驗室測定的底流濃度為66.01%，溢流水含固量為188 mg/L，屈服應力為190.68 Pa。具體結果見表4。

溢流水固含量在試驗過程中均滿足循環利用標準（≤200×10-6）。在料漿濃度為7.32%、絮凝劑添加量為40 g/t的條件下，處理量為0.364 5 t·m-2·h-1和0.299 4 t·m-2·h-1時，底流濃度均大于60%。實際濃密設備高度與泥層壓縮時間對濃密底流濃度有顯著影響。實際生產中，濃密設備的高度和泥層壓縮時間均大于實驗室條件，因此底流濃度會更高。

1.3" 充填材料配比強度試驗

1.3.1" 分級尾砂不同膠凝材料強度試驗

目前該礦山采用充填C料作為膠凝材料。為探討膠凝材料的膠結特性，選取充填C料與SD-1料進行強度對比試驗。骨料選用分級尾砂，質量分數為64%和66%，灰砂質量比為1∶4、1∶6、1∶8和1∶10。試驗表明，SD-1料的3 d和7 d抗壓強度均優于充填C料。因此，建議選擇SD-1料作為溢流尾砂的膠凝材料。具體試驗結果見表5。

1.3.2" 分級尾砂碎石強度試驗

在分級尾砂中添加碎石后（m尾砂∶m碎石=１０∶１），采用SD-1料的充填體強度試驗數據見表6。提出了分級尾砂膠結充填體的不同灰砂比和質量濃度推薦值。

根據試驗結果和礦山現有的充填經驗，考慮到采場不同部位對充填體強度要求的不同，推薦的分級尾砂膠結充填體灰砂比分為3類：1）上向分層膠結面灰砂比為1∶6，質量分數為66%；2）一步采充填灰砂比1∶10，質量分數為66%；3）充填假底（人工假頂）灰砂比1∶4，質量分數為66%。

2" "充填系統設計

充填料漿采用分級尾砂、膠結材料和水為原料制備。選礦車間產出的全尾砂漿通過砂泵泵送至尾砂倉頂旋流器組進行分級，分級后進入無動力深錐濃密機沉淀。當充填攪拌站需要制備料漿充填井下采空區時，濃密機內沉淀后的尾砂經底部管路造漿后放入攪拌容器內，同時啟動膠結材料輸送機將膠結材料送入攪拌容器內高速攪拌，按濃度要求添加定量的水，攪拌均勻后通過充填鉆孔自流至井下采空區實施充填作業。分級尾砂充填工藝如圖3所示。2.1" 尾砂分級與儲存

1）尾砂分級。選廠利用尾砂輸送泵的壓頭將全尾砂料漿（w尾砂=45%）通過輸砂管輸送至充填制備站砂倉頂部的ψ500 mm旋流器組進行分級。分級后，粗顆粒尾砂進入旋流器下方的砂倉，尾泥則自流至充填制備站處理池。

2）無動力深錐濃密機。根據充填能力核算，充填制備站配置了兩座ψ12 m的超級無動力深錐濃密機。選廠輸送至濃密機的尾砂漿濃度為45%，濃密機處理能力為108 t/h。試驗數據表明，分級尾砂料漿使用現用絮凝劑效果較好，最佳礦漿稀釋濃度為13.1%，最佳絮凝劑添加量約為30 g/t，濃密機處理能力為0.55 t·m-2·h-1。每臺濃密機底部配備2臺底流剪切輸送泵（1用1備）。

2.2" 水泥倉及膠固料倉

根據采礦充填要求，膠凝料用量約385 t/d。考慮正常工況下需存儲2～3 d膠凝料用量要求，設計按照2 d的儲存量計算，新建3座400 t膠凝料倉。同時，建設3座400 t的水泥倉，以滿足井下充填作業的要求。為了降低成本，可采用如粉煤灰、磨細爐渣、石膏、生石灰、熟石灰等替代水泥。

2.3" 攪拌設備

充填制備站的主要設備包括攪拌設備、水泥計量給料設備及料漿輸送泵。目前，礦山使用的攪拌設備主要有兩種模式：1）方案Ⅰ為兩段攪拌系統，尾砂由頂部尾砂漿入口進入臥式筒體，同時水泥也從頂部水泥口進入，在臥式筒體內部通過雙軸葉輪攪拌均勻后從底部排放口排入高效（強力）活化攪拌機，攪拌后再通過鉆孔排入井下采空區。方案Ⅱ為一段攪拌系統，料漿制備主要由1臺高濃度攪拌設備完成。兩種攪拌模式的比較見表7。

考慮尾砂含細顆粒較多的情況，采用方案Ⅰ可以提高攪拌均勻度，減緩輸送過程中的沉降速度，對長距離料漿輸送能起到一定的積極作用。但本項目采用的尾砂為分級尾砂，分級后的尾砂細顆粒相對于全尾砂較少。實踐證明，方案Ⅱ亦能滿足設計要求。在攪拌效果上，方案Ⅰ較方案Ⅱ優勢小；但在基建投資和年經營費用上，方案Ⅰ較方案Ⅱ高出許多。因此，擬推薦方案Ⅱ（一段攪拌系統）。

2.4" 水泥計量給料設備

膠凝料計量給料設備采用微粉秤，集粉料輸送、稱重計量和定量給料控制于一體，替代了雙管螺旋喂料機、螺旋電子秤或沖板流量計等傳統設備，工藝簡單可靠。根據工藝要求，灰砂比為1∶4時，每立方膠結充填料漿中所含膠凝料的量為249 kg；灰砂比為1∶8時，每立方膠結充填料漿中所含膠凝料的量為138 kg；灰砂比為1∶15時，每立方膠結充填料漿中所含膠凝料的量為78 kg。單個膠凝料倉下配置1臺單管計量微粉秤（處理能力為6～36 t/h），可滿足膠凝料添加要求。

3" "結語

充填骨料是影響充填質量的重要因素。考慮尾砂粒度分布不均的情況，對尾砂進行分級處理有助于提高充填效果。對于分級尾砂充填工藝的選擇應根據試驗結果和實際情況綜合考慮經濟性、可行性和充填骨料等因素。一段攪拌、二段攪拌各有優勢，基于本項目這種分級尾砂含細砂較多的情況，擬推薦方案Ⅱ（一段攪拌系統）。

參考文獻

[1] 于潤滄.金屬礦山膠結充填工藝技術面臨的新挑戰：第十屆中國充填采礦技術與裝備大會致辭[J].礦業研究與開發，2020，40（12）：1.

[2] 楊志強，高謙，王永前，等.金川高應力礦床充填采礦技術研究進展與亟待解決的技術難題[J].中國工程科學，2015，17（1）：42-50.

[3] 李明駿，莫靜，周成豪.武山銅礦全尾砂膏體充填頂板穩定性分析[J].銅業工程，2023（４）：126-130.

[4] 吳愛祥，王洪江.金屬礦膏體充填理論與技術[M].北京：科學出版社，2015.