顏秉超石偉麗

摘要：井下廢石膠結(jié)充填是以礦山的掘進(jìn)廢石作為充填集料，以水泥或赤泥等作為膠結(jié)劑，經(jīng)混合后充入采空區(qū)。此舉不但大幅度降低充填成本，還可使礦山實(shí)現(xiàn)無廢排放。

關(guān)鍵詞：地下金屬礦山 廢石膠結(jié)充填 充填材料 充填輸送工藝

Abstract: Underground waste stone cemented filling the void in mine excavating stone as filling aggregate to cement or red mud as cementing agent, by mixing filled with after mined-out area. It not only greatly reduce the cost of filling, still can make the mining waste discharge is realized.

Keywords: underground metal mine waste stone cemented filling filling materials filling conveying process

地下金屬礦山開拓工程、采準(zhǔn)切割工程及采場回采時(shí)勢必會(huì)產(chǎn)生較多的廢石。近年來，由于地表淺部資源即將開采完畢，很多礦山都已進(jìn)入中深部開采。而隨著礦山開采深度的增加，井下廢石的提升運(yùn)輸費(fèi)用也相應(yīng)增加，提升難度也大幅度提高，而且廢石提升至地表堆放，不僅需要廢石堆場，而且耗費(fèi)資金、占用大量土地，形成地表固體廢棄物和粉塵，污染礦山生態(tài)資源。

礦山固體廢棄物的處理是改善礦山環(huán)境的重要措施，它除用于工程建設(shè)外，經(jīng)過一定工序后可用于井下采空區(qū)充填。考慮到提升費(fèi)用及井上破碎產(chǎn)生大量粉塵污染空氣環(huán)境等，對廢石處理的最好方法莫過于在井下直接破碎后用于采場充填。

1、廢石膠結(jié)充填工藝與技術(shù)特點(diǎn)

廢石膠結(jié)充填以礦山的掘進(jìn)廢石或破碎廢石作為充填集料，以水泥或赤泥等作為膠結(jié)劑，經(jīng)自淋混合后充入采空區(qū)。其特點(diǎn)是在礦山內(nèi)部充分利用礦山固體廢物，通過破碎后的廢石集料與膠結(jié)劑漿料分流輸送和自淋混合工藝，以充填力學(xué)性能為目標(biāo)實(shí)現(xiàn)最佳用水量充填，最大限度的降低能耗和膠結(jié)劑消耗。

廢石膠結(jié)充填的充填料的成本低于細(xì)沙膠結(jié)充填料的成本，廢石膠結(jié)充填體比砂漿膠結(jié)充填體的抗壓性能好、收縮變形小。廢石膠結(jié)充填充入采場后幾乎不滲水，可避免對井下造成環(huán)境污染。

湖南寶山有色金屬礦業(yè)有限責(zé)任公司開采西部2號(hào)砂巖復(fù)雜礦體時(shí)，在井下建立廢石破碎系統(tǒng)，采用顎式和復(fù)合破碎機(jī)在井下對廢石進(jìn)行兩級(jí)破碎，并開創(chuàng)性應(yīng)用地下金屬礦山廢石破碎脫水網(wǎng)格振動(dòng)篩，有效解決了高含水廢石破碎堵塞復(fù)合破碎機(jī)的問題為實(shí)現(xiàn)井下廢石不出坑，廢石破碎骨料直接用于井下采場膠結(jié)充填創(chuàng)造了條件，并達(dá)到在破碎系統(tǒng)關(guān)鍵部位用密閉或半密閉方式抽出式通風(fēng)除塵及收塵的目的。

廢石膠結(jié)充填新技術(shù)是根據(jù)礦山充填的應(yīng)用條件，為滿足礦山充填的目標(biāo)發(fā)展起來的。它既借鑒了混凝土學(xué)的基本原理，又在技術(shù)和工藝上具有其自身的鮮明特點(diǎn)。不但簡化了工藝，而且拓寬了原料來源，大幅度降低了制造成本。因而使得廢石膠結(jié)充填新技術(shù)充分顯示了其新生命，在礦山具有廣泛推廣應(yīng)用的前景。

廢石膠結(jié)充填工藝的主題流程為：采集或制備廢石集料，制備水泥漿或砂漿、廢石集料與水泥砂漿分流輸送到井下充填料混合點(diǎn)，水泥漿或砂漿在井下混合點(diǎn)通過自淋方式與廢石集料初步混合制備成廢石膠結(jié)充填混合料，通過機(jī)械輸送或自重輸送將膠結(jié)充填料充入采空區(qū)。

充填系統(tǒng)包括：廢石集料制備站、水泥漿或砂漿制備站、料漿與廢石充填系統(tǒng)以及井下充填系統(tǒng)。

廢石膠結(jié)充填的綜合特點(diǎn)包括：膠結(jié)充填料的配合要求和制造工藝簡單，制造成本低；制造技術(shù)與工藝具有多樣性；需要根據(jù)各礦山的具體條件進(jìn)行試驗(yàn)研究后選用合理的充填方式與充填工藝。

廢石膠結(jié)充填工藝與技術(shù)特征主要體現(xiàn)為：自然級(jí)配的廢石集料；充填料自淋混合工藝；集料與膠結(jié)材料分流輸送工藝和實(shí)現(xiàn)最佳用水量配合。

2、充填材料及制備

廢石膠結(jié)充填材料包括廢石集料和膠凝材料兩部分。采用礦山廢石作為充填集料，水泥作為膠凝材料。充填料制備包括廢石集料加工、水泥漿或砂漿制備。廢石膠結(jié)充填制備直接影響廢石膠結(jié)充填成本、充填體質(zhì)量和工業(yè)應(yīng)用規(guī)模，是充填工藝的主要工序。

2.1、充填材料

廢石集料是膠結(jié)充填的主要造成部分。為了獲得最好的力學(xué)性能指標(biāo)，要求廢石集料的不同粒級(jí)能相互填充，即小粒徑級(jí)的集料剛好能填充大粒徑級(jí)的集料的孔隙。但因充填體集料消耗量大，受成本因素制約，一般是就地取材，充分利用礦山掘進(jìn)廢石或露天礦剝離廢石和天然集料。

2.2、廢石料制備

井下掘進(jìn)廢石一般不需要加工，可以直接取用。國內(nèi)的豐山銅礦、金川鎳礦和凡口鉛鋅礦均直接采用井下掘進(jìn)廢石作為充填集料。如采用露天剝離廢石作為充填集料，往往需要進(jìn)行破碎。

廢石制備站主要包括廢石裝運(yùn)、廢石料倉和破碎工藝。

2.3、水泥漿制備

水泥漿制備主要有水泥倉、攪拌桶、穩(wěn)壓水池和輸漿管組成。散裝水泥一般要求配備破拱架，并在散裝水泥倉出口安裝給料機(jī)，給料機(jī)通過軟袋管與高效攪拌桶相連接。水泥漿的濃度以滿足充填料的混合要求為原則，其攪拌工藝用滿足水泥漿制備工程中不發(fā)生沉淀。

根據(jù)規(guī)模不同，水泥漿的制備可以采用間斷方式或連續(xù)方式。當(dāng)充填規(guī)模不大時(shí)，一般采用間斷廢石制漿，其工藝和系統(tǒng)較簡單，可靠性高。充填規(guī)模較大時(shí)，要求采用連續(xù)方式制漿。

3、充填輸送工藝

廢石膠結(jié)充填料的輸送一直是制約傳統(tǒng)充填工藝的主要環(huán)節(jié)。新工藝通過分流輸送徹底解決了這一難題。其中膠結(jié)充填料漿體可通過管道輸送到任何采場，而廢石散體則可采用多種輸送方式，如井下采用礦用汽車或鏟運(yùn)機(jī)。分流輸送工藝對充填料的輸送特性沒有特殊要求。因而，分流輸送的意義不僅僅在于解決了充填料的輸送問題，而且為實(shí)現(xiàn)最佳用水量配合和簡化物料的配合要求奠定了工藝基礎(chǔ)。

大中型礦山掘進(jìn)廢石不出坑時(shí)，掘進(jìn)廢石可通過井下礦用汽車或無軌車運(yùn)輸，分送到充填料混合點(diǎn)與水泥漿混合，再由鏟運(yùn)機(jī)或其它方式運(yùn)送到采空區(qū)充填。

掘進(jìn)廢石不出坑的充填工藝需要解決充填料的緩存及廢石的產(chǎn)出與充填的平衡問題。廢石在井下直接利用，可以降低廢石的提升成本，并且在地表不建設(shè)廢石場，是一種井下掘進(jìn)廢石短流程充填工藝。隨著無廢礦山的逐步推廣，這種短流程將是一種具有發(fā)展前景的充填工藝。

4、充填料自淋混合

廢石集料與膠凝材料的混合是膠結(jié)充填必不可少的一道工序，是廢石膠結(jié)充填料制備的核心工藝。也是決定能否大規(guī)模降低成本地應(yīng)用廢石膠結(jié)充填工藝的關(guān)鍵因素。通過試驗(yàn)和研究發(fā)現(xiàn)，采用自淋混合方式可以滿足采礦工藝的要求。這一混合方式不需要任何混合設(shè)備，具有工藝簡單、技術(shù)可靠和能耗低等優(yōu)點(diǎn)。而且大幅度降低了制造成本，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)充填。如豐山銅礦采用水泥漿自淋混合工藝，銅坑錫礦采用廢石和砂漿同時(shí)向采場下淋的混合工藝，均取得了很好的效果。

自淋混合可以實(shí)現(xiàn)充填料分流輸送，對充填料的流動(dòng)特性五特殊要求。滿足充填體力學(xué)性能是唯一的配合目標(biāo)。因而可按照最高充填體強(qiáng)度進(jìn)行最佳水量配合。因此，不但可以在一定的水泥用量條件下獲得最高的陳天逸強(qiáng)度指標(biāo)，或在一定強(qiáng)度值條件下使水泥用量最少，而且解決了充填料在井下脫水帶來的問題。

目前采用的自淋混合方式主要有水泥漿直接自淋混合、水泥漿溜槽自淋混合和廢石砂漿同時(shí)下料混合等方式。

5、采場充填

5.1、充填體隔墻

采空區(qū)充填之前均需在出礦水平構(gòu)筑隔墻，以防止充填料外泄。廢石膠結(jié)充填混合料的濃度高，廢石所占比例高，因而比純砂漿充填時(shí)構(gòu)筑隔墻簡單。一般可以采用磚料砌筑或散體料堆筑，當(dāng)然也可以采用木料構(gòu)筑。

5.2、充填方式

階段采場進(jìn)行充填時(shí)，從采場上部開掘采場充填井，將充填水平與采空區(qū)連通。充填料的充入方式則取決與充填井的傾角，有垂直充填井和斜充填井兩張充填方式。采用垂直充填井時(shí)，充填料垂直落入采空區(qū)，漿料與廢石料分布均勻，不會(huì)在充填料下落到采空區(qū)的工程中造成很明顯的充填料分級(jí)。當(dāng)采用斜充填井時(shí)，充填井的傾角一般大于55度，尤其要考慮到由于斜井的拋物作用二造成的粗細(xì)物料的分級(jí)效應(yīng)。

5.3充填接頂

階段采場的充填接頂量較小，接頂次數(shù)也較少。當(dāng)?shù)V山建設(shè)有砂漿充填系統(tǒng)時(shí)一般可采用砂漿進(jìn)行充填接頂。當(dāng)采用廢石水泥漿充填工藝時(shí)，若采用水泥砂漿充填接頂，則需要建設(shè)一套砂漿充填系統(tǒng)。因此，一般不采用砂漿接頂方式，而往往采用無軌鏟運(yùn)機(jī)或無軌推卸式鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行接頂。

6、充填體質(zhì)量保證措施

為了獲得滿意的廢石膠結(jié)充填體質(zhì)量，要求對每道工序嚴(yán)格把關(guān)。在工業(yè)應(yīng)用中累積的保障措施值得重視：

（1） 選用含泥量低的廢石原料；

（2） 控制充填混合料的含水率，根據(jù)廢石集料的含水率大小來調(diào)節(jié)水泥漿的實(shí)際濃度，使充填混合料的含水率滿足設(shè)計(jì)要求，

（3） 工業(yè)生產(chǎn)期間每個(gè)季度取樣檢測廢石料級(jí)配，每個(gè)工作班進(jìn)行廢石集料的含水率測定，每半個(gè)小時(shí)進(jìn)行一次水泥漿濃度檢測。當(dāng)取樣檢驗(yàn)結(jié)果與規(guī)定指標(biāo)不符合時(shí)及時(shí)調(diào)整有關(guān)參數(shù)。

（4） 定期測定充填混合料試塊的單軸抗壓強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)不符合設(shè)計(jì)要求時(shí)，及時(shí)分析原因。

（5） 及時(shí)觀測廢石膠結(jié)充填料的混合質(zhì)量。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請用PDF形式查看。