李宛鴻 尹 瓊 肖光文

(1.昆明冶金高等?？茖W(xué)校；2.云南臨滄鑫圓鍺業(yè)股份有限公司)

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云南大寨鍺礦全尾砂膠結(jié)充填工藝研究

李宛鴻1尹 瓊1肖光文2

(1.昆明冶金高等?？茖W(xué)校；2.云南臨滄鑫圓鍺業(yè)股份有限公司)

針對(duì)目前云南大寨鍺礦采用“水平分層膏體充填法”開采現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了高濃度全尾砂膠結(jié)充填工藝，做到節(jié)能節(jié)材，是保護(hù)周邊環(huán)境，減少固體廢料污染的有效途徑。

全尾砂 膠結(jié)充填 工藝研究

大寨鍺礦位于臨滄市臨翔區(qū)西偏北直線距離8 km的幫賣盆地內(nèi)，地處盆地北段西緣，行政區(qū)劃屬云南省臨滄市臨翔區(qū)章馱鄉(xiāng)幫賣村。大寨鍺礦具有獨(dú)立的開拓、采礦、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水等系統(tǒng)。設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為9萬t/a，以銷定產(chǎn)實(shí)際5萬t/a。現(xiàn)采用“下向進(jìn)路水平分層膏體充填法”開采，設(shè)計(jì)高濃度全尾砂膠結(jié)充填工藝，在保證礦石回采率達(dá)到93%的基礎(chǔ)上，對(duì)采空區(qū)進(jìn)行了高效環(huán)保充填處理，有效保證了礦山持續(xù)綠色開采[1]。

1 充填方案選擇

鑒于安全、環(huán)保及成本要求，充填材料首選為選礦尾砂、礦山廢料、工業(yè)廢渣以及地方材料[2-3]。目前國內(nèi)充填的工藝方案主要包括分級(jí)尾礦充填、高濃度全尾礦膠結(jié)充填、膏體泵送及廢石膠結(jié)充填等。

分級(jí)尾砂充填是目前我國應(yīng)用最為廣泛的充填工藝，有膠結(jié)和非膠結(jié)兩種，特征參數(shù)為：質(zhì)量濃度65%～70%、脫水量30%～15%[4]；高濃度全尾砂膠結(jié)充填指的是在靜止的水中沉降濃度最大的全尾礦，其特征參數(shù)為：質(zhì)量濃度70%～75%、脫水量3%～6%[5]；膏體泵送膠結(jié)充填骨料主要是由粉煤灰、磨碎爐渣等配制成的，其特征參數(shù)為：料漿濃度75%～80%，脫水量幾乎為0，輸送過程比較困難，因此選用泵輸送，膏體輸送泵可采用德國產(chǎn)KOS或KSP雙缸液壓活塞泵和沈陽建設(shè)機(jī)械總公司生產(chǎn)的HBT混凝土泵；廢石膠結(jié)充填選用的骨料是由破碎料和掘進(jìn)產(chǎn)生的廢棄石頭自然配制而成，膠結(jié)材料是由純水泥漿或通過水泥砂漿組成，其特點(diǎn)是充填所需的強(qiáng)度較高，但是效率相對(duì)較低，因此要采取一些特殊方式避免這種缺點(diǎn)[6-7]。

分析大寨鍺礦現(xiàn)有條件，根據(jù)充填工藝的特點(diǎn)，采用尾砂充填方案。

2 充填工藝設(shè)計(jì)

高濃度全尾砂膠結(jié)充填主要有充填站以及各管網(wǎng)構(gòu)成。充填站主要由砂倉、水泥倉、給料及攪拌制漿等裝置組成。

2.1 全尾砂漿制備

2.1.1 全尾砂漿脫水

選廠浮選尾砂的含水量很大(濃度很低)，全尾砂的含泥量高，滲透性低，在脫水過程中要避免過量細(xì)泥物料的排放。

大寨鍺礦充填站全尾砂來源主要是尾砂庫的半干尾砂，故脫水問題不突出。為保證造漿濃度，砂倉中需要水面高出砂面0.2～0.5 m。

2.1.2 全尾砂漿的制漿

貯存在砂倉內(nèi)的尾砂一般靠重力自流放砂，但是砂倉內(nèi)沉淀后的飽和尾砂很難通過DN150管道放出，必須對(duì)管道上口的沉砂進(jìn)行松動(dòng)造漿。分級(jí)尾砂松動(dòng)和造漿可以用水也可以用氣；全尾砂只能壓氣，以免漿體被稀釋，濃度變低，達(dá)不到濃度要求。

為了保持砂倉放出的砂漿濃度和流量的穩(wěn)定性，需要在砂倉底部(斗倉內(nèi))設(shè)置一定數(shù)量的松動(dòng)與造漿噴嘴，其網(wǎng)度(或間距)按0.6～0.8 m2，噴嘴安裝軸線與水平面垂直。放砂前需要對(duì)砂倉內(nèi)飽和尾砂進(jìn)行20～30 min的壓氣造漿，放砂時(shí)放砂管上方始終打開4只噴嘴，其余幾圈噴嘴輪流工作進(jìn)行活化造漿。造漿裝置包括空壓機(jī)、支管控制閥門及壓氣造漿噴嘴。15 m高的砂倉滿倉時(shí)造漿壓氣的壓力為0.4～0.6 MPa，按單位砂漿的放出量計(jì)算壓氣耗氣量為20 m3/m3。

2.2 水泥貯放

水泥貯存采用鋼制筒倉，要求密閉好、防潮濕，強(qiáng)度系數(shù)能夠滿足水泥滿倉的要求，水泥進(jìn)倉和出倉機(jī)械化程度高，飛塵污染少，水泥存?zhèn)}質(zhì)量穩(wěn)定，倉容積利用率高，倉內(nèi)黏結(jié)少，出倉流動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)。

水泥倉底部通常為圓截錐形，錐角不易大于60°，斗倉下口以上1/4～1/3高度處安裝流態(tài)氣化管，以防止倉內(nèi)水泥結(jié)拱堵塞。斗倉下口裝有可調(diào)節(jié)流量的插板、螺旋給料機(jī)，向攪拌槽定量給料。給料速度由變頻器控制，以滿足配比設(shè)計(jì)要求。

2.3 充填漿料的制備

將全尾砂、水泥和水等相關(guān)材料根據(jù)要求配制好后，貯存在鋼制筒倉。這種砂倉具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小、自動(dòng)化程度高、機(jī)械設(shè)備少，放砂連續(xù)性好，適合于充填漿體的井下管道輸送，其濃度波動(dòng)穩(wěn)定在65%～75%。

大寨鍺礦充填站設(shè)計(jì)為地面自流式攪拌站，鋼板制作的立式砂倉底部由8根φ406 mm×12 mm的鋼管支撐。制漿步驟主要為：首先通過豎立式砂倉,將70%左右濃度的砂漿從底部放出，接著螺旋給料機(jī)給水泥到水泥倉，水泥倉將其按一定的比例進(jìn)行攪拌，最后制出73.6%～75.9%的高濃度全尾砂漿，輸送到布置好的管網(wǎng)中。

2.4 充填料漿輸送

全尾砂高濃度膠結(jié)充填料漿屬于似均質(zhì)結(jié)構(gòu)流體。由于在輸送過程中會(huì)由高差產(chǎn)生自流，因此設(shè)計(jì)充填倍線控制在3.0左右。大寨鍺礦充填鉆孔標(biāo)高1 652～1 330 m，高差為322 m，需要設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為624 m的水平管道，而超出的部分則需增加壓氣助推輔助措施助流。

壓氣助推方法即是在水平管道每隔一定距離加設(shè)壓氣助推噴嘴，噴嘴的方向和砂漿流向成30°角，噴嘴間隔距離50～60 m。輸砂管上方鋪設(shè)壓風(fēng)管，助推噴嘴的用氣有壓風(fēng)管供給，每處噴嘴耗氣量0.12 m3/min[9]。

2.5 充填鉆孔及管網(wǎng)

充填鉆孔應(yīng)遵循以下要求設(shè)置與施工：①鉆孔應(yīng)選在距離充填采空區(qū)水平距離最短的位置，以降低充填倍線；②鉆孔下口應(yīng)盡量靠近主要運(yùn)輸巷，以減少井下充填巷道工程量和基建投資；③鉆孔垂直度控制在1%以內(nèi)，以便井下準(zhǔn)確對(duì)位；④鉆孔與地表充填站應(yīng)設(shè)在地表塌落線外20 m，以保證充填站和充填鉆孔的安全；⑤鉆孔與地面站盡可能利用貧瘠的土地和荒坡，或在已征土地，少占耕地和村莊，減少投資；⑥鉆孔孔徑大小根據(jù)地質(zhì)條件和充填管徑確定，第四系土層為φ250 mm，基巖為φ170～φ200 mm,鉆孔內(nèi)有套管和充填管，鋼套管一般為φ219 mm×6 mm或者φ168 mm×6 mm，充填管為φ146 mm×12 mm,材質(zhì)為16Mn或復(fù)合陶瓷管;⑦套管與鉆孔壁用42.5級(jí)硅酸鹽水泥固定,第四系(Q4)鉆孔可采用泥漿護(hù)壁或水泥漿固結(jié),掃孔清洗按地質(zhì)鉆孔要求進(jìn)行，內(nèi)管下入后套管和充填管之間采用優(yōu)質(zhì)泥漿灌滿；⑧在鉆孔施工過程中，對(duì)所取得巖心進(jìn)行地質(zhì)編錄；⑨垂直鉆孔底部安裝三通(盲板)，以便在垂直充填管堵塞時(shí)處理。垂直鉆孔下端位于充填采場(chǎng)運(yùn)輸巷道，主要運(yùn)輸巷道一般采用普通鋼管與鉆孔充填內(nèi)管相連，規(guī)格為φ133 mm×10 mm或φ127 mm×10 mm;采場(chǎng)充填管與主要巷道采用三通連接，進(jìn)入采場(chǎng)充填管采用半透明的樹脂管φ120 mm×10 mm，樹脂管另接一個(gè)三通,以便清洗水排入運(yùn)輸巷排水溝。水平輸砂管連接可以采用GJJ型柔性環(huán)形卡箍[10]。

2.6 充填系統(tǒng)自動(dòng)控制

自動(dòng)控制系統(tǒng)包括：儀表自動(dòng)監(jiān)測(cè)、顯示和微機(jī)自動(dòng)處理。為了加強(qiáng)質(zhì)量控制、保持正常連續(xù)生產(chǎn)及管理，充填站應(yīng)對(duì)尾砂、水泥及水流量與砂漿濃度進(jìn)行計(jì)量和控制。檢測(cè)內(nèi)容包括：砂倉砂位、水泥倉料位、攪拌桶液位、放砂濃度、放砂流量、水泥給料量以及制備的充填漿料濃度、灰砂比、流量等。

(1)全尾砂料漿計(jì)量控制。立式砂倉水砂界面儀測(cè)定砂倉砂位和存量，砂倉底部放砂管內(nèi)全尾砂漿濃度與流量分別由安裝在管道上的核密度儀和電磁流量計(jì)來檢測(cè)。

(2)水泥倉料位由設(shè)置在倉頂?shù)睦走_(dá)料位計(jì)檢測(cè)，水泥由倉底螺旋給料機(jī)輸送，通過控制變頻器調(diào)整速度對(duì)水泥給料進(jìn)行調(diào)節(jié)。

(3)灰砂比控制。按設(shè)計(jì)的灰砂比與灰水比計(jì)算出全尾砂(干)給料機(jī)給料量及水量，再按充填料漿濃度計(jì)算全尾砂漿的濃度。上述參數(shù)分別由核密度計(jì)、流量計(jì)、控制閥和稱重式螺旋給料機(jī)控制。

(4)高濃度攪拌桶液位由超聲波液位計(jì)檢測(cè)，根據(jù)攪拌桶額定液位上下限確定攪拌桶進(jìn)出砂漿的流量。

為了確保漿體濃度的穩(wěn)定，設(shè)置漿體濃度控制裝置，當(dāng)濃度過高，則由電動(dòng)夾管閥向攪拌桶添加適量清水，從而實(shí)時(shí)控制漿體濃度。

充填漿體流量及濃度檢測(cè)分別采用安裝在攪拌桶下部充填管上的核密度計(jì)和電磁流量計(jì)完成。

(5)充填站內(nèi)主要用電設(shè)備，如給料機(jī)、攪拌筒、砂泵、水泵等均有各自的電流、電壓表，充填站應(yīng)設(shè)置總電功表。

為了實(shí)施上述自動(dòng)檢測(cè)、控制并及時(shí)采集記錄打印、分析充填系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，設(shè)計(jì)采用一套電腦控制與顯示系統(tǒng)。

3 結(jié) 語

大寨鍺礦全尾砂膠結(jié)充填站工程項(xiàng)目建成后，提高了礦山回采效率，選礦尾礦全部得到利用，不用建設(shè)新的尾礦庫，基本上實(shí)現(xiàn)了無廢開采，有效地保護(hù)礦區(qū)及周邊自然生態(tài)環(huán)境，有著很好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)環(huán)境效益。

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2016-08-30)

李宛鴻(1985—)，女，助教，碩士研究生，650000 云南省昆明市。