王輝林 楊 鵬

(西部礦業(yè)股份有限公司，西寧 810000)

根據(jù)國(guó)家節(jié)能減排、綠色發(fā)展的要求，某鉛鋅礦自2017年啟動(dòng)充填采礦建設(shè)項(xiàng)目，截至2019年底已完成約12萬(wàn)m3的充填量，產(chǎn)生充填費(fèi)用約為1 500萬(wàn)[1-4]。該礦全尾砂膠結(jié)充填材料試驗(yàn)研究由長(zhǎng)沙有色冶金研究院承擔(dān)，配比結(jié)果經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，在1∶6配比下現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度高于試驗(yàn)報(bào)告測(cè)定數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)差別主要來(lái)源于不同試驗(yàn)地的溫度、濕度、空氣流通性[5-10]。由于充填成本較高，根據(jù)降本增效的工作要求，采用冶煉爐渣微粉可完全或部分替代水泥作為充填膠凝材料，遂在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行基礎(chǔ)試塊強(qiáng)度和添加定量冶煉爐渣微粉試塊強(qiáng)度研究[11-16]。

1 全尾砂充填材料試驗(yàn)

1.1 基礎(chǔ)試塊強(qiáng)度測(cè)定

采用標(biāo)號(hào)為 42.5#的水泥進(jìn)行基礎(chǔ)試塊配比、強(qiáng)度優(yōu)化試驗(yàn)(灰砂比為 1∶4、1∶6、1∶10、1∶12、1∶15；濃度為 3 組；齡期為 3 、7 、14 、28 和 60 d)。根據(jù)充填配比試驗(yàn)推薦參數(shù)，礦山采用灰砂比為1∶5～1∶15、濃度為71%的充填料、材料配比見(jiàn)表1。

根據(jù)測(cè)定的水、尾砂、水泥密度，配比一定的溶液置于模具內(nèi)(模具規(guī)格70 mm×70 mm×70 mm)存儲(chǔ)于井下養(yǎng)護(hù)，待達(dá)到特定期齡后進(jìn)行試塊壓縮試驗(yàn)，見(jiàn)圖1，基礎(chǔ)試塊強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 基礎(chǔ)試塊強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果Table 2 Strength measurement results of basic test block /MPa

圖1 現(xiàn)場(chǎng)試塊壓縮試驗(yàn)Fig.1 Field block compression test

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，1∶4～1∶6配比情況下3 d強(qiáng)度可達(dá)1 MPa以上，1∶4～1∶10配比情況下試塊7 d強(qiáng)度可達(dá)1 MPa以上。井下最高強(qiáng)度配比1∶6替代1∶4。

1.2 微粉試塊強(qiáng)度測(cè)定

膠結(jié)充填材料及配比既是決定充填體強(qiáng)度的關(guān)鍵指標(biāo)，又是影響充填成本的主要因素，合理的充填材料和配比應(yīng)該是以最低成本使膠結(jié)充填體滿(mǎn)足采礦工藝要求。為此需要解決兩個(gè)主要問(wèn)題：其一是在盡可能低灰砂比的條件下，使充填體達(dá)到最高強(qiáng)度值；其二是能夠滿(mǎn)足采礦工藝對(duì)充填體強(qiáng)度所要求的范圍，盡可能采用較低成本的充填料配比。在此基礎(chǔ)上分別進(jìn)行微粉試塊試驗(yàn)以及數(shù)據(jù)對(duì)比工作，其中包括配比1∶4、1∶5、1∶6、1∶8、1∶10、1∶12、1∶15的相關(guān)數(shù)據(jù)。微粉試塊強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 微粉試塊強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果Table 3 Strength measurement results of powder sample blocks

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，相同濃度配比，同期齡下冶煉爐渣微粉在20%情況下體現(xiàn)出較好的強(qiáng)度，但隨著爐渣微粉比重的下降或提高，其強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。

1.3 對(duì)比與分析

3 d、7 d期齡下，基礎(chǔ)試塊與15%、20%、25%微粉試塊強(qiáng)度對(duì)比如圖2所示。

圖2 基礎(chǔ)試塊與15%、20%、25%微粉試塊強(qiáng)度對(duì)比圖Fig.2 Strength comparison diagram of basic test block and 15%，20% and 25% micro powder test block

不同期齡、不同配比、不同微粉量試塊強(qiáng)度對(duì)比如圖3所示。

圖3 不同期齡、不同配比、不同微粉量試塊強(qiáng)度對(duì)比表Fig.3 Strength comparison table of test blocks of different ages，different proportions and different amounts of powder

1)根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，其中充填配比在1∶4、1∶5、1∶6微粉加量小于或等于20%，其7 d試塊強(qiáng)度與不添加微粉的試塊強(qiáng)度基本一致，能滿(mǎn)足井下設(shè)備的生產(chǎn)要求。

2)灰砂配比越高，微粉加入影響強(qiáng)度就越小，配比越低，影響越大。

推薦：高配比(1∶4、1∶5)充填建議采用20%～25%微粉；中配比(1∶6、1∶8)充填建議采用20%左右微粉；低配比(1∶10、1∶12、1∶15)充填建議采用15%～20%微粉。

2 現(xiàn)場(chǎng)充填技改及應(yīng)用

現(xiàn)有充填系統(tǒng)為全尾砂+水泥膠結(jié)充填，既解決冶煉廢渣的存儲(chǔ)問(wèn)題，又增加冶煉廠(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。冶煉廢渣具有一定的膠結(jié)性能，添加適量的冶煉爐渣，可增加充填料漿的流動(dòng)性，適當(dāng)降低充填成本。根據(jù)礦山的充填配比試驗(yàn)初步結(jié)果，冶煉爐渣替代水泥，其量控制在20%左右時(shí)，不影響充填體強(qiáng)度。

在獲得試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，就目前的充填工藝系統(tǒng)提出技改方案。在已有水泥輸送系統(tǒng)基礎(chǔ)上，需新增一套冶煉爐渣輸送系統(tǒng)，包括冶煉爐渣儲(chǔ)存?zhèn)}、螺旋計(jì)量等輸送設(shè)備等。技改方案投資費(fèi)用見(jiàn)表4。

表4 技改方案投資費(fèi)用表Table 4 Investment expense table of technical renovation plan /萬(wàn)元

3 結(jié)論

現(xiàn)有充填系統(tǒng)設(shè)計(jì)年充填能力為1 255 m3/d，年最大充填能力41萬(wàn)m3，井下平均充填濃度為1∶10，按水泥120 kg/m3，則年消耗水泥量約為5萬(wàn)t，按照目前水泥的市場(chǎng)價(jià)460元/t，則水泥成本為2 300萬(wàn)元/a。按照試驗(yàn)結(jié)果，爐渣微粉替代20%水泥，則每年替代的水泥量為1萬(wàn)t。根據(jù)西鋼提供的冶煉爐渣到廠(chǎng)價(jià)格：出廠(chǎng)價(jià)格+運(yùn)費(fèi)(按水泥袋計(jì)，由于充填站需用高壓風(fēng)將水泥放至水泥砂倉(cāng)，增加中間環(huán)節(jié)的費(fèi)用未考慮)=355元/t，則每噸膠結(jié)材料節(jié)省105元/t，因此，充填膠結(jié)材料年節(jié)省費(fèi)用約105萬(wàn)元。按今年充填量(18萬(wàn)m3)計(jì)算，年消耗水泥量為2.2萬(wàn)t，年替代的水泥量為4 400 t，則節(jié)約水泥成本46萬(wàn)。