全尾砂似膏體充填參數(shù)優(yōu)化及設(shè)備優(yōu)選研究

肖旭峰，陳 維，鄭劍洪

(湖南黃金洞礦業(yè)有限責(zé)任公司， 湖南 岳陽市 414507)

0 前 言

大量地下礦山采用留礦法、房柱法、全面法、VCR法及分段(階段)空場法等采礦方法，遺留下大量的采空區(qū)，嚴(yán)重影響了礦山的繼續(xù)高效安全回采作業(yè)，給地下礦山帶來了巨大的隱患[1]。目前對采空區(qū)的處理方法主要有封閉、崩落、加固和充填四大類[2]。大量礦山實踐證明，采用充填法處理采空區(qū)對安全高效回采、地壓災(zāi)害控制及深井通風(fēng)降溫等作用重大[3]。

對于充填法，尤其是高濃度料漿充填的研究尚有很多需進一步研究的方面[4]：膏體充填料漿的流變性研究及膏體充填技術(shù)的推廣；剩余壓頭處理技術(shù)；全尾砂脫水技術(shù)和裝備優(yōu)化。

目前棖沖礦區(qū)共有約3.7萬m3的采空區(qū)，其中80中段及以上中段采空區(qū)體積為23100 m3、60中段采空區(qū)體積為4105.36 m3、40中段采空區(qū)體積為1845 m3、20中段采空區(qū)體積為5524.89 m3。目前采選規(guī)模為150～180 t/d，日平均空區(qū)體積為75 m3。采空區(qū)數(shù)量多，體積大，地壓災(zāi)害顯現(xiàn)重，對礦區(qū)繼續(xù)回采影響嚴(yán)重，必需對采空區(qū)進行充填處理。棖沖礦區(qū)充填采空區(qū)的主要目的如下：為黃金洞礦區(qū)全尾砂充填項目、充填泵性能積累經(jīng)驗；利用全尾砂膠結(jié)充填老窿空區(qū)，為回收老窿殘礦創(chuàng)造條件；采礦方法改為全尾砂嗣后充填，提高礦石回收率，保障采礦安全；尾砂充填采空區(qū)，緩解尾礦庫壓力，延長服務(wù)年限。

此外棖沖礦區(qū)礦體及破碎帶含泥量較多，水對地下工程的穩(wěn)定性影響較大。因此必須嚴(yán)格控制井下充填過程中帶來的水分，因此應(yīng)選取高濃度充填料漿進行充填，似膏體充填技術(shù)是符合礦山實際的充填技術(shù)。高濃度似膏體充填由于濃度高、阻力大，無法自流，必須加壓泵送壓送至采場[5]，初步確定充填料漿的濃度為72%左右。

1 充填料漿參數(shù)試驗研究

考慮老窿空區(qū)填充、礦區(qū)后期擴產(chǎn)等因素，充填系統(tǒng)日平均充填料漿量為200 m3/d。充填量較大，必須要對充填料漿參數(shù)進行系統(tǒng)的測試研究。全尾砂粒度分析結(jié)果說明棖沖礦區(qū)全尾砂細(xì)粒多，如表 1所示。細(xì)顆粒含量比例大對于充填體的強度和充填料漿的脫水等影響較大，還需對充填設(shè)備進行全面的分析優(yōu)選。

表1 全尾砂粒度分析結(jié)果

首先對礦區(qū)尾砂進行了動態(tài)濃密試驗：尾砂漿加入絮凝劑，經(jīng)過動態(tài)脫水，分別在不同時間取得底流，測得底流濃度為別為 54.40%、55.47%。試驗結(jié)果說明，由于棖沖礦區(qū)全尾砂細(xì)粒多導(dǎo)致濃密機脫水效果差，需采用壓濾機對全尾砂進行脫水。

對高濃度充填料漿流動性進行了試驗研究。目前大多采用坍落度指標(biāo)來反映料漿的流動性,一般認(rèn)為坍落度在 15 ～ 25 cm 之間有利于泵送[5]。由表 2的監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)濃度為 72%左右時，料漿的塌落度接近 25，流動性良好，適合充填井下。

表2 充填料漿坍落度試驗結(jié)果

此外，還對充填料漿的泌水特性進行了試驗，具體的試驗結(jié)果見表 3。相同的灰砂比下，濃度越大泌水率越低；相同的濃度下，灰砂比越大泌水率越低。

參考參考文獻[6～7]中的試驗方法，進行了不同參數(shù)下充填體強度試驗測試。根據(jù)試驗測試，充填體 28 d 強度為 0.41～4.61 MPa，強度參數(shù)見表 4，在滿足安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)上選取不同參數(shù)的料漿處理采礦區(qū)；充填體對應(yīng)的充填料配比為：32.5水泥全尾砂 =1∶4～1∶12。

表3 不同濃度和配比條件下充填料漿泌水特性

2 設(shè)備優(yōu)選研究

根據(jù)相似礦山充填流程，結(jié)合上述充填料漿參數(shù)及礦山的實際情況，初步確定棖沖礦區(qū)充填流程，如圖 1所示。

為了該流程的自動連續(xù)進行，必須要選取適當(dāng)?shù)某涮钤O(shè)備：

全尾砂通過渣漿泵加壓后，進入壓濾機壓濾成 80%～82%濃度的尾砂濾餅，用鏟車堆放在地表存砂坪，壓濾機設(shè)計日處理量為150 t；

利用地表斜坡(3.5 m高)的地理優(yōu)勢，自上而下分別構(gòu)建格篩(500 mm×500 mm)、雙軸攪散機、料倉(容量6 m3)、定量給料機。用鏟車將存砂坪濾餅卸入雙軸攪拌機，濾餅經(jīng)破碎后進入存料倉，存料倉通過定量給料皮帶秤輸出尾砂至刮板輸送機。

表4 黃金洞金礦充填體試塊抗壓強度

注：漿體濃度控制在70%～74%，泵送條件下濃度可達到76%；管道泵送倍線控制在3～6。

圖1 全尾砂充填試驗工藝流程

尾砂通過皮帶輸送機進入雙軸強力攪拌機(同時按一定比例添加水泥和水)、強力活化攪拌機。最后利用充填工業(yè)泵將調(diào)好的料漿通過充填管路輸送到采空區(qū)。充填系統(tǒng)設(shè)備選擇及布置見圖 2。

3 結(jié) 論

棖沖礦區(qū)采空區(qū)體積較大且礦體及破碎帶含泥量較多，必須采用似膏體高濃度充填，充填漿體濃度為 72%左右時，塌落度為 25 cm左右，料漿流動性較好；選用 325#普通硅酸鹽水泥，充填料漿灰砂比為 1∶4～1∶12，強度為 1～3 MPa左右；管道泵送倍線控制在3～6。

圖2 充填系統(tǒng)平面布置

充填料漿制備流程研究確定如下：全尾砂通過渣漿泵加壓后，進入壓濾機壓濾成 80%～82%濃度的尾砂濾餅，堆放在地表存砂坪；用鏟車將存砂坪濾餅卸入雙軸攪散機，濾餅經(jīng)破碎后進入存料倉，存料倉通過定量給料皮帶秤輸出尾砂至刮板輸送機；尾砂通過皮帶輸送機進入雙軸強力攪拌機(同時按一定比例添加水泥和水)、強力活化攪拌機；最后利用充填工業(yè)泵將調(diào)好的料漿通過充填管路輸送到采空區(qū)。

參考文獻：

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