全尾砂膠結(jié)充填在某白鎢礦山的應(yīng)用

萬林海

（江西省修水香爐山鎢業(yè)有限責(zé)任公司，江西 修水 332400）

某白鎢礦山為夕卡巖型白鎢礦床，C+D級(jí)WO3金屬量21.66萬t，平均品位0.663%。礦體平面分布與背斜樞紐一致，總體走向北東－南西，礦化總長度大于3200 m。礦區(qū)共有白鎢礦體50個(gè)。主礦體長1250 m，傾斜長576 m，礦體埋深 40～300 m，礦頭標(biāo)高 358～658 m，礦體厚 2.55～45.59 m，儲(chǔ)量占全礦區(qū)儲(chǔ)量的90%。礦床水文地質(zhì)條件簡單。礦山采用無軌平硐開拓,采礦方法為全面法、房柱法及留礦法等，礦山生產(chǎn)規(guī)模為2000 t/d。礦山從20世紀(jì)90年代開采至今，井下采空區(qū)體積已達(dá)300多萬m3，并以每年20多萬m3的速度增加，采空區(qū)超高超大，地壓問題日益突顯，井下局部地段出現(xiàn)過地壓顯現(xiàn)活動(dòng)，發(fā)生大規(guī)模地壓活動(dòng)的可能性逐步增強(qiáng)，成為礦山安全開采的主要影響因素。為了防止或限制采空區(qū)大面積塌方和地表沉陷，維護(hù)礦柱圍巖的穩(wěn)定性，提高資源回收率，必須對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填。

1 充填材料與強(qiáng)度試驗(yàn)

1.1 充填材料的選擇

尾砂膠結(jié)充填是金屬礦山應(yīng)用較廣泛一種充填方法。尾砂包括分級(jí)尾砂和全尾砂，尾砂通常來源于礦山選廠，不同礦山的全尾砂，其粒級(jí)組成各不相同[1]。

該礦山選礦廠全尾砂粒級(jí)組成見表1，－0.074 mm的達(dá)到64.79%，粒度極細(xì)，如果采用分級(jí)尾砂作為充填骨料，將留下大量的不能堆壩的細(xì)粒級(jí)尾砂，不僅會(huì)增加尾砂壩的筑壩工作難度，而且增大尾砂壩的庫容壓力。礦山通過試驗(yàn)研究表明使用礦山全尾砂作為充填骨料，425#普通硅酸鹽水泥作為膠凝材料，充填用水為礦山生產(chǎn)用水，可以較為經(jīng)濟(jì)合理的制備出符合礦山充填體強(qiáng)度要求的充填料漿[2]。

表1 全尾砂粒級(jí)組成

1.2 充填試塊的強(qiáng)度試驗(yàn)

通過對(duì)不同濃度、不同灰砂比、不同齡期的全尾砂試塊進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，研究充填濃度、灰砂比、保養(yǎng)期對(duì)試塊強(qiáng)度的影響。

（1）試驗(yàn)基本條件。采用425#普通硅酸鹽水泥做膠結(jié)材料，全尾砂做骨料，分別按 1∶4、1∶10、1∶20的灰砂比，70%、75%、80%的質(zhì)量濃度制備試塊。

（2）試驗(yàn)結(jié)果及分析。試驗(yàn)結(jié)果見表2。試驗(yàn)結(jié)果表明，充填料膠結(jié)強(qiáng)度隨著試塊保養(yǎng)期的延長而升高。同時(shí)水泥和充填濃度是充填料膠結(jié)強(qiáng)度的決定因素，當(dāng)砂漿濃度相同時(shí)，試塊的單軸抗壓強(qiáng)度隨水泥含量的增加而提高；當(dāng)灰砂比相同時(shí)，試塊的單軸抗壓強(qiáng)度隨料漿濃度的上升而提高。顯然，在保證充填體強(qiáng)度的前提下，應(yīng)選擇合理的灰砂配比和合理的料漿輸送濃度以保證充填質(zhì)量和降低充填成本[3]。

表2 全尾砂膠結(jié)充填抗壓強(qiáng)度

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)大體積充填用的充填料配比參數(shù)，砂漿重量濃度為70%，灰砂比1∶10，28 d抗壓強(qiáng)度即可達(dá)1.29 MPa，基本可滿足本礦上向水平分層充填采礦法對(duì)充填體強(qiáng)度的要求，具體選用時(shí)還要根據(jù)輸送性能、采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)及殘礦回采工藝確定。

1.3 充填量計(jì)算

（1）年充填采空區(qū)體積

式中：Vn為年平均充填采空區(qū)體積，m3/a；Vk為年回采的礦石量，t/a；Z為采充比，取Z=1；γk為礦石體重，3.16 t/m3。

（2）年充填料漿需用量

式中：Qn為年充填料漿需用量，m3/a；K1為流失系數(shù)，取 K1=1.05；K2為沉縮比，取 K2=1.05。

2 充填工藝流程

全尾砂膠結(jié)充填工藝流程主要有4條生產(chǎn)線，即全尾砂輸送給料線、水泥儲(chǔ)存給料線、調(diào)濃水給料線及充填料攪拌輸送線[4]，工藝流程見圖1。

圖1 某白鎢礦山全尾砂膠結(jié)充填工藝流程

選廠產(chǎn)出的全尾砂漿通過活塞漿體泵送至立式砂倉頂部。當(dāng)充填站需要制備料漿充填到井下采空區(qū)時(shí)，進(jìn)入砂倉頂部的尾砂經(jīng)濃縮沉降后由砂倉底部管路放出進(jìn)入高濃度攪拌槽內(nèi)，啟動(dòng)雙管螺旋輸送機(jī)把水泥粉送入高濃度攪拌槽內(nèi)高速攪拌，按濃度要求添加定量的水并攪拌均勻后進(jìn)入漿體活塞式輸送泵或者自流輸送至采場(chǎng)。

2.1 全尾砂輸送給料線

來自選礦廠的質(zhì)量濃度為20%左右的全尾砂漿通過自流進(jìn)入全尾砂輸送泵前的低濃度攪拌桶，混合均勻后給全尾砂輸送泵給料，通過全尾砂輸送泵將全尾砂漿體輸送到充填站內(nèi)的立式砂倉頂部，尾砂顆粒在重力的作用下快速沉到砂倉底部，砂倉底部沉積的高濃度尾砂漿通過風(fēng)水聯(lián)動(dòng)裝置進(jìn)行活化造漿，為充填作業(yè)提供穩(wěn)定的高濃度尾砂漿。按照礦山生產(chǎn)規(guī)模和老采空區(qū)充填的需要，建設(shè)2套1000 m3濃縮脫水儲(chǔ)存裝置進(jìn)行全尾砂脫水。正常充填作業(yè)時(shí)，一套裝置即可滿足正常采礦生產(chǎn)作業(yè)要求，另一套系統(tǒng)可以通過自流的方式對(duì)老采空區(qū)實(shí)施充填。放砂管上安裝有礦漿濃度計(jì)、電磁流量計(jì)及電動(dòng)管夾閥，對(duì)砂倉底流參數(shù)進(jìn)行控制，給高濃度攪拌桶提供合格濃度的尾砂漿。

2.2 水泥儲(chǔ)存給料線

散裝水泥由水泥罐車直接運(yùn)至充填站，通過水泥罐車自帶的壓氣裝置將水泥輸送到水泥倉。充填時(shí)，水泥從水泥倉自流至雙管螺旋喂料機(jī)，送至高濃度攪拌桶，通過雙管螺旋喂料機(jī)的變頻調(diào)速器調(diào)節(jié)水泥給料量，滿足充填配比要求。選擇SIW5－ 300/3000雙管螺旋輸送機(jī)2臺(tái)，輸送最大能力Q=35 m3/h。水泥倉頂設(shè)有除塵器、料位計(jì)及檢查孔。根據(jù)最大充填量時(shí)需要膠結(jié)材料的用量存貯3天的水泥用量，另建2個(gè)幾何容積300 m3的水泥倉，以滿足日均井下充填和最大充填作業(yè)的膠結(jié)材料需求。

2.3 調(diào)濃水給料線

當(dāng)充填料漿濃度過高時(shí)，需向高濃度攪拌桶供給適當(dāng)?shù)乃{(diào)節(jié)充填料漿濃度。調(diào)濃水來自常壓水供水池，供水線上安裝有電磁流量計(jì)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥及手動(dòng)閥，調(diào)濃水量由電磁流量計(jì)檢測(cè)，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)。

2.4 充填料攪拌輸送線

全尾砂漿、水泥及調(diào)濃水經(jīng)各自的供料線按設(shè)計(jì)配比進(jìn)入高濃度攪拌桶，制備成濃度較高的充填料漿。根據(jù)日平均充填量698 m3/d，選用 2000 mm×2100 mm高濃度攪拌桶，該設(shè)備小時(shí)制備能力為80～100 m3充填料漿。選用2臺(tái)設(shè)備，2個(gè)尾砂濃縮貯存裝置都可以給攪拌桶供全尾砂料漿。正常生產(chǎn)時(shí)，一套系統(tǒng)有效工作時(shí)間9 h就可完成當(dāng)日充填任務(wù)；在尾砂有富裕的情況下，該套系統(tǒng)的富裕時(shí)間和另外一套系統(tǒng)可以同時(shí)工作對(duì)老采空區(qū)實(shí)施充填。根據(jù)充填采場(chǎng)所處位置，可以采用濃料輸送泵對(duì)充填料漿進(jìn)行加壓輸送或者自流輸送。選用1臺(tái)雙缸活塞輸送泵，這種泵具有泵壓自適應(yīng)功能，可以根據(jù)需要的輸送壓力調(diào)整液壓站壓力滿足充填壓力需求。高濃度攪拌桶出料管道上裝有礦漿濃度計(jì)、電磁流量計(jì)及電動(dòng)管夾閥，用以檢測(cè)充填料漿流量、濃度，并對(duì)充填料漿流量進(jìn)行控制。

3 采場(chǎng)充填

礦山主礦體劃分為東部（0～16號(hào)勘探線）采區(qū)和西部（16～24號(hào)勘探線）采區(qū)，東部采區(qū)現(xiàn)處于殘礦回采及采空區(qū)處理階段，擁有大量的高品位礦柱、礦壁和頂板礦石需要回收，礦山采用上向水平分層充填采礦法對(duì)東部殘礦進(jìn)行回采及采空區(qū)進(jìn)行充填處理，如圖2所示。

圖2 上向水平分層充填采礦法

（1）充填前的準(zhǔn)備工作。采場(chǎng)底板礦石清理完畢后，將設(shè)備移出采場(chǎng)；構(gòu)筑擋墻密封采區(qū)。用鋼筋混凝土擋墻封閉采區(qū)各個(gè)進(jìn)路口，鋼筋綁扎前在巷壁四周鉆孔，鋼筋直接插入鉆孔中。在采場(chǎng)內(nèi)沿對(duì)角掛設(shè)排滲水管道用于排水，擋墻上部預(yù)留出入口和觀察窗，注意密封好擋墻與巖壁之間的空隙，防止跑漿漏漿；檢查地表充填制備站與充填采場(chǎng)之間的線路，信號(hào)裝置與照明設(shè)備。

（2）井下充填管路。井下充填系統(tǒng)由充填鉆孔、充填平巷、充填天井、沿脈巷道、穿脈巷道和充填管道等組成，充填鉆孔直徑為152 mm，孔深80 m，充填料漿根據(jù)采場(chǎng)離鉆孔下方的水平距離選擇自流或者泵壓輸送[5]。

（3）采場(chǎng)充填。所有充填準(zhǔn)備工作完成后，即可按設(shè)計(jì)配比進(jìn)行采場(chǎng)充填。各分層（除最后分層）充填高度距采場(chǎng)頂板應(yīng)留出至少2 m高的自由空間，以便對(duì)頂板的殘礦進(jìn)行回采。充填下料點(diǎn)原則是靠近采空區(qū)頂部中央位置，當(dāng)長寬比較大時(shí)應(yīng)采用多點(diǎn)同時(shí)下料。尾砂料漿經(jīng)充填輸送管道輸送至采空區(qū)，依靠排滲水管道和礦巖裂隙脫水[6]。

在對(duì)主礦體采場(chǎng)充填的實(shí)踐中，存在一些具體問題，通過研究和改變工藝使其得到解決：

（1）重量濃度70%以下的充填料漿進(jìn)入采場(chǎng)后，由于料漿的離析脫水，降低了充填體的強(qiáng)度和均質(zhì)性。需要進(jìn)一步提高充填料漿濃度，使其穩(wěn)定在70%～75%之間。

（2）充填擋墻與礦壁接觸帶上易發(fā)生充填料漿泄露，污染井下環(huán)境，浪費(fèi)充填料漿。需要對(duì)接觸帶處進(jìn)行水泥砂漿噴漿處理。

（3）最后分層充填接頂率低?？紤]采用加壓泵送充填料，提高充填料漿的濃度，同時(shí)在充填料漿中適度加入一些膨脹劑，如鎂鹽等改善充填料因凝固收縮形成的空頂。

4 結(jié)語

（1）全尾砂膠結(jié)充填是充填工藝發(fā)展的一個(gè)方向，一方面提高了尾砂利用率，滿足礦山對(duì)充填骨料的需求，另一方面減輕了尾礦庫的壓力和環(huán)境污染[7]。在某白鎢礦山的全尾砂充填應(yīng)用，體現(xiàn)了該充填工藝的優(yōu)越性。

（2）全尾砂膠結(jié)充填工藝需要根據(jù)礦山的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，解決具體問題，并在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷完善工藝流程和技術(shù)路線。

（3）通過近年的生產(chǎn)實(shí)踐表明采用上向水平分層充填采礦法，可以安全的進(jìn)行殘礦回采和采空區(qū)治理，提高礦石的回采率和防止地表塌陷。

[1]張 璐，呂廣忠.金屬礦山充填采礦法中充填材料的應(yīng)用及展望[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2010，（1）：20－22.

[2]段進(jìn)超.某礦全尾砂膠結(jié)充填材料和充填工藝的選擇[J].采礦技術(shù)，2013，13（1）：12－13.

[3]馬麗平.全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)在柿竹園礦的應(yīng)用[J].湖南有色金屬，1999，15（2）：9－11.

[4]張興才，譚遠(yuǎn)洪，呂炳軍.大冶鐵礦西部礦體全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)的探討[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2013，（7）：69－70.

[5]張 飛，張 衡，劉德峰.尾砂膠結(jié)充填在某金屬礦采空區(qū)處理中的運(yùn)用[J].有色金屬，2013，65（4）：16－19.

[6]呂彥伸.全尾砂膠結(jié)充填在哈圖金礦的試驗(yàn)及應(yīng)用[J].新疆有色金屬，2012，（1）：3－4.

[7]趙 勇，汪德浩.侯莊礦膠結(jié)充填工藝探索[J].金屬礦山，2013，（1）：56－58.