云南大寨鍺礦全尾砂膠結(jié)充填工藝研究

李宛鴻 尹 瓊 肖光文

(1.昆明冶金高等專科學(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。大寨鍺礦具有獨立的開拓、采礦、運輸、通風(fēng)、排水等系統(tǒng)。設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模為9萬t/a，以銷定產(chǎn)實際5萬t/a?，F(xiàn)采用“下向進(jìn)路水平分層膏體充填法”開采，設(shè)計高濃度全尾砂膠結(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，其特點是充填所需的強(qiáng)度較高，但是效率相對較低，因此要采取一些特殊方式避免這種缺點[6-7]。

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

2 充填工藝設(shè)計

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，必須對管道上口的沉砂進(jìn)行松動造漿。分級尾砂松動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。放砂前需要對砂倉內(nèi)飽和尾砂進(jìn)行20～30 min的壓氣造漿，放砂時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高的砂倉滿倉時造漿壓氣的壓力為0.4～0.6 MPa，按單位砂漿的放出量計算壓氣耗氣量為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，出倉流動性好等優(yōu)點。

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)簡單、占地面積小、自動化程度高、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，其濃度波動穩(wěn)定在65%～75%。

大寨鍺礦充填站設(shè)計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由高差產(chǎn)生自流，因此設(shè)計充填倍線控制在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)計長度為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處理。垂直鉆孔下端位于充填采場運輸巷道，主要運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;采場充填管與主要巷道采用三通連接，進(jìn)入采場充填管采用半透明的樹脂管φ120 mm×10 mm，樹脂管另接一個三通,以便清洗水排入運輸巷排水溝。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)自動控制

自動控制系統(tǒng)包括：儀表自動監(jiān)測、顯示和微機(jī)自動處理。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)對尾砂、水泥及水流量與砂漿濃度進(jìn)行計量和控制。檢測內(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)全尾砂料漿計量控制。立式砂倉水砂界面儀測定砂倉砂位和存量，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來檢測。

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

(3)灰砂比控制。按設(shè)計的灰砂比與灰水比計算出全尾砂(干)給料機(jī)給料量及水量，再按充填料漿濃度計算全尾砂漿的濃度。上述參數(shù)分別由核密度計、流量計、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檢測，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，則由電動夾管閥向攪拌桶添加適量清水，從而實時控制漿體濃度。

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

(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。

為了實施上述自動檢測、控制并及時采集記錄打印、分析充填系統(tǒng)運行參數(shù)，設(shè)計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。