高濃度全尾砂充填在上向水平分層膠結(jié)充填采礦法中的應(yīng)用

（福建省政和縣源鑫礦業(yè)有限公司，福建 南平 353000）

通過試驗(yàn)研究，根據(jù)礦山生產(chǎn)需要，逐步停用原分級尾砂充填系統(tǒng)，直接進(jìn)行全尾砂充填。從根本上解決井下采空區(qū)安全隱患[1]。更為重要的是，通過充填空區(qū)，可以最大程度地回收寶貴的礦柱資源，提高資源回收率，經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益顯著。

鑒于全尾砂高濃度充填料漿脫水量低、充填料泵送輸送不易堵管、水泥耗量低，同時可以提高充填體質(zhì)量，降低礦石損失率和貧化率，而深錐濃密機(jī)可提高全尾砂穩(wěn)定放砂濃度、降低溢流水含固量，因此，經(jīng)反復(fù)研究，采用現(xiàn)有深錐濃密機(jī)全尾砂高濃度充填系統(tǒng)開展全尾砂膏體充填工業(yè)試驗(yàn)。

1 尾砂粒徑組成分析

福建源鑫礦業(yè)全尾砂、濃密后溢流尾砂，尾砂粒級分布由水篩篩分法分析。水篩篩分法由100目、200目、325目、400目篩網(wǎng)組成[2]。試驗(yàn)前將待測全尾砂在鼓風(fēng)干燥箱中干燥至恒重，稱取適量全尾砂，采用水洗的方法對全尾砂過100目～400目篩，每一級篩網(wǎng)必須水洗至清澈為止，最后將所有分級后的尾砂收集分類、干燥，計算各粒徑尾砂含量。

表1 全尾砂粒徑分布

表2 溢流尾砂粒徑分布

由測得數(shù)據(jù)表明，全尾砂+100目含量僅占9.3%，-400目以下占比45.95%，總體上較細(xì)；濃密溢流尾砂-400占比95.7%，+200目以上僅為0.35%。

2 全尾砂絮凝沉降試驗(yàn)

2.1 全尾砂最佳稀釋濃度試驗(yàn)

固體通量是指單位時間內(nèi)垂直通過單位面積所傳遞的某種固體物理量，是反映礦漿濃密特性的主要參數(shù)。通過研究固體通量與砂漿稀釋濃度的關(guān)系，可以為動態(tài)濃密試驗(yàn)確定最佳稀釋礦漿濃度提供依據(jù)。

砂漿濃度、沉降速度、固體通量三者之間存在一個最佳范圍，通過對福建源鑫全尾砂基礎(chǔ)性質(zhì)的研究以及生產(chǎn)現(xiàn)狀的調(diào)查，選用艾森陰離子絮凝劑，初選5%、10%、15%、20%的稀釋料漿濃度，按40g/t的絮凝劑添加量進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3。

通過5%、10%、15%、20%四種稀釋濃度料漿的沉降情況分別計算沉降過程中的固體通量，得到如圖3所示曲線圖。

從圖1可以看出，固體通量在料漿質(zhì)量濃度10%～15%之間存在一個最佳值，對固體通量曲線進(jìn)行擬合得到其擬合曲線公式，求導(dǎo)計算可得最佳值固體通量對應(yīng)料漿濃度為11.16%。

圖1 固體通量曲線圖

2.2 最佳絮凝劑添加量試驗(yàn)

試驗(yàn)的目的是確定艾森陰離子絮凝劑的最佳添加比例。試驗(yàn)采用配置質(zhì)量濃度為11.16%的全尾砂漿分別按20g/t、30g/t、38.5g/t、40g/t、50g/t的比例加入絮凝劑，研究其沉降速度、上清液澄清度、底流濃度，以此確定最佳絮凝劑添加量，沉降曲線見圖2。

圖2 不同絮凝劑添加量沉降速率曲線圖(濃度11.16%)

由圖2可知，在最佳礦漿稀釋濃度11.16%的情況下，對比5組不同絮凝劑添加量（20g/t、30g/t、38.5g/t、40g/t、50g/t）的沉降曲線，絮凝劑添加量在40g/t時，料漿的沉降速度、底流濃度都最優(yōu)，上清液澄清度好，認(rèn)為最佳絮凝劑添加量為40g/t左右，但試驗(yàn)表明，絮凝劑添加量為30g/t、38.5g/t、50g/t時料漿的沉降速度、底流濃度也較好，上清液澄清度也較清澈，考慮絮凝劑成本、沉降效果和澄清度等因素，建議絮凝劑最佳添加量為30g/t～40g/t之間。

2.3 最佳石灰添加量試驗(yàn)

試驗(yàn)的目的是確定石灰的最佳添加比例。試驗(yàn)采用配置質(zhì)量濃度為11.16%的全尾砂漿分別按0kg/t、4kg/t、5kg/t、6kg/t的比例加入石灰，研究其沉降度、上清液澄清度、底流濃度，以此確定最佳石灰添加量，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表5，沉降曲線見圖3。

由圖3可知，在最佳礦漿稀釋濃度11.16%的情況下，對比4組不石灰添加量（0kg/t、4kg/t、5kg/t、6kg/t）的沉降曲線，不加石灰（0kg/t）的情況下沉降速度最快，后期石灰添加量0kg/t和6kg/t的底流濃度相同，石灰添加量為4kg/t時料漿沉降效果由于石灰添加量為5kg/t，石灰添加量為0kg/t和6kg/t時料漿的沉降效果要優(yōu)于石灰添加量為4kg/t和5kg/t的沉降效果，但不添加石灰（0kg/t）時上清液的澄清度較差，并且石灰添加量為6kg/t料漿的絮凝沉降效果較好，且上清液的澄清度較優(yōu)，建議石灰最佳添加量為6kg/t。

圖3 不同石灰添加量沉降速率曲線圖(濃度11.16%)

2.4 結(jié)論

通過福建源鑫礦業(yè)全尾砂靜態(tài)濃密試驗(yàn)，推薦的最佳礦漿稀釋濃度為11.16%；絮凝劑使用艾森陰離子絮凝劑，絮凝劑添加量30g/t～40g/t之間，最佳為40g/t；石灰添加量4kg/t～6kg/t，最佳為6kg/t。

建議本次工業(yè)試驗(yàn)先采用稀釋濃度為11.16%、絮凝劑添加量40g/t、石灰添加量6kg/t進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)工業(yè)試驗(yàn)過程情況逐漸降低絮凝劑添加量和石灰添加量。

3 充填體強(qiáng)度試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)?zāi)康呐c試驗(yàn)材料

充填體強(qiáng)度試驗(yàn)的目的是測定不同配比組合膠結(jié)材料(325水泥)、尾砂膠結(jié)試塊的固結(jié)特性、強(qiáng)度指標(biāo)等，以檢測充填體是否滿足回采強(qiáng)度和相關(guān)工藝要求，據(jù)此確定適合福建源鑫礦業(yè)采礦要求的充填材料最優(yōu)配比，并為充填系統(tǒng)方案設(shè)計提供依據(jù)。

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研確定充填試驗(yàn)材料為：

（1）骨料：福建源鑫礦業(yè)全尾砂；

（2）膠結(jié)材料：普通325水泥；

（3）水：福建源鑫礦業(yè)濃密機(jī)溢流水。

3.2 配比試驗(yàn)方案設(shè)計

選擇不同尾砂不同充填配比參數(shù)，進(jìn)行井下充填體試塊制作，測定其養(yǎng)護(hù)期為3d、7d的充填體單軸抗壓強(qiáng)度，然后通過綜合分析，得到福建源鑫礦業(yè)充填材料的最優(yōu)配比參數(shù)。

（1）全尾砂漿、充填料漿流動度測定，確定合適濃度的充填料漿。

（2）全尾砂、分級尾砂和濃密溢流尾砂充填體強(qiáng)度對比試驗(yàn)，確定不同濃度、不同配比充填了達(dá)到充填采礦要求的礦房礦柱強(qiáng)度指標(biāo)。

表3 尾砂配比試驗(yàn)方案

3.3 單軸抗壓強(qiáng)度測試

通過經(jīng)驗(yàn)對比得到充填體試塊強(qiáng)度，每個齡期取1個試塊測其單軸抗壓強(qiáng)度。

根據(jù)配比試驗(yàn)結(jié)果，分級尾砂充填體試塊強(qiáng)度較高，但泌水離析較嚴(yán)重，充填體沉縮量大；溢流尾砂充填體試塊強(qiáng)度低，凝結(jié)性差；全尾砂充填體試塊強(qiáng)度較高，不泌水或泌水量很少。

根據(jù)不同尾砂充填體特性、礦山充填現(xiàn)狀、采礦作業(yè)要求，推薦充填配比如下：

①充填骨料：全尾砂；②膠結(jié)材料：普通325水泥；③水：福建源鑫礦業(yè)濃密機(jī)溢流水；④充填料漿輸送濃度：60%～65%；⑤灰砂比：1：12、1：6。

具體全尾砂膏體充填配比如表6所示。

表4 第一次全尾砂配比試驗(yàn)結(jié)果

表5 第二次配比試驗(yàn)結(jié)果

表6 不同采礦方法推薦配比

4 結(jié)語

本次試驗(yàn)測試了全尾砂、分級尾砂和溢流尾砂的基本性質(zhì)，開展了全尾砂靜態(tài)濃密試驗(yàn)、不同尾砂充填配比正交試驗(yàn)，主要結(jié)論如下：

（1）由測得數(shù)據(jù)表明，全尾砂+100目含量僅占9.3%，-400目以下占比45.95%，總體上較細(xì)；濃密溢流尾砂-400占比95.7%，+200目以上僅為0.35%。按不同灰砂比（1∶6、1∶10、1∶20）配制的充填料漿在濃度為56%～65%時，流動度和保水性能良好，不產(chǎn)生離析、沉降等不良現(xiàn)象，適合采用結(jié)構(gòu)流的方式進(jìn)行輸送。

（2）通過福建源鑫礦業(yè)全尾砂靜態(tài)濃密試驗(yàn)，推薦的最佳礦漿稀釋濃度為11.16%；絮凝劑使用艾森陰離子絮凝劑，絮凝劑添加量30g/t～40g/t之間，最佳為40g/t；石灰添加量4kg/t～6kg/t，最佳為6kg/t。

（3）通過充填配比試驗(yàn)得出：①充填骨料采用全尾砂，全尾砂較分級尾砂和濃密溢流尾砂效果好。②膠凝材料選用本礦使用普通水泥，本實(shí)驗(yàn)不做其他膠凝材料試驗(yàn)研究。③推薦充填料漿輸送濃度60%～65%。