高陡山區(qū)長(zhǎng)距離穩(wěn)壓膏體充填技術(shù)應(yīng)用研究

鄭伯坤，鄧高嶺，李向東

(長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410012)

0 前 言

甘肅中金黃金礦業(yè)有限責(zé)任公司，礦山生產(chǎn)能力26.4萬(wàn)t/a，日處理礦石量為800 t，設(shè)計(jì)入選平均品位2.46 g/t，選礦回收率92%，年產(chǎn)金600 kg。

大店溝金礦為多層平行急傾斜薄至中厚礦體，礦巖層理發(fā)育、較破碎，設(shè)計(jì)采礦方法為淺孔留礦法和削壁充填法，實(shí)際生產(chǎn)中主要采用淺孔留礦法，設(shè)計(jì)損失率12%，貧化率16%。但開(kāi)采過(guò)程中礦石損失、貧化較大，作業(yè)安全條件差。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，實(shí)際損失達(dá)18%～28%，貧化達(dá)23%～35%。為解決井下安全生產(chǎn)管理難度大，貧化損失高的難題，擬采用充填采礦法。

針對(duì)礦山充填條件，甘肅中金和長(zhǎng)沙礦山研究院共同開(kāi)發(fā)了超遠(yuǎn)距離膏體泵送充填技術(shù)，由長(zhǎng)沙礦山研究院設(shè)計(jì)的充填系統(tǒng)于2016年10月建成，于2016年11月調(diào)試成功并投產(chǎn)，調(diào)試階段完成膏體充填2000 m3，成功產(chǎn)出高品位礦石4000 t。大店溝金礦充填系統(tǒng)投資為780萬(wàn)元，充填成本33.5元/m3，僅為類似礦山充填成本的2/3，良好的充填效果起到了強(qiáng)力支護(hù)上下盤(pán)破碎圍巖的效果，成功解決了困擾礦山多年的采礦貧化損失率高等問(wèn)題，同時(shí)大宗量地處理了尾礦，解決了尾礦排放成本高等問(wèn)題。充填后采礦損失率降低至5%以內(nèi)，貧化率降至10%以內(nèi)，尾礦處理成本降低20元/t。

1 充填工藝

該工藝流程采用旋流器+砂倉(cāng)進(jìn)行兩段濃密，采用2個(gè)小容積立式砂倉(cāng)，全倉(cāng)流態(tài)化壓氣造漿，高濃度放砂，攪拌機(jī)攪拌尾砂漿。該工藝充填系統(tǒng)分為5個(gè)子系統(tǒng)，分別為：尾砂濃密放砂系統(tǒng)，水泥儲(chǔ)備給料系統(tǒng)，兩段式攪拌制備系統(tǒng)，充填輸送管網(wǎng)系統(tǒng)，計(jì)量控制系統(tǒng)。

1.1 尾砂濃密放砂系統(tǒng)

尾砂濃密放砂系統(tǒng)包括3個(gè)工序：尾砂輸送、分級(jí)和第一段濃密；尾砂第二段濃密、造漿、放砂；溢流排放處理。

(1) 尾砂輸送、分級(jí)和第一段濃密：選廠尾砂漿(濃度約28%)自流進(jìn)入尾礦渣漿泵站，通過(guò)渣漿泵輸送至充填站尾砂倉(cāng)頂部，由倉(cāng)頂?shù)男髌鹘M，進(jìn)行分級(jí)和第一段濃密，旋流器底流(濃度約65%)進(jìn)入尾砂倉(cāng)內(nèi)，即完成尾砂輸送、分級(jí)和第一段濃密。

(2) 尾砂的第二段濃密、造漿、放砂：旋流器底流進(jìn)入砂倉(cāng)后，當(dāng)砂倉(cāng)滿漿后即停止進(jìn)砂，沉降0.5 h后，通過(guò)階梯閥排出砂面上部分清水，使得砂倉(cāng)內(nèi)砂漿的濃度控制在70%～72%。

充填開(kāi)始前10～30 min開(kāi)始預(yù)造漿，采用壓氣造漿工藝，在倉(cāng)底按照一定密度布置噴嘴，壓縮空氣通過(guò)壓氣管道和噴嘴進(jìn)入砂倉(cāng)底部，造漿時(shí)形成全倉(cāng)類似“沸騰”的狀態(tài)，使全倉(cāng)的尾砂濃度分布和粒度分布均勻，從而確保放砂濃度的穩(wěn)定，進(jìn)而確保充填體質(zhì)量的穩(wěn)定。采用小高徑比砂倉(cāng)，利于砂倉(cāng)內(nèi)造漿均勻，利于高濃度放砂。

充填開(kāi)始后，打開(kāi)尾砂倉(cāng)底放砂閥，尾砂料漿通過(guò)放砂管自流進(jìn)入攪拌系統(tǒng)的尾砂進(jìn)料斗。為保證放砂濃度穩(wěn)定，壓氣造漿持續(xù)至放砂完畢。為避免剛開(kāi)始放砂時(shí)放砂口濃度過(guò)高堵塞放砂管，在放砂閥前設(shè)置反沖水管。

(3) 溢流排放、處理：旋流器的溢流和階梯閥排放的清水均通過(guò)溢流管自流至溢流緩沖池，再自流至現(xiàn)有尾礦泵站，泵送至現(xiàn)有濃密機(jī)，濃密壓濾后排放尾礦庫(kù)。

由于采用旋流器+砂倉(cāng)的兩段濃密技術(shù)，旋流器濃密效率高，底流濃度達(dá)到65%，砂倉(cāng)起到輔助濃密的功能，因此砂倉(cāng)利用率大大提高，采用2個(gè)容積較小的砂倉(cāng)即可滿足能力要求，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)充填站連續(xù)24 h進(jìn)砂，充填時(shí)間靈活調(diào)整，靈活應(yīng)對(duì)小采場(chǎng)的充填，滿足工藝要求的同時(shí)降低了系統(tǒng)造價(jià)。

1.2 水泥儲(chǔ)備給料系統(tǒng)

散裝水泥罐車(chē)將散裝水泥運(yùn)來(lái)后通過(guò)風(fēng)力打入水泥倉(cāng)，水泥倉(cāng)中水泥通過(guò)雙螺旋給料裝置再經(jīng)過(guò)單管螺旋秤計(jì)量放入雙軸攪拌機(jī)，雙螺旋通過(guò)調(diào)節(jié)螺旋變速器，從而控制水泥添量。

1.3 兩段式攪拌制備系統(tǒng)

高濃度的尾砂漿自主放砂管進(jìn)入尾砂進(jìn)料斗，再進(jìn)入雙軸攪拌機(jī)，同時(shí)水泥直接進(jìn)入雙軸攪拌機(jī)，雙軸攪拌機(jī)漿尾砂漿及水泥充分混合形成尾砂膠結(jié)充填料漿，即第一段攪拌。為避免尾砂漿濃度過(guò)高，尾砂進(jìn)料斗布置調(diào)濃水管。經(jīng)第一段攪拌的膠結(jié)充填料漿未能將尾砂和水泥充分混合，進(jìn)入活化攪拌裝置進(jìn)行第二段攪拌，以強(qiáng)化水泥水化過(guò)程，使水泥在充填體形成過(guò)程中發(fā)揮最大效應(yīng)。

1.4 充填輸送管網(wǎng)

充填輸送主管網(wǎng)主要包括：充填泵、井下管道等。針對(duì)1650 m以上采場(chǎng)充填采用上向泵送工藝，針對(duì)1650 m以下采場(chǎng)充填采用水平泵送+自流輸送的工藝。

上向泵送的高差在100 m范圍內(nèi)，輸送管徑采用通徑Φ110 mm無(wú)縫鋼管，管道由快速接頭連接。最遠(yuǎn)泵送距離3 km。豎直管道布置于現(xiàn)有天井。

應(yīng)急沖洗管網(wǎng)：由于充填泵造價(jià)較高，備用泵成本高，且長(zhǎng)距離泵送管道堵管故障處理勞動(dòng)強(qiáng)度大，因此布置高壓水應(yīng)急沖洗官網(wǎng)。在泵送主管道每100 m布置1個(gè)沖洗水管和1個(gè)排空閥，沖洗水管與主充填管連接。應(yīng)急高壓沖洗水主管連接現(xiàn)有高壓水泵。該管網(wǎng)的主要設(shè)備設(shè)施：高位水池、現(xiàn)有高壓水泵、應(yīng)急沖洗管道。

1.5 計(jì)量控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)貫穿于以上各系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)功能為計(jì)量水泥倉(cāng)倉(cāng)位、水泥下料量、調(diào)濃水量、充填濃度等功能。

2 技術(shù)難點(diǎn)與創(chuàng)新

甘肅中金聯(lián)合長(zhǎng)沙礦山研究院研發(fā)的超遠(yuǎn)距離膏體泵送充填技術(shù)，克服了眾多技術(shù)難點(diǎn)：

(1) 由于大店溝金礦地處山區(qū)，地表工業(yè)場(chǎng)地局限，充填站距離充填采場(chǎng)距離遠(yuǎn)，高差大，管道長(zhǎng)度達(dá)3000 m，向上輸送高差超100 m，大高差長(zhǎng)距離的膏體上向泵送在國(guó)內(nèi)外鮮有應(yīng)用。

(2) 超遠(yuǎn)距離膏體上向泵送對(duì)膏體的濃度和配比要求苛刻，準(zhǔn)確穩(wěn)定的配比和濃度是膏體泵送技術(shù)的關(guān)鍵，配比或濃度波動(dòng)將造成管道堵管，系統(tǒng)無(wú)法順暢進(jìn)行。

(3) 合理地降低輸送阻力，避免過(guò)大泵送阻力造成輸送系統(tǒng)投資過(guò)大，運(yùn)營(yíng)成本過(guò)高是另一大難題。

(4) 甘肅中金公司對(duì)充填系統(tǒng)投資要求控制在800萬(wàn)元以內(nèi)，無(wú)疑給技術(shù)創(chuàng)新和系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。

經(jīng)過(guò)甘肅中金聯(lián)合長(zhǎng)沙礦山研究院共同深入研究和技術(shù)攻關(guān)，超遠(yuǎn)距離膏體泵送充填技術(shù)以創(chuàng)新思路開(kāi)展工藝研究和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，最終取得了一系列技術(shù)突破：

(1) 壓縮空氣全流態(tài)造漿技術(shù)，使大店溝金礦充填制備站的尾砂放砂濃度波動(dòng)控制在±0.25%范圍內(nèi)，放砂流量控制在±1%范圍內(nèi)，精確的濃度控制和放砂流量控制成為遠(yuǎn)距離泵送的可靠保障。

(2) 尾砂粒徑精確控制技術(shù)，為降低充填成本，同時(shí)保障遠(yuǎn)距離泵送對(duì)物料細(xì)顆粒含量的要求，采用分級(jí)尾砂-全尾砂精準(zhǔn)配比使得充填料漿的尾砂粒徑可根據(jù)需要正確調(diào)整，合理的細(xì)顆粒含量降低了充填水泥用量確保了遠(yuǎn)距離泵送的可靠性。

(3) 兩段活化制備技術(shù)，確保了水泥和尾砂的高速充分混合，相同配比提高充填強(qiáng)度30%以上，降低了水泥用量，同時(shí)高速活化攪拌效果提高了料漿的輸送性能，有效降低了輸送阻力，是超遠(yuǎn)距離泵送的泵送壓力控制在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行壓力范圍內(nèi)，降低了充填泵和泵送管道的投資。

(4) 采用集成化設(shè)計(jì)，減少工藝環(huán)節(jié)過(guò)度，工藝環(huán)節(jié)緊湊，交替進(jìn)砂放砂的砂倉(cāng)工藝，使砂倉(cāng)容積利用率大幅提高，高效集成化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使充填系統(tǒng)

的投資大幅下降。

(5) 穩(wěn)定的工藝和高效自動(dòng)化設(shè)計(jì)減少了充填站人員，從傳統(tǒng)充填站每班15人，降低至每班3人，大幅減低人員成本。

3 應(yīng)用效果

大店溝金礦超遠(yuǎn)距離膏體泵送充填技術(shù)最終確定采用大倍線上向泵送高濃度分級(jí)尾砂充填工藝。充填作業(yè)流程穩(wěn)定，管道中壓力比較均衡，且不易發(fā)生堵、漏現(xiàn)象，故障率低，放砂濃度穩(wěn)定，波動(dòng)范圍在3%之內(nèi)，充填濃度70%左右，充填效率為50 m3/h，采場(chǎng)充填效果較好，濾水少，脫水率低于5%，未出現(xiàn)跑漿、分層離析等現(xiàn)象。膠結(jié)充填與非膠結(jié)充填相結(jié)合，膠結(jié)與非膠結(jié)厚度比為1∶3，膠結(jié)充填成本為80.64元/m3，非膠結(jié)充填成本為17.74元/m3，故加權(quán)平均充填成本33.5元/m3。良好的充填效果有效降低了采礦貧化損失率，損失率由原來(lái)的18%～28%降至5%以內(nèi)，貧化率由23%～35%降至10%以內(nèi)，同時(shí)大宗量地處理了尾礦，解決了尾礦排放成本高等問(wèn)題，尾礦處理成本降低20元/t。該充填工藝具備可靠性高、工藝簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、充填效率高、充填成本低、綜合經(jīng)濟(jì)效益較好等優(yōu)勢(shì)，適用于大部分地下開(kāi)采礦山，對(duì)于礦山安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益有切實(shí)意義。

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