全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)在悅洋銀多金屬礦的應(yīng)用

吳連貴，李興尚，戴水平

(1.福州大學(xué) 紫金礦業(yè)學(xué)院，福州 350108；2.武平紫金礦業(yè)有限公司，福建 龍巖 364300)

采礦工業(yè)是中國現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)，是國民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的保證。隨著國家對礦產(chǎn)資源需求量的不斷增加，礦山開采規(guī)模迅速擴(kuò)大[1-3]，尾砂排放量和采空區(qū)面積也迅速增長。據(jù)2009年國家統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我國現(xiàn)有尾礦庫一萬多座，福建省共有尾礦庫247座，其中險(xiǎn)庫3座，病庫35座，分布于礦區(qū)溝壑山谷之中，全省100多個(gè)村莊附近[4]，具有數(shù)量眾多、分布廣、占地面積大等特點(diǎn)。尾礦庫是礦山選礦生產(chǎn)的重要設(shè)施，是礦山生產(chǎn)過程中潛在的危險(xiǎn)源[5]。一旦發(fā)生事故，勢必造成下游人民生命財(cái)產(chǎn)損失，破壞當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。為此，全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)無疑是一種很好的尾礦庫隱患解決方式[6]。全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)是用選礦廠沒有進(jìn)行分級脫泥的全粒級尾砂作為充填骨料，將其與膠結(jié)材料、水混合攪拌均勻后制成一定比例的充填料漿，隨之通過充填管道充入井下采空區(qū)的一種充填方式[7]。這種充填工藝一方面減少了礦山尾砂排放量，減少了尾礦庫的工業(yè)占地，節(jié)省尾礦庫費(fèi)用；另一方面充填料漿充填井下采空區(qū)，有效控制采場地壓，保證礦山安全生產(chǎn)，提高了礦山經(jīng)濟(jì)效益。本文以悅洋銀多金屬礦高濃度全自流銀銅全尾砂膠結(jié)充填工藝為例，介紹了全尾砂膠結(jié)充填工藝流程。

1 礦山基本概況

武平紫金悅洋銀多金屬礦位于福建省西南部山區(qū)的武平縣境內(nèi)，礦區(qū)主要礦體呈大透鏡狀、似層狀，礦體傾角15°～20°，平均厚度9.6 m，屬于緩傾斜中厚礦體。礦區(qū)地處華南加里東褶皺系東部、閩西南晚古生代拗陷區(qū)明溪—武平拗陷南部?；讟?gòu)造為一北西走向的向斜構(gòu)造，由震旦系地層組成。礦區(qū)容礦巖石主要是中細(xì)?；◢弾r，少部分礦體產(chǎn)于中粗粒黑云母二長花崗巖及變質(zhì)砂巖中，礦床屬水文地質(zhì)條件簡單的礦床。主要礦體賦存標(biāo)高+20～-200 m，埋藏較深。采用主副井加斜坡道的地下開拓方式，以15 m劃分一個(gè)中段，其中-100 m和-160 m兩個(gè)中段是主要開采中段。主要采礦方法為淺孔留礦法。

2 開采現(xiàn)狀

悅洋銀多金屬礦在最初的幾年開采過程，遺留下大量不規(guī)則的采空區(qū)。該礦自生產(chǎn)至技術(shù)改造前空區(qū)累計(jì)達(dá)47萬m3，現(xiàn)在每月還將新增空區(qū)7 800 m3。由于該礦屬于多層緩傾斜中厚礦體重疊產(chǎn)出，采空區(qū)多而亂，后續(xù)開采難度很大。同時(shí)，遺留的大量采空區(qū)嚴(yán)重影響采礦方法的規(guī)范，使大部分采場無法進(jìn)行完整的采準(zhǔn)切割工程，造成采場高度受限，礦石損失率大。大量采空區(qū)的存在，造成地下采場地壓活動(dòng)劇烈，近幾年還發(fā)生了地表沉降塌陷事故，影響較大。為此，對該礦實(shí)施全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)已刻不容緩。

3 充填系統(tǒng)工藝流程

3.1 充填系統(tǒng)概況

充填站布置于現(xiàn)有銀礦選礦廠西側(cè)，66線附近。充填站占地面積1 125 m2，站內(nèi)布置兩個(gè)立式砂倉、一個(gè)水泥倉、兩臺空壓機(jī)、一套攪拌設(shè)備及相配套的配電儀表室等。充填站自地表+280.2 m水平至-60 m水平布置施工兩個(gè)間距3 m的充填鉆孔，鉆孔直徑為Φ168 mm，內(nèi)套鋼管，兩者之間的環(huán)狀空隙用水泥漿填塞。充填料漿經(jīng)充填鉆孔自流至-60 m水平后，通過各中段充填管道輸送至充填采場。到達(dá)-60 m中段的充填料漿一部分通過6#天井充填管道延伸至-85 m中段、-100 m中段、-115 m中段和-130 m中段，另一部分通過-60 m中段與-100 m中段相連的斜井充填管輸送至-100 m中段(如圖1)。井下各中段主要運(yùn)輸巷道采用Φ133 mm×8 mm鋼管作為輸送管，當(dāng)進(jìn)入需經(jīng)常移動(dòng)或更換的采區(qū)巷道等地點(diǎn)則采用內(nèi)徑為Φ110 mm的鋼編高強(qiáng)復(fù)合管，進(jìn)入采場后則改為普通塑料管。

圖1 充填系統(tǒng)縱投影圖Fig.1 Vertical projection of filling system

充填系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)見表1所示。充填體強(qiáng)度滿足采礦作業(yè)要求。

表1 充填系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)Table 1 Operating parameters of filling system

全尾砂膠結(jié)充填系統(tǒng)(見圖2)主要由全尾砂儲存供料線、調(diào)濃水供給線、水泥儲存供料線、充填料漿制備與輸送系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)等部分組成。

圖2 充填系統(tǒng)工藝流程圖Fig.2 Process flow diagram of filling system

3.2 全尾砂儲存供料線

選礦廠全尾礦漿通過濃密機(jī)濃密后通過輸砂管輸送至充填站的立式全尾砂倉中。充填系統(tǒng)站內(nèi)設(shè)置兩個(gè)錐底角度30°，直徑Φ10 m，直筒體高度10 m的立式尾砂倉，單個(gè)砂倉有效容積850 m3。工作時(shí)只使用一個(gè)砂倉，另一個(gè)砂倉備用，兩個(gè)砂倉交替使用，以達(dá)到發(fā)揮充填系統(tǒng)連續(xù)生產(chǎn)能力的目的。當(dāng)立式尾砂倉加滿后，尾砂即可隨其自然沉降達(dá)到最大沉降度。同時(shí)在尾砂管出料口設(shè)置進(jìn)砂緩沖裝置，以加快砂倉中全尾砂沉降。產(chǎn)生的溢流水及澄清水通過自流輸送至尾礦庫中，其中含有一定細(xì)粒級尾砂的溢流水經(jīng)尾礦庫澄清后，通過回水泵排送至選礦廠重復(fù)使用。在澄清水排完后，打開壓氣造漿噴嘴以對砂倉中全尾砂進(jìn)行壓氣造漿。造漿完成后打開放砂閥，均勻砂漿通過放砂管向下方攪拌機(jī)供給全尾砂漿。

3.3 水泥儲存給料線

選用普通硅酸鹽水泥(P.C42.5級硅酸鹽水泥)作為膠結(jié)劑。散裝水泥罐車運(yùn)輸散裝水泥至充填站后，通過站外吹灰管吹卸入水泥倉中。水泥倉直徑Φ5.0 m，直筒體高10 m，有效容積200 m3，可儲存水泥260 t，可以滿足充填系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行的要求。工作時(shí)打開水泥倉底部的螺旋閘門，啟動(dòng)雙管螺旋給料機(jī)，便可向攪拌機(jī)定量供給水泥。由螺旋電子秤檢測水泥給料量，經(jīng)雙管螺旋電機(jī)通過改變螺旋轉(zhuǎn)速控制水泥給料量，以達(dá)到不同灰砂比及生產(chǎn)能力的要求。

3.4 充填料漿制備與輸送系統(tǒng)

將壓氣造漿后制成的全尾砂漿、水泥倉中的P.C42.5級硅酸鹽水泥及適量調(diào)濃水經(jīng)雙軸攪拌機(jī)+高速攪拌機(jī)兩段連續(xù)攪拌均勻后制備成充填所需一定灰砂比的充填料漿，而后通過測量管上安裝的電磁流量計(jì)等裝置檢測和控制充填料漿流量和濃度，最終進(jìn)入充填料下料斗，并通過地表充填鉆孔自流至-60 m水平，再通過各中段充填管道輸送至采空區(qū)進(jìn)行充填。

3.5 充填倍線

充填倍線(見圖3)可以反映充填系統(tǒng)的充填能力，也可以表示充填系統(tǒng)料漿輸送的綜合阻力。在充填料漿自流輸送過程中，如果充填倍線過大，產(chǎn)生的沿程阻力將大于其勢能轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致料漿在輸送過程中流速過低，最終可能造成充填管堵塞等事故。在尾砂膠結(jié)充填時(shí)，管道自流輸送充填倍線一般不大于5～6，如果充填倍線過大，則需降低充填料漿濃度，或采用增壓泵加壓輸送方式輸送。充填倍線可用下面公式計(jì)算。

N=L/(H+H′)

(1)

式中，N—充填倍線；H—充填系統(tǒng)中料漿入口與出口處的垂直高度，m；L—包括彎頭、接頭等管件的換算長度在內(nèi)的充填系統(tǒng)管道總長度，L=L1+L2+L3+L4+Li，m；H'—增壓泵的工作壓頭，m。

圖3 充填倍線示意圖Fig.3 Sketch diagram of filling times line

悅洋銀多金屬礦礦體南北走向長達(dá)幾千米，因此充填倍線隨不同開采部位而變化較大，前期開采范圍內(nèi)-60 m及-100 m中段最大充填倍線管道布置參數(shù)如表2所示。

表2 管道布置參數(shù)Table 2 Layout parameters of pipeline

將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入公式可得：-60 m中段充填倍線為2.97，-100 m中段充填倍線為3.07，N<6，說明充填料漿可以采用自流輸送。

4 結(jié)論

1)悅洋銀多金屬礦采用全尾砂膠結(jié)充填后，礦山年需充填空區(qū)量約24.5萬 m3，可消耗尾砂約28.4萬 t，占年產(chǎn)尾砂總量的45%。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，金屬礦山在地表堆存1 t尾礦需花費(fèi)4～8元，據(jù)此計(jì)算，該礦山每年可節(jié)省費(fèi)用113.6～227.2萬元。

2)該礦山采用全尾砂膠結(jié)充填，可使采場間柱得到回采，同時(shí)可使老采空區(qū)周圍高品位礦石得以回采，礦石回采率可提高到80%以上，有效提高了礦石回采率，延長了礦山服務(wù)年限。

3)由于充填料漿的離析脫水，使得充填體的強(qiáng)度有時(shí)滿足不了礦柱的安全回采。為此，需進(jìn)一步完善全尾砂膠結(jié)充填工藝，合理選配灰砂比，添加粉煤灰等輔助材料，增強(qiáng)充填體強(qiáng)度，達(dá)到充填要求。