金屬礦山膏體充填工業(yè)試驗(yàn)研究

包東程，韓春雨，劉明君，杜永亮，陳 東

金屬礦山膏體充填工業(yè)試驗(yàn)研究

包東程，韓春雨，劉明君，杜永亮，陳 東

(紅嶺礦業(yè)公司，內(nèi)蒙古 赤峰市 024000)

為實(shí)現(xiàn)紅嶺礦業(yè)公司井下膏體充填，對(duì)紅嶺礦業(yè)公司3000 t/d選廠尾砂進(jìn)行了物理性質(zhì)分析，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行膏體充填工業(yè)試驗(yàn)。通過(guò)本次工業(yè)試驗(yàn)，得出了濃密機(jī)最佳的單位面積處理量、絮凝劑用量以及最優(yōu)條件下可達(dá)到的底流濃度，并設(shè)計(jì)濃密機(jī)添加絮凝劑合適的結(jié)構(gòu)方案，計(jì)算濃密機(jī)的處理能力，為大型深錐濃密機(jī)選型提供數(shù)據(jù)。

膏體充填;工業(yè)試驗(yàn);單位面積處理量;底流濃度;濃密機(jī)

紅嶺礦業(yè)公司于1988年開始籌建，經(jīng)過(guò)20余年的開采，生產(chǎn)能力由建礦初期的210 t/d經(jīng)過(guò)多次改擴(kuò)建成如今的5000 t/d。自建礦以來(lái)，無(wú)論是采用淺孔留礦法還是階段深孔空?qǐng)霰缆渎?lián)合采礦法進(jìn)行回采，均未進(jìn)行充填，為防止采空區(qū)塌陷產(chǎn)生井下沖擊波，礦山對(duì)采空區(qū)進(jìn)行了崩落處理，使空區(qū)連通地表，但造成了地表塌陷，且隨著下部中段的開采，地表塌陷坑范圍逐漸增大，成為影響礦山安全生產(chǎn)及礦區(qū)人員財(cái)產(chǎn)安全的危險(xiǎn)源。為此，有必要開展紅嶺礦業(yè)公司井下充填研究。

目前紅嶺礦業(yè)公司選廠尾礦排放共有3000 t/d和2000 t/d 2套系統(tǒng)，現(xiàn)有充填站利用3000 t/d尾礦排放系統(tǒng)作為尾砂材料來(lái)源，充填站砂倉(cāng)溢流后由渣漿泵泵送至尾礦庫(kù)進(jìn)行沉淀，尾礦庫(kù)回水再進(jìn)入選廠循環(huán)使用。

礦山已建成1套充填系統(tǒng)，充填能力500 m3/d，采用分級(jí)尾砂作為骨料進(jìn)行充填。本次研究為膏體試驗(yàn)機(jī)泵送充填井下采空區(qū)技術(shù)方案，擬通過(guò)小型工業(yè)試驗(yàn)得出關(guān)鍵性數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)紅嶺礦業(yè)公司膏體充填提供依據(jù)。

1 充填方案及相關(guān)計(jì)算

目前礦山采用分級(jí)尾砂膠結(jié)充填方式，由于砂倉(cāng)容積有限，不能滿足井下生產(chǎn)充填及地表塌陷區(qū)治理的需求。

本次試驗(yàn)在現(xiàn)有充填站已有設(shè)施的基礎(chǔ)上，增加了1套小型立式砂倉(cāng)（全尾砂膏體試驗(yàn)機(jī)）及放砂系統(tǒng)和絮凝劑添加裝置，以進(jìn)行工業(yè)濃密試驗(yàn)，得出最佳的單位面積處理量、絮凝劑用量和最優(yōu)條件下可達(dá)到的底流濃度，以及立式砂倉(cāng)添加絮凝劑合適的結(jié)構(gòu)方案和小型立式砂倉(cāng)處理能力，為大型深錐濃密機(jī)選型提供數(shù)據(jù)。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外充填技術(shù)發(fā)展及目前已經(jīng)掌握的充填技術(shù)，本次設(shè)計(jì)采用全尾砂充填方案。具體方案為：在礦山3000 t砂泵站至充填站之間新建礦漿輸送系統(tǒng)，利用3000 t/d砂泵站內(nèi)的液下渣漿泵將8%~12%濃度的尾礦漿揚(yáng)送到充填攪拌站小型立式砂倉(cāng)內(nèi)。脫水后，從小型立式砂倉(cāng)底部放出高濃度的尾砂漿體，經(jīng)軟管泵泵送至高濃度攪拌槽攪拌，然后自流輸送或者泵送進(jìn)入采場(chǎng)充填。

2 充填設(shè)施設(shè)備選擇

2.1 全尾砂膏體試驗(yàn)機(jī)

由于本次試驗(yàn)的主要任務(wù)是選擇最佳的絮凝劑濃度及尾砂底流濃度，對(duì)充填能力沒(méi)有具體要求，故本次試驗(yàn)選用礦山現(xiàn)有的110 m3立式砂倉(cāng)，砂倉(cāng)頂部設(shè)絮凝劑添加受料筒，倉(cāng)內(nèi)設(shè)耙架，砂倉(cāng)直徑3.2 m，高度14.95 m（直線段12.95 m）。

2.2 水泥倉(cāng)

礦山現(xiàn)有廢石充填站有水泥倉(cāng)2座，本次設(shè)計(jì)利用現(xiàn)有水泥倉(cāng)。

2.3 設(shè)備選擇

充填攪拌站主要設(shè)備包括高濃度攪拌槽、水泥給料設(shè)備和軟管泵。高濃度攪拌槽及水泥給料設(shè)備均利用現(xiàn)有設(shè)施。

高濃度攪拌槽采用臥式雙軸攪拌機(jī)，攪拌能力為35～40 m3/h，水泥給料設(shè)備采用雙管螺旋輸送機(jī)，配螺旋電子秤。

軟管泵：根據(jù)雙軸臥式攪拌機(jī)的攪拌能力，本次設(shè)計(jì)配置軟管泵，其輸送能力為2～10 m3/h，壓力0.6 MPa，采用變頻電機(jī)，滿足倉(cāng)底至攪拌桶之間輸送揚(yáng)程及流量的要求。

2.4 回水溢流池

全尾砂膏體試驗(yàn)機(jī)溢流水進(jìn)入13.5 m3溢流池，溢流池內(nèi)的水經(jīng)DF60水泵（=40~60 m3/h，=50.86 m）輸送至3000 t/d選廠砂泵站緩沖池，配備電機(jī)功率是37 kW，一用一備，通過(guò)變頻調(diào)速控制滿足要求。

2.5 絮凝劑添加裝置

在立式砂倉(cāng)側(cè)設(shè)絮凝劑攪拌裝置及添加裝置，絮凝劑添加裝置容積1000 L，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確添加與 計(jì)量。

2.6 充填自動(dòng)控制系統(tǒng)

根據(jù)充填工藝要求，在放砂管路及給水管路上設(shè)置濃度計(jì)、流量計(jì)等儀表，試驗(yàn)期間采用半自動(dòng)控制，待試驗(yàn)確定數(shù)據(jù)后再進(jìn)行充填自動(dòng)化改造，將計(jì)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋至控制系統(tǒng)，由系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)尾砂、水泥的精確配比，攪拌形成符合要求的充填 料漿。

3 試驗(yàn)方法及步驟

3.1 試驗(yàn)方法

全尾砂膏體試驗(yàn)機(jī)內(nèi)徑為3.2 m，設(shè)備總高18 m，泥層高度最大10 m，對(duì)于本次濃密試驗(yàn)，設(shè)定的目標(biāo)泥床高度為8～9 m。

礦漿通過(guò)添加絮凝劑后進(jìn)入濃密機(jī)進(jìn)行絮凝沉降（本次添加的絮凝劑型號(hào)SNF625V陰離子型絮凝劑）。通過(guò)調(diào)整稀釋水量，觀察澄清區(qū)、沉降區(qū)和泥層高度，再根據(jù)觀測(cè)情況，調(diào)節(jié)進(jìn)料流量、絮凝劑用量，待泥層高度達(dá)到8 m左右開始排放底流，檢測(cè)進(jìn)料濃度、溢流濃度、底流濃度。

3.2 試驗(yàn)步驟

首先對(duì)全尾砂膏體試驗(yàn)機(jī)附帶儀器儀表進(jìn)行檢查，確保儀器儀表運(yùn)轉(zhuǎn)正常；對(duì)濃密機(jī)注水直至溢流水管有水流出，根據(jù)濃密的單位面積處理量，合理稀釋濃度，調(diào)整好給礦量以及稀釋水量；絮凝劑量依據(jù)溢流水的澄清情況調(diào)整。

給料取樣：每隔1 h對(duì)礦漿進(jìn)行在線取樣測(cè)試，多次取礦漿質(zhì)量濃度、密度的平均值，得出實(shí)驗(yàn)周期的平均處理量，礦漿的平均密度，做好原始記錄，填入表格；

對(duì)給料流量計(jì)、稀釋水的流量計(jì)、絮凝劑的流量計(jì)每隔1 h進(jìn)行讀數(shù)，錄入表格，然后在實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)取平均值，最終得出給料濃度、稀釋濃度、絮凝劑用量的參數(shù)。

底流取樣：當(dāng)泥層高度達(dá)到8 m左右且穩(wěn)定后，對(duì)底流每1 h進(jìn)行取樣，測(cè)試的參數(shù)有質(zhì)量、體積、密度、底流濃度、底流排放速度，然后在實(shí)驗(yàn)周期對(duì)相關(guān)參數(shù)取平均值。

溢流水固含量測(cè)試：當(dāng)泥層高度達(dá)到8 m左右且穩(wěn)定后，每1 h取樣一次測(cè)試，記錄每次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在實(shí)驗(yàn)周期取平均值。

各數(shù)據(jù)采集結(jié)果見表1~表2。

表1 半工業(yè)濃密試驗(yàn)給料濃度和溢流水結(jié)果

表2 半工業(yè)濃密試驗(yàn)底流排放結(jié)果

3.3 試驗(yàn)小結(jié)

（1）3000 t/d選廠全尾砂+立式砂倉(cāng)溢流尾砂動(dòng)態(tài)平衡試驗(yàn)平均單位面積處理量為0.34 t/(m2?h)，絮凝劑用量為23.81 g/t，動(dòng)態(tài)試驗(yàn)過(guò)程中，底流濃度在68.23%～72.8%；來(lái)料平均濃度為8.73%，稀釋后平均濃度為5.1%，溢流水澄清度較好。

（2）3000 t/d選廠全尾砂試驗(yàn)平均單位面積處理量為0.46 t/(m2?h)，絮凝劑用量為20.3 g/t，動(dòng)態(tài)試驗(yàn)過(guò)程中，泥層高度＞6 m時(shí)，排料速度在(0.6～1.6) m3/h，底流濃度在75.9%～79.8%；來(lái)料平均濃度為11.54%，溢流水澄清度較好。3000 t/d選廠尾砂的底流濃度比添加砂倉(cāng)溢流后底流濃度高。

4 結(jié) 論

（1）本次膏體工業(yè)試驗(yàn)機(jī)成功用于紅嶺礦業(yè)公司膏體制備工作，為之后進(jìn)行的膏體充填項(xiàng)目提供設(shè)備技術(shù)參數(shù)。

（2） 紅嶺礦業(yè)公司3000 t/d選廠全尾砂粒徑分布較均勻，制備成的膏體性質(zhì)較適合用于管道自流輸送。

（3）本次膏體充填試驗(yàn)項(xiàng)目得出了3000 t/d選廠全尾砂膏體強(qiáng)度配比、流動(dòng)性等數(shù)據(jù)。

（4）通過(guò)本次膏體工業(yè)試驗(yàn)，得出濃密機(jī)最佳的單位面積處理量、絮凝劑用量以及最優(yōu)條件下可達(dá)到的底流濃度等關(guān)鍵性數(shù)據(jù)。

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(2019-01-20)

包東程(1986—)，男，內(nèi)蒙古呼倫貝爾人、采礦工程師，主要研究方向?yàn)榻饘俚V山充填工藝、技術(shù)研究應(yīng)用，Email:595889725@qq.com。