全粒级破碎废石膏体胶结充填工艺研究

2019-08-20李平定王亚伟

采矿技术 2019年4期

陈阳，李平定，王亚伟，孙皞，罗佳

全粒级破碎废石膏体胶结充填工艺研究

陈阳1，李平定1，王亚伟1，孙皞1，罗佳2, 3

(1.山阳秦鼎矿业有限责任公司，陕西商洛市 726403；2.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南长沙 410012；3.金属矿山安全技术国家重点实验室，湖南长沙 410012)

由于全尾砂含有氰化物，从环保角度考虑采用开采废石作为充填主要材料，以此设计了山阳秦鼎公司III号矿体充填系统，并结合现场条件开展了全粒级破碎废石膏体胶结充填工艺研究。该工艺主要先将井下废石用锤式破碎机破碎至3个粒级，按配比对全粒级废石与水泥进行混合搅拌配制浆体，然后卸料到高浓度搅拌槽，再进行更充分的搅拌后，由充填泵加压泵送至指定采空区进行充填，从而解决废石排放问题，降低了矿石的损失贫化，提高了矿山生产经济效益，并对生态环境和周边地表建筑起到了保护作用。

全粒级碎石；废石充填；充填工艺

随着国家对环保和资源的不断重视，充填采矿方法在采矿领域得到了广泛的应用[1-2]。充填采矿法能将矿山产生的尾矿、废石等固体废物进行再利用，充填至井下后既解决了采空区问题，又可使矿山不建废石场乃至尾矿库，保护了生态环境[3-8]。

矿山常用全尾砂作为充填主要材料[9-12]，但在尾砂不能充填时，往往会采用废石作为充填主要材料[13-14]。而全粒级破碎废石膏体胶结充填既能做到废石的“零排放”，降低充填成本，又能显著提高矿山生产经济效益。

1 充填系统方案选择

山阳秦鼎公司Ⅱ号矿体倾角一般为43°～76°，平均65°，倾角变化大，以急倾斜为主。矿体厚度一般为0.61～27.92 m，平均6.83 m，厚度不太稳定，变化大；其中102线、114线厚度较大，其它地段厚度较薄，且分支较多。

矿体金品位一般分布在0.94～14.12 g/t之间，平均金品位为4.2 g/t，品位变化系数为148%，有用组分分布较均匀。矿体及上、下盘围岩稳固性较差，矿山拟在下一步生产中采用上向进路胶结充填采矿法，结合现场实际条件，本文开展了与其相配套的全粒级破碎废石膏体胶结充填工艺研究。

1.1 充填材料性能试验

在矿山目前的选矿工艺条件下，尾砂含有氰化物，不能直接用于充填。综合考虑附近惰性材料的供应情况，矿山充填使用掘进废石是最为合理的选择，具有成本低廉、来源广泛等优点。

对井下掘进废石开展系列试验研究，废石充填材料各项试验结论分述如下：

（1）细集料：松散容重1.18 t/m³；比重2.65；孔隙率44.53%；自然安息角37°～40°。

（2）粗集料：松散容重1.43 t/m³；比重2.70；孔隙率52.96%；自然安息角32°～34°。

（3）粒级组成：−0.315 mm占17%。参考混凝土管道泵送要求，满足−0.315 mm含量不小于15%的要求。

利用既定的废石试样开展了PO 42.5普通硅酸盐水泥为胶结材料的充填料强度配比试验，实验强度结果如表1所示，充填体28 d强度发展正常，不同灰砂比、浓度时，强度变化较大，满足不同条件下充填采矿对充填体的强度要求。

1.2 充填方案选择

废石胶结充填可选的方案有两种，基本工艺及优缺点论述如下：

（1）废石胶结充填。掘进废石通过电机车牵引矿车运输至需要充填区域，卸载再通过铲运机运输至充填进路。水泥浆或水泥砂浆通过管道输送至充填进路，废石和水泥浆通过直淋混合。该充填工艺系统投资相对较少，系统操作简单，对工人技术水平要求低。缺点是充填系统受掘进废石的影响和制约；系统用人多，管理难度稍大；充填接顶困难，不能满足采矿方法的要求。

（2）全粒级破碎废石胶结充填。在地表充填站建立废石破碎筛分系统，将废石堆场堆存的掘进废石加工成合格的充填骨料，在地表制备充填料浆输送至采场进行充填。该工艺充填系统占地面积较小，基建投资小，建设速度快；流程简单有序；制备能耗低。缺点：充填系统受废石量的影响，废石不足时需要采用河砂充填，系统能力较小。

根据山阳秦鼎公司Ⅱ号矿体上向进路充填采矿法开采技术条件和开采现状，以降低投资和成本，尽早投产、工艺简单、易操作为原则，通过综合分析比较，山阳秦鼎公司Ⅱ号矿体充填系统设计推荐全粒级破碎废石胶结充填，当井下掘进废石量不够充填时，外购河砂补充充填骨料。

1.3 主要工艺流程

根据现场调查，井下掘进废石块度较小，最大块为200 mm左右（特大块除外），需要对井下掘进废石进行破碎，使废石粒径满足管道输送要求。

充填时采用ZL50装载机往配料仓上料，经计量装置计量后由提升斗提升至搅拌站骨料缓冲斗，再下放至搅拌机内。

充填所需的水泥由水泥罐车运至充填制备站，然后压风输送至成品水泥仓内，水泥经料仓底部的螺旋给料机输送至水泥计量秤，按充填强度的配比要求向双轴搅拌机内给料。在水泥仓上部安装除尘器，并为了解决放料过程中可能产生的料拱问题，在仓底部周围安装高压风喷嘴或仓壁振动器，漏斗下接螺旋给料机，变频调速。

水从矿山高位水池内直流至搅拌站，经计量后加入搅拌机内。卸料至高浓度搅拌槽再进行充分搅拌，通过充填泵加压后输送至指定区域进行充填。其工艺流程见图1。

图1 充填工艺流程

2 充填系统工艺设计

根据上向进路充填采矿法和井下空区充填处理要求，充填灰砂比为1׃6～1׃20、砂浆重量浓度为83%～85%、料浆流量50 m³/h。

2.1 供料工程

充填料浆耗材为破碎废石（河砂）、水泥和水。

平硐口废石堆场的废石经棒条式给料机给料至锤式破碎机，破碎后再由双层振动筛进行分级，得到−15~7 mm、−7 m和+15 mm 3个不同粒级产品。

根据矿山的采矿和充填能力匹配关系，散装水泥仓有效容积约77 m3，可储存水泥约80 t，可以满足充填系统连续运行要求。脉冲袋式收尘器、料位计和人行检查孔设置在水泥仓顶。单管螺旋给料机和螺旋闸门设置在水泥仓底部。充填过程中搅拌机内所需的水泥由单管螺旋给料机提供。为了控制水泥给料量，单管螺旋给料机中电机采用变频驱动，水泥给料量可以通过调整电机频率控制螺旋转速加以改变，以满足不同灰砂比及生产能力的要求。

2.2 料浆制备工程

破碎废石、水泥及适量调浓水经各自的供料线进入搅拌机。搅拌机选用两段搅拌，第一段为JS2000双轴搅拌机，为间断式搅拌，第二段为Ф2000×2100高浓度搅拌槽，为连续搅拌。经过搅拌机连续搅拌的充填料浆可利用设备对物料的双轴机械作用，提高水泥的活化性能并使其均匀分布，实现胶结充填料的活化搅拌，改善充填物料的流动性。

最后搅拌得到的充填料浆先以自流形式进入充填泵，再由充填泵加压泵送至指定采空区进行充填。下料斗设置了格筛和冲洗水阀，以便于冲洗管道并预防大块进入充填钻孔。