金属矿山膏体充填工业试验研究

2019-12-23包东程韩春雨刘明君杜永亮

采矿技术 2019年6期

包东程，韩春雨，刘明君，杜永亮，陈东

金属矿山膏体充填工业试验研究

包东程，韩春雨，刘明君，杜永亮，陈东

(红岭矿业公司，内蒙古赤峰市 024000)

为实现红岭矿业公司井下膏体充填，对红岭矿业公司3000 t/d选厂尾砂进行了物理性质分析，在此基础上进行膏体充填工业试验。通过本次工业试验，得出了浓密机最佳的单位面积处理量、絮凝剂用量以及最优条件下可达到的底流浓度，并设计浓密机添加絮凝剂合适的结构方案，计算浓密机的处理能力，为大型深锥浓密机选型提供数据。

膏体充填;工业试验;单位面积处理量;底流浓度;浓密机

红岭矿业公司于1988年开始筹建，经过20余年的开采，生产能力由建矿初期的210 t/d经过多次改扩建成如今的5000 t/d。自建矿以来，无论是采用浅孔留矿法还是阶段深孔空场崩落联合采矿法进行回采，均未进行充填，为防止采空区塌陷产生井下冲击波，矿山对采空区进行了崩落处理，使空区连通地表，但造成了地表塌陷，且随着下部中段的开采，地表塌陷坑范围逐渐增大，成为影响矿山安全生产及矿区人员财产安全的危险源。为此，有必要开展红岭矿业公司井下充填研究。

目前红岭矿业公司选厂尾矿排放共有3000 t/d和2000 t/d 2套系统，现有充填站利用3000 t/d尾矿排放系统作为尾砂材料来源，充填站砂仓溢流后由渣浆泵泵送至尾矿库进行沉淀，尾矿库回水再进入选厂循环使用。

矿山已建成1套充填系统，充填能力500 m3/d，采用分级尾砂作为骨料进行充填。本次研究为膏体试验机泵送充填井下采空区技术方案，拟通过小型工业试验得出关键性数据，为实现红岭矿业公司膏体充填提供依据。

1 充填方案及相关计算

目前矿山采用分级尾砂胶结充填方式，由于砂仓容积有限，不能满足井下生产充填及地表塌陷区治理的需求。

本次试验在现有充填站已有设施的基础上，增加了1套小型立式砂仓（全尾砂膏体试验机）及放砂系统和絮凝剂添加装置，以进行工业浓密试验，得出最佳的单位面积处理量、絮凝剂用量和最优条件下可达到的底流浓度，以及立式砂仓添加絮凝剂合适的结构方案和小型立式砂仓处理能力，为大型深锥浓密机选型提供数据。

根据国内外充填技术发展及目前已经掌握的充填技术，本次设计采用全尾砂充填方案。具体方案为：在矿山3000 t砂泵站至充填站之间新建矿浆输送系统，利用3000 t/d砂泵站内的液下渣浆泵将8%~12%浓度的尾矿浆扬送到充填搅拌站小型立式砂仓内。脱水后，从小型立式砂仓底部放出高浓度的尾砂浆体，经软管泵泵送至高浓度搅拌槽搅拌，然后自流输送或者泵送进入采场充填。

2 充填设施设备选择

2.1 全尾砂膏体试验机

由于本次试验的主要任务是选择最佳的絮凝剂浓度及尾砂底流浓度，对充填能力没有具体要求，故本次试验选用矿山现有的110 m3立式砂仓，砂仓顶部设絮凝剂添加受料筒，仓内设耙架，砂仓直径3.2 m，高度14.95 m（直线段12.95 m）。

2.2 水泥仓

矿山现有废石充填站有水泥仓2座，本次设计利用现有水泥仓。

2.3 设备选择

充填搅拌站主要设备包括高浓度搅拌槽、水泥给料设备和软管泵。高浓度搅拌槽及水泥给料设备均利用现有设施。

高浓度搅拌槽采用卧式双轴搅拌机，搅拌能力为35～40 m3/h，水泥给料设备采用双管螺旋输送机，配螺旋电子秤。

软管泵：根据双轴卧式搅拌机的搅拌能力，本次设计配置软管泵，其输送能力为2～10 m3/h，压力0.6 MPa，采用变频电机，满足仓底至搅拌桶之间输送扬程及流量的要求。

2.4 回水溢流池

全尾砂膏体试验机溢流水进入13.5 m3溢流池，溢流池内的水经DF60水泵（=40~60 m3/h，=50.86 m）输送至3000 t/d选厂砂泵站缓冲池，配备电机功率是37 kW，一用一备，通过变频调速控制满足要求。

2.5 絮凝剂添加装置

在立式砂仓侧设絮凝剂搅拌装置及添加装置，絮凝剂添加装置容积1000 L，实现准确添加与计量。

2.6 充填自动控制系统

根据充填工艺要求，在放砂管路及给水管路上设置浓度计、流量计等仪表，试验期间采用半自动控制，待试验确定数据后再进行充填自动化改造，将计量数据实时反馈至控制系统，由系统实现尾砂、水泥的精确配比，搅拌形成符合要求的充填料浆。

3 试验方法及步骤

3.1 试验方法

全尾砂膏体试验机内径为3.2 m，设备总高18 m，泥层高度最大10 m，对于本次浓密试验，设定的目标泥床高度为8～9 m。

矿浆通过添加絮凝剂后进入浓密机进行絮凝沉降（本次添加的絮凝剂型号SNF625V阴离子型絮凝剂）。通过调整稀释水量，观察澄清区、沉降区和泥层高度，再根据观测情况，调节进料流量、絮凝剂用量，待泥层高度达到8 m左右开始排放底流，检测进料浓度、溢流浓度、底流浓度。

3.2 试验步骤

首先对全尾砂膏体试验机附带仪器仪表进行检查，确保仪器仪表运转正常；对浓密机注水直至溢流水管有水流出，根据浓密的单位面积处理量，合理稀释浓度，调整好给矿量以及稀释水量；絮凝剂量依据溢流水的澄清情况调整。

给料取样：每隔1 h对矿浆进行在线取样测试，多次取矿浆质量浓度、密度的平均值，得出实验周期的平均处理量，矿浆的平均密度，做好原始记录，填入表格；

对给料流量计、稀释水的流量计、絮凝剂的流量计每隔1 h进行读数，录入表格，然后在实验周期内取平均值，最终得出给料浓度、稀释浓度、絮凝剂用量的参数。

底流取样：当泥层高度达到8 m左右且稳定后，对底流每1 h进行取样，测试的参数有质量、体积、密度、底流浓度、底流排放速度，然后在实验周期对相关参数取平均值。

溢流水固含量测试：当泥层高度达到8 m左右且稳定后，每1 h取样一次测试，记录每次的实验结果，在实验周期取平均值。

各数据采集结果见表1~表2。

表1 半工业浓密试验给料浓度和溢流水结果

表2 半工业浓密试验底流排放结果

3.3 试验小结

（1）3000 t/d选厂全尾砂+立式砂仓溢流尾砂动态平衡试验平均单位面积处理量为0.34 t/(m2∙h)，絮凝剂用量为23.81 g/t，动态试验过程中，底流浓度在68.23%～72.8%；来料平均浓度为8.73%，稀释后平均浓度为5.1%，溢流水澄清度较好。

（2）3000 t/d选厂全尾砂试验平均单位面积处理量为0.46 t/(m2∙h)，絮凝剂用量为20.3 g/t，动态试验过程中，泥层高度＞6 m时，排料速度在(0.6～1.6) m3/h，底流浓度在75.9%～79.8%；来料平均浓度为11.54%，溢流水澄清度较好。3000 t/d选厂尾砂的底流浓度比添加砂仓溢流后底流浓度高。