李志慧 康志強(qiáng) 馮 菲

(1.華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院 河北 唐山 063000；2.河鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司 河北 唐山 063000)

高濃度全尾砂膠結(jié)充填應(yīng)用及發(fā)展前景

李志慧1,2康志強(qiáng)1馮 菲2

(1.華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院 河北 唐山 063000；2.河鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司 河北 唐山 063000)

本文對(duì)全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)高濃度關(guān)鍵工藝進(jìn)行了介紹，并以石人溝全尾砂膠結(jié)充填工藝進(jìn)行了舉例；最后對(duì)全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)在鐵礦山發(fā)展提出了自己的觀點(diǎn)。

全尾砂膠結(jié)充填；鐵礦山；關(guān)鍵工藝

充填采礦不僅能夠防止井下水害及地表塌陷，可使地表村莊不搬遷，而且能夠大大提高礦石回收率，減少貧化率，走資源可持續(xù)發(fā)展道路。全尾砂是影響礦山環(huán)境保護(hù)的一個(gè)重要因素。據(jù)估計(jì)，2000年我國(guó)固體礦山采選業(yè)排出的尾礦、廢石堆存和破壞的土地面積達(dá)187～247萬(wàn)hm2。冶金礦山的占地面積就高達(dá)65萬(wàn)hm2，約占總量的30%，并逐年增加。因此，我國(guó)各個(gè)鐵礦山開(kāi)始從安全、經(jīng)濟(jì)及環(huán)保角度考慮及應(yīng)用全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)，如石人溝鐵礦、吳集鐵礦、馬莊鐵礦、金嶺鐵礦以及司家營(yíng)鐵礦等等。

近年來(lái)，蘇聯(lián)、澳大利亞、德國(guó)、南非和我國(guó)等國(guó)家對(duì)用不脫泥的尾砂作充填料的可行性進(jìn)行了試驗(yàn)和研究。蘇聯(lián)阿奇塞多金屬公司于1977～1979年在格魯博基礦試驗(yàn)成功了全尾砂臟結(jié)充填工藝，尾砂中一43m的細(xì)粒級(jí)尾秒占70充填料濃度達(dá)7-80%，采用自流方式經(jīng)鉆孔和水平管道150mm輸送到采空區(qū)，充填能力達(dá)120m/h。我國(guó)廣東凡口鉛鋅礦在1986-1991年間成功增進(jìn)行了高濃度全尾砂膠結(jié)充填)新工藝和裝備的研究，為國(guó)內(nèi)全尾充填工藝和理論提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。全尾砂膠結(jié)充填工藝是以全尾砂和水泥等固體物料加少量的水作為充填材料，通過(guò)活化攪拌，從而將充填料漿制備成高濃度料漿和堆放料漿的充填工藝。因含有一定比例泥量，如采用用低濃度輸送，充填料漿含水量高，進(jìn)入采場(chǎng)內(nèi)長(zhǎng)期呈流動(dòng)狀態(tài)，不易凝固，降低了充填強(qiáng)度。同時(shí)，脫水時(shí)帶走了一定水泥，污染巷道環(huán)境，同時(shí)增加了選礦成本。因此，只有采用高濃度輸送才具有一定工業(yè)價(jià)值。

一、全尾砂膠結(jié)充填關(guān)鍵工藝

(一)尾砂脫水工藝

1.濃密、過(guò)濾兩段脫水工藝。濃縮和過(guò)濾脫水普遍采用高效濃密機(jī)將選廠送來(lái)的20%左右濃度的全尾砂濃縮成40%～55%的濃砂漿,經(jīng)真空帶式過(guò)濾機(jī)或其它過(guò)濾機(jī)脫水,濾餅水份約占20%～22%。目前采用該工藝的礦山有杜官莊鐵礦、馬莊鐵礦、金嶺鐵礦等。

2.濃密、臥式沙倉(cāng)沉縮兩段脫水工藝。選廠全尾砂經(jīng)濃密成40%～55%的濃砂漿后輸送至充填站臥式砂池中自然沉降，排除全尾砂料面上的澄清水；放料時(shí)，采用壓氣造漿，砂池中全尾砂造漿均勻后，由放砂管向攪拌機(jī)供給全尾砂漿。該工藝目前草樓鐵礦使用。

3.濃密、立式沙倉(cāng)沉縮兩段脫水工藝。選礦全尾砂砂漿經(jīng)過(guò)高效濃密機(jī)第一段濃密池脫水后，泵入立式砂倉(cāng)進(jìn)行第二次沉縮脫水。造漿時(shí)，采用壓氣活化造漿為主的風(fēng)水聯(lián)動(dòng)組合造漿技術(shù)。該工藝具有放砂濃度高、穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。目前已廣泛應(yīng)用于鐵礦。

(二)料漿攪拌

國(guó)內(nèi)充填礦山以前使用攪拌桶等常規(guī)攪拌方法，實(shí)踐表明有30%的水泥得不到充分利用。新的攪拌方法采用強(qiáng)力攪拌活化兩段攪拌系統(tǒng)，即雙臥軸攪拌機(jī)+高速活化攪拌機(jī)攪拌系統(tǒng)。水泥和全尾砂攪拌成似均質(zhì)結(jié)構(gòu)流充填料漿。該料漿在輸送過(guò)程中水砂不會(huì)產(chǎn)生離析及脫水?，F(xiàn)廣泛用于國(guó)內(nèi)有色及黑色金屬礦山。

(三)料漿輸送

由于全尾砂高濃度輸送以結(jié)構(gòu)流均勻輸送，要實(shí)現(xiàn)自流輸送，就有保證其有良好的流動(dòng)性。國(guó)內(nèi)姚中亮教授提出當(dāng)全尾砂-20m顆粒含量不低于15%～20%，坍落度為23～25cm時(shí)可以實(shí)現(xiàn)充填料漿位壓自流輸送。但當(dāng)充填站在礦體中央集中布置，充填倍線過(guò)大時(shí)，則需在充填管線適當(dāng)位置安裝增壓泵。如濟(jì)鋼張馬屯鐵礦在井下增加了混凝土泵(一開(kāi)一備)。

二、典型礦山全尾砂充填工藝

石人溝鐵礦隸屬于河鋼集團(tuán)礦業(yè)公司，始建于1975年，是采、選聯(lián)合礦山。該礦由于地表不允許塌陷，不建尾礦庫(kù)等原因，開(kāi)始采用充填采礦法。自2009年起在付井旁建設(shè)了4套全尾砂充填工藝系統(tǒng)。(如圖1)。

圖1 全尾砂膠結(jié)充填工藝流程圖

該全尾砂充填工藝由全尾砂選礦排出的尾砂經(jīng)濃縮池濃縮到45%，由YJB-200/40油隔離泵加壓輸送到850m2沙倉(cāng)進(jìn)行自然沉降，達(dá)到最大沉降濃度。砂倉(cāng)放砂前，開(kāi)啟風(fēng)水聯(lián)動(dòng)噴嘴均勻造漿到適當(dāng)濃度，然后放砂到雙臥軸攪拌機(jī)；水泥采用散裝水泥罐車(chē)自動(dòng)卸入200m2水泥儲(chǔ)倉(cāng)，倉(cāng)底采用閘板閥卸料，由雙管螺旋給料機(jī)送料，經(jīng)螺旋電子稱(chēng)自動(dòng)計(jì)量后，水泥給入雙臥軸攪拌機(jī)；水直接由高位水池供給雙臥軸攪拌機(jī)。全尾砂與水泥在雙臥軸攪拌機(jī)中與水初步攪拌，攪拌后的料漿進(jìn)入高速活化攪拌機(jī)進(jìn)一步活化攪拌。最終，充填料漿呈結(jié)構(gòu)流狀進(jìn)入鉆孔進(jìn)行位壓自流輸送。各個(gè)操作由在線計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)與控制，整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。該工藝是國(guó)內(nèi)一流充填工藝，具有國(guó)際先進(jìn)水平。

三、全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)發(fā)展

1.充填工藝產(chǎn)能的大型化。由于我國(guó)鐵礦山的發(fā)展，礦石產(chǎn)量現(xiàn)已大型化.如司家營(yíng)鐵礦南區(qū)設(shè)計(jì)2000萬(wàn)噸，如此大型鐵礦國(guó)內(nèi)外罕見(jiàn)。如采用充填采礦，就需要采、出、充三步均衡。而我國(guó)全尾砂膠結(jié)充填能力僅達(dá)60～80m2/h，靠工藝數(shù)量滿(mǎn)足，往往造成充填工作復(fù)雜和充填欠賬。因此，鐵礦山迫切需要研制產(chǎn)能大型化的充填系統(tǒng)及配套設(shè)備。

2.全尾砂塊石膠結(jié)充填的研究。由于我國(guó)鐵礦山大部分采用嗣后充填的空?qǐng)龇?，要求充填體的強(qiáng)度較高，水泥量單耗低，同時(shí)，目前新建鐵礦山提出“廢石不出窿”要求。而這些恰恰是全尾砂塊石膠結(jié)充填的特征。

3.水泥替代品的研制。現(xiàn)普遍膠結(jié)材料為水泥，但水泥價(jià)格昂貴，費(fèi)用占充填材料成本的60%～80%，研制與應(yīng)用水泥替代品具有巨大經(jīng)濟(jì)效益。

4.新理論的創(chuàng)建。鐵礦近幾年才開(kāi)始采用充填采礦，沒(méi)有整套鐵礦充填理論，僅僅參照有色礦山全尾砂充填理論。但因有色礦山與鐵礦選礦工藝不同，全尾砂集料膠結(jié)特性也不同，這就需要研究人員對(duì)鐵礦全尾砂開(kāi)展大量的試驗(yàn)研究，并結(jié)合鐵礦山工作人員豐富的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出一套鐵礦山的充填理論與工藝。

[1]姜峰.草樓鐵礦全尾砂充填方案論證[J].礦業(yè)工程,2008.2.

[2]周愛(ài)民.中國(guó)充填技術(shù)概述[J].第八屆國(guó)際充填采礦會(huì)議論文集,1981.

[3]姜凡均,陳.鼎初.塊石膠結(jié)充填新工藝的模擬試驗(yàn).礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā),1993,13

[4]謝長(zhǎng)江,何哲祥等高爐水渣在張馬屯鐵礦充填中的應(yīng)用.中國(guó)礦業(yè)，1998,7.

李志慧(1988.10-)，女，漢，河北省秦皇島，河鋼礦業(yè)黨委宣傳部二級(jí)主管，本科，河鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司，研究方向：華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院采礦。