譚克亮　潘曉明　陳慶海

(1.濟(jì)南鋼城礦業(yè)有限公司；2.山東乾舜礦冶科技有限公司；3.山東鋼鐵集團(tuán)國(guó)際貿(mào)易有限公司)

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全尾砂膠結(jié)充填工藝技術(shù)改造與應(yīng)用

譚克亮1潘曉明2陳慶海3

(1.濟(jì)南鋼城礦業(yè)有限公司；2.山東乾舜礦冶科技有限公司；3.山東鋼鐵集團(tuán)國(guó)際貿(mào)易有限公司)

摘要隨著濟(jì)南鋼城礦業(yè)有限公司井下大帷幕一部礦房出礦量逐漸減少，新開采礦體賦存較淺，充填倍線增大，為能實(shí)現(xiàn)自流，需降低充填漿體濃度，以致充填體后期強(qiáng)度下降明顯。為此，進(jìn)行了充填系統(tǒng)改造：①改進(jìn)尾礦給料系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了均勻給料；②采用鏈條式攪拌機(jī)和雙葉輪強(qiáng)力攪拌機(jī)取代雙軸攪拌和高速攪拌，提高了充填料的濃度和質(zhì)量；③完善計(jì)量和控制系統(tǒng)。充填系統(tǒng)工藝改造后，充填體的質(zhì)量提高，減少了頂柱和間柱礦量損失，提高了礦山回采率，延長(zhǎng)了礦山服務(wù)年限。

關(guān)鍵詞膠結(jié)充填立式攪拌膠結(jié)劑充填體強(qiáng)度

1　改造前充填工藝概況

濟(jì)南鋼城礦業(yè)有限公司充填系統(tǒng)于1994年投資建設(shè)，總投資3 100余萬元。建成了全尾砂膠結(jié)充填系統(tǒng)和高爐水渣細(xì)磨系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了選礦不設(shè)尾礦庫的綠色選礦目標(biāo)。工藝流程見圖1。

圖1　改造之前的工藝流程

隨著井下大帷幕一部礦房出礦量逐漸減少，二部礦房和礦柱出礦逐漸增多，新開采礦體賦存較淺，充填倍線增大，為能實(shí)現(xiàn)自流，需降低充填漿體濃度，以致充填體后期強(qiáng)度下降明顯。在對(duì)尾砂、膠結(jié)劑、制漿工藝和井下封堵濾水工序進(jìn)行全面分析的基礎(chǔ)上，得出充填體強(qiáng)度較低的原因：①壓濾后的尾砂含泥、含水仍較多，黏性較大，很容易結(jié)塊而不易散開；②尾砂中細(xì)粒級(jí)含量較多，因大量細(xì)顆粒的存在，使得尾砂比表面積大，吸水率大，對(duì)于充填體料漿濃度的提高比較困難；③充填膠結(jié)劑選擇不恰當(dāng)，原采用水泥為膠結(jié)劑，水泥適合于粗粒級(jí)砂漿的固結(jié)，而現(xiàn)場(chǎng)尾砂中含泥量較多，用水泥為固結(jié)劑，不利于充填體強(qiáng)度的提高；④現(xiàn)有充填制漿生產(chǎn)系統(tǒng)控制技術(shù)落后，不能有效控制充填體的濃度。

2　充填系統(tǒng)改造技術(shù)方案

2.1尾砂給料系統(tǒng)

充填采用的尾砂是選礦生產(chǎn)尾礦。選礦生產(chǎn)尾礦濃縮后黏接成塊狀、黏性很強(qiáng)的固狀物?，F(xiàn)場(chǎng)采用漏斗和振動(dòng)給料機(jī)給料，黏成塊狀的尾砂一堆、一堆間隔落在膠帶輸送機(jī)上，造成給料不均勻(圖2(a))。而尾砂和水泥混合后的物料在雙軸攪拌機(jī)只經(jīng)過很短時(shí)間的攪拌即被送到高速攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌。攪拌時(shí)間過短，大部分的尾砂還未散開即被輸送到高速攪拌機(jī)，無法與水泥充分混合，僅起到了水化攪拌作用，導(dǎo)致采空區(qū)的充填體長(zhǎng)時(shí)間不能凝固。

為此，將原振動(dòng)給料機(jī)給料改造成雙螺旋給料機(jī)和調(diào)速皮帶秤給料，經(jīng)板式壓濾機(jī)壓成塊狀的黏性尾砂給入雙螺旋給料機(jī)，雙螺旋給料機(jī)排料能較均勻地在膠帶輸送機(jī)上落料，增設(shè)調(diào)速皮帶秤實(shí)現(xiàn)了在攪拌前尾砂給料的連續(xù)性和均勻性(圖2(b))。

圖2　給料系統(tǒng)輸送情況

2.2攪拌系統(tǒng)改造

原尾砂攪拌采用雙軸攪拌機(jī)一級(jí)攪拌。壓濾后的尾砂，通過振動(dòng)給料機(jī)和膠帶輸送機(jī)送到雙軸攪拌機(jī)，在雙軸攪拌機(jī)內(nèi)與水泥、水按照一定的比例混合并攪拌后，輸送到高速攪拌機(jī)進(jìn)行水化攪拌，然后由充填管輸送到采空區(qū)進(jìn)行充填。尾砂經(jīng)壓濾以后，易結(jié)成較大的黏濕塊，不易散開，且雙軸攪拌機(jī)攪拌時(shí)間過短，會(huì)造成大塊的尾砂還未散開即被輸送到下一個(gè)工序，與水泥的混合不充分。

為此，選用鏈條式攪拌機(jī)和雙葉輪強(qiáng)力攪拌機(jī)兩級(jí)攪拌。第一級(jí)鏈條式攪拌機(jī)攪拌葉片主要由鏈條組成，攪拌桶中間布有篩網(wǎng)，打散的尾砂可以通過篩網(wǎng)到攪拌桶下部進(jìn)行進(jìn)一步攪拌，未被打散的尾砂留在篩網(wǎng)上面，繼續(xù)由攪拌鏈條打散，從而保證濾網(wǎng)下的充填料中不含塊狀尾砂。第二級(jí)雙葉輪強(qiáng)力攪拌機(jī)攪拌能力強(qiáng)，能使尾砂與膠結(jié)劑充分、均勻接觸，攪拌效果好，提高了充填料的濃度和質(zhì)量。解決了因攪拌不充分、充填料中含有大量塊狀尾砂，導(dǎo)致的充填管道易堵塞、充填料漿濃度低、充填體強(qiáng)度低等問題。

2.3計(jì)量、控制系統(tǒng)改造

各充填料的配比和濃度是影響充填體質(zhì)量的重要因素。只有對(duì)尾礦、膠結(jié)劑和水等的計(jì)量準(zhǔn)確，才能保證充填料配比和礦漿濃度的穩(wěn)定合理。改造前，充填尾砂和水泥量分別由電子皮帶秤和智能螺旋秤進(jìn)行計(jì)量，尾砂和水泥配比手動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。充填用水量沒有計(jì)量設(shè)備，水量的大小靠操作人員經(jīng)驗(yàn)估計(jì)，造成充填料漿的配比和濃度誤差非常大。使得充填體濃度和灰砂比達(dá)不到技術(shù)要求，強(qiáng)度很低。

為此，在尾砂漏斗下，安裝了調(diào)速皮帶秤，用以控制和計(jì)量尾砂的輸送量。在水泥料倉(cāng)下安裝了調(diào)速螺旋輸送機(jī)和恒速螺旋秤，用以控制和計(jì)量水泥的用量。在水管上安裝了電磁流量計(jì)和電動(dòng)控制閥，用以計(jì)量和控制造漿所需水量。在充填管道上安裝了礦漿濃度計(jì)和流量計(jì)，用以計(jì)量充填料漿的濃度和充填量。并將所有流量計(jì)和輸出都連接到工

控機(jī)上進(jìn)行運(yùn)算。工控機(jī)根據(jù)接收到的信息，計(jì)算出實(shí)際的灰砂比，并通過電動(dòng)閥以及變頻器等控制裝置來調(diào)節(jié)尾砂、水泥以及充填水量的大小，保證充填料漿的質(zhì)量。

3　充填系統(tǒng)改造的應(yīng)用效果

最終的充填工藝流程見圖3。

圖3　改造之后的工藝流程

項(xiàng)目改造完成后共充填井下采空區(qū)8個(gè)，充填量累計(jì)11.5萬m3，充填料漿濃度穩(wěn)定在50%左右，提高了近10個(gè)百分點(diǎn)。改造后充填系統(tǒng)的改進(jìn)效果明顯，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：①將原來的尾礦振動(dòng)給料機(jī)給料改造成調(diào)速皮帶秤和雙螺旋給料機(jī)給料，實(shí)現(xiàn)了均勻給料；②采用鏈條式攪拌機(jī)和雙葉輪強(qiáng)力攪拌機(jī)取代雙軸攪拌和高速攪拌，能使尾砂與膠結(jié)劑充分接觸，攪拌效果好，提高了充填料的濃度和質(zhì)量，解決了因攪拌不充分、充填料中含有大量塊狀尾砂，導(dǎo)致充填管道易堵塞、充填料漿濃度低、充填體強(qiáng)度低等問題；③完善了計(jì)量和控制系統(tǒng)，所有流量計(jì)和輸出都連接到工控機(jī)上進(jìn)行運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)了智能化控制，保證了充填料漿的質(zhì)量。

充填系統(tǒng)工藝改造后，充填體的質(zhì)量提高，經(jīng)優(yōu)化Ⅱ#礦體采礦工藝，取消了頂柱，減少了頂柱和間柱礦量損失，回采率可提高10%以上。按照Ⅱ#礦體200萬t儲(chǔ)量，可多回采礦石20萬t，延長(zhǎng)Ⅱ#礦體有效開采時(shí)間2 a。

(收稿日期2016-05-05)

譚克亮(1981—)，男，工程師， 250101 山東省濟(jì)南市歷城區(qū)礦源路9號(hào)。

·實(shí)用技術(shù)·