鄧代強(qiáng)，皇甫風(fēng)成，仵鋒鋒

（1.貴州理工學(xué)院 礦業(yè)工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550003；2.新疆阿舍勒銅業(yè)股份有限公司，新疆 哈巴河 836700；3.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410012）

某礦山充填濃度檢測(cè)分析

鄧代強(qiáng)1，皇甫風(fēng)成2，仵鋒鋒3

（1.貴州理工學(xué)院 礦業(yè)工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550003；2.新疆阿舍勒銅業(yè)股份有限公司，新疆 哈巴河 836700；3.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410012）

為了降低充填成本，在保證質(zhì)量的前提下進(jìn)行了充填站現(xiàn)場(chǎng)尾砂漿與充填料漿制備濃度的檢測(cè)試驗(yàn)，結(jié)果顯示，充填料漿平均濃度實(shí)際值經(jīng)過(guò)修正，其與理論計(jì)算記錄值存在1%～2%左右的差值，影響充填料漿質(zhì)量的主要因素在于尾砂漿供給濃度及流量的波動(dòng)，若尾砂漿運(yùn)行參數(shù)變化頻繁，則會(huì)造成充填料漿制備濃度的大幅波動(dòng)，進(jìn)而影響到充填料漿的流態(tài)及井下充填管道的維護(hù)，因此可通過(guò)技術(shù)措施適當(dāng)提高放砂濃度并保持穩(wěn)定，使其造漿均勻化，以此來(lái)提高充填料漿制備效率，從而降低充填成本及管道維護(hù)費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排與可持續(xù)發(fā)展的目的。

充填濃度；參數(shù)修正；檢測(cè)試驗(yàn)；烘干箱

0 引言

基于環(huán)保、安全、生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)特征，對(duì)于如何處理礦石開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢棄物及其相關(guān)的次生災(zāi)害[1]，現(xiàn)今國(guó)內(nèi)外許多礦山都在普遍采用充填法開(kāi)采礦床，對(duì)于不同種類(lèi)和不同地理位置的礦山[2-4]，其充填材料、工藝特點(diǎn)和氣候特征也有很大的不同，但對(duì)于充填法開(kāi)采的共同目標(biāo)，均是在保證安全的前提下盡量多的降低充填成本，實(shí)現(xiàn)礦山企業(yè)經(jīng)營(yíng)的可持續(xù)發(fā)展[5-6]。在固體廢棄物處理及采空區(qū)治理等方面，相關(guān)的研究工作也較為活躍，如對(duì)于全尾砂濃密及充填體強(qiáng)度性能分析，文獻(xiàn)所做的研究可為實(shí)際應(yīng)用提供一定的參考[7]。對(duì)于國(guó)內(nèi)的一些鎢礦，隨著開(kāi)采的深入，為了安全開(kāi)采出價(jià)值較高的鎢礦資源，這些礦山也在積極采用充填法開(kāi)采，并結(jié)合充填材料的性能、尾礦沉降特征制定相關(guān)工藝流程[3-4，8]。對(duì)于動(dòng)力荷載作用下的充填體力學(xué)性能及穩(wěn)定性試驗(yàn)及評(píng)估方面，文獻(xiàn)中的分析可為采礦生產(chǎn)提供較好的借鑒[9-11]。通常情況下，充填系統(tǒng)的制備濃度對(duì)于整個(gè)工藝環(huán)節(jié)影響很大，并往往作為評(píng)判系統(tǒng)運(yùn)行情況的重要指標(biāo)。結(jié)合某礦山實(shí)例，研究濃度波動(dòng)的控制方式，進(jìn)行相關(guān)的充填指標(biāo)檢測(cè)分析，以為合理利用固體廢棄物、保護(hù)礦區(qū)地表、維護(hù)井下采空區(qū)的安全穩(wěn)定及降本增效提供技術(shù)支撐，并進(jìn)行了充填濃度及其影響因素研究，以期為國(guó)內(nèi)的一些鎢礦及相關(guān)礦山充填技術(shù)研究提供借鑒。

1 充填料漿制備流程

根據(jù)當(dāng)?shù)氐乩須夂蚣白匀粭l件，該礦山采用當(dāng)?shù)禺a(chǎn)的戈壁料與尾砂作為充填集料，膠凝材料采用普通水泥PC32.5和復(fù)合硅酸鹽水泥。戈壁集料通過(guò)鏟運(yùn)機(jī)鏟運(yùn)至隔篩，漏下隔篩的戈壁料通過(guò)皮帶輸送機(jī)輸送至混料斗，與來(lái)自于尾砂倉(cāng)放砂管道的低濃度尾砂漿混合，加水泥經(jīng)臥式攪拌機(jī)攪拌均勻后通過(guò)管道井中的充填管道流入采空區(qū)進(jìn)行充填[15-16]。由于該礦現(xiàn)階段開(kāi)采的礦體埋深較大，因此充填倍線較小，基本上屬于高壓頭、低倍線自流輸送充填。其充填系統(tǒng)工藝流程中的戈壁料由皮帶輸送機(jī)供給，如圖1所示，戈壁料、尾砂漿、水泥經(jīng)過(guò)臥式攪拌機(jī)攪拌均勻后形成均質(zhì)性良好的結(jié)構(gòu)流體，如圖2所示。

圖1 戈壁料供給皮帶輸送機(jī)Fig.1 Gobi feed conveyor belt

圖2 攪拌均勻的充填料漿狀態(tài)Fig.2 The stateof the filling slurry

2 充填運(yùn)行指標(biāo)檢測(cè)與修正

2.1 充填運(yùn)行指標(biāo)檢測(cè)

對(duì)于一套完整的充填系統(tǒng)，其主要控制節(jié)點(diǎn)為濃度、流量、重量等的大小及其波動(dòng)范圍。針對(duì)該礦的充填站各供料線的給料方式及調(diào)控手段，開(kāi)展調(diào)查、分析、研究，對(duì)其立式砂倉(cāng)的放砂濃度及其變化情況進(jìn)行取樣與分析，同時(shí)進(jìn)行對(duì)應(yīng)時(shí)刻的充填料漿濃度取樣及分析。試驗(yàn)過(guò)程為日常工作班次中，在各供料環(huán)節(jié)穩(wěn)定、充填系統(tǒng)正常運(yùn)行的時(shí)間段內(nèi)，每隔20～60min取一次尾砂漿樣品與充填料漿樣品，于充填站的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，采用烘干箱烘干法檢測(cè)其濃度參數(shù)。為更好地貼近生產(chǎn)實(shí)際情況，尾砂漿樣品使用統(tǒng)一規(guī)格的塑料瓶盛裝，部分尾砂漿采集樣品照片見(jiàn)圖3所示；充填料漿取自于攪拌環(huán)節(jié)的最末端，即在攪拌機(jī)出口處取得充填料漿樣品，如圖4所示。

圖3 尾砂漿樣品采集Fig.3 Tailingsslurry sam pling

圖4 充填料漿樣品采集Fig.4 Filling slurry sam ple collection

將取得的樣品按照采集時(shí)間和位置進(jìn)行編號(hào)，然后轉(zhuǎn)盛入耐高溫的不銹鋼容器，放入烘干箱中進(jìn)行加熱烘烤，直至其質(zhì)量不再發(fā)生變化。然后取出稱重，換算出兩種料漿的實(shí)際濃度，再與充填站儀表室記錄的理論濃度進(jìn)行對(duì)比，分析其差別產(chǎn)生的原因。尾砂漿與充填料漿分別編號(hào)，部分檢測(cè)樣品分批次烘烤，見(jiàn)圖5所示；部分尾砂漿樣品烘干狀態(tài)如圖6所示。

圖5 尾砂漿與充填料漿烘烤Fig.5 Tailmortar and filling slurry baking

圖6 尾砂漿樣品烘干狀態(tài)Fig.6 Tailmortar sample drying status

在正常生產(chǎn)過(guò)程中的某時(shí)間段里，使用統(tǒng)一規(guī)格的容器取樣，在工藝上游的尾砂漿取樣的同時(shí)，對(duì)處于工藝下游的充填料漿同步取樣，裝入容器的尾砂漿與充填料漿經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的自然沉降，上部的清水逐漸泌出，固體顆粒的漿體體積減小，顆粒在自重作用下壓縮密實(shí)。當(dāng)上部泌出的清水完全清澈，漿體的體積基本不再發(fā)生變化時(shí)，將泌出的澄清水漸漸倒出，進(jìn)行水、固分離后將樣品烘干、稱重，計(jì)算其濃度、容重等物理參數(shù)，其中最重要的檢測(cè)指標(biāo)為尾砂漿的濃度與充填料漿的濃度。

2.2 充填運(yùn)行指標(biāo)修正

通過(guò)分析計(jì)算，得到充填站1#與2#充填系統(tǒng)各運(yùn)行參數(shù)指標(biāo)，各指標(biāo)的變化曲線對(duì)比關(guān)系如圖7所示。從圖7（a）中1#充填系統(tǒng)的生產(chǎn)情況可以看出，充填站運(yùn)行過(guò)程中的記錄尾砂濃度波動(dòng)范圍為28%～32%，記錄料漿濃度為75%左右；濃度指標(biāo)檢測(cè)時(shí)，計(jì)算尾砂濃度波動(dòng)范圍為18.3%～45.6%，計(jì)算料漿濃度波動(dòng)范圍為58.5%～80.6%?？紤]到尾砂與充填料漿樣品烘干時(shí)溫度較高，勢(shì)必會(huì)造成尾砂之中的一部分硫元素的升華與揮發(fā)，會(huì)造成部分固體物質(zhì)減少，而在正常生產(chǎn)時(shí)不會(huì)有如此高溫使部分硫散失。因此通過(guò)計(jì)算補(bǔ)足這部分硫后重新計(jì)算，得到修正尾砂濃度和修正料漿濃度的波動(dòng)范圍分別為21.4%～53.3%和60.2%～83%。從數(shù)據(jù)上顯示，修正尾砂濃度和修正料漿濃度在數(shù)值上均有所提高，此參數(shù)即為生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)際值。

同樣的，從圖7（b）中2#充填系統(tǒng)的生產(chǎn)情況可以看出，充填站運(yùn)行過(guò)程中的記錄尾砂濃度波動(dòng)范圍為30%～33%，記錄料漿濃度為75%～76%。濃度指標(biāo)檢測(cè)時(shí)，計(jì)算尾砂濃度波動(dòng)范圍為18.8%～46.7%，計(jì)算料漿濃度波動(dòng)范圍為59.4%～77.3%。同樣的，通過(guò)硫的補(bǔ)足計(jì)算，得到修正尾砂濃度和修正料漿濃度的波動(dòng)范圍分別為21.9%～54.6%和61.2%～79.6%。從數(shù)據(jù)上顯示，修正尾砂濃度和修正料漿濃度在數(shù)值上均有所提高，此兩參數(shù)即為生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)際值。

圖7 1#、2#系統(tǒng)尾砂漿與充填料漿濃度檢測(cè)Fig.7 Slurry concentration detection in 1#and 2#system

從1#充填系統(tǒng)與2#充填系統(tǒng)的運(yùn)行指標(biāo)來(lái)看，其實(shí)際充填料漿的濃度指標(biāo)變化較大。當(dāng)班取樣，1#、2#充填系統(tǒng)的修正料漿濃度為73.3%、74%，記錄料漿濃度為75%、75%～76%，分別相差1.7%和1%～2%。波動(dòng)主要來(lái)源為放砂濃度存在較大的波動(dòng)，最終導(dǎo)致充填料漿濃度的波動(dòng)及差別。

3 充填平穩(wěn)運(yùn)行方式分析

通過(guò)對(duì)1#、2#充填系統(tǒng)的運(yùn)行指標(biāo)分析，影響充填料漿濃度及其波動(dòng)的核心因素在于尾砂濃度的變化。在日常生產(chǎn)中，尾砂濃度穩(wěn)定時(shí)，充填料漿的濃度也可保持穩(wěn)定，反之，尾砂濃度不穩(wěn)，也會(huì)導(dǎo)致充填料漿的濃度波動(dòng)幅度較大，致使出現(xiàn)水泥離析、料漿分層、管道磨損較快、管輸壓力不均等問(wèn)題。

經(jīng)過(guò)對(duì)充填工藝流程的各環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)查分析，了解到由于選廠有時(shí)尾砂供給不足，為了保持泵送流速的穩(wěn)定，當(dāng)尾砂不足時(shí)，需要添加一部分水進(jìn)入尾砂漿以調(diào)配流體總量，使之達(dá)到泵送額定流量，以確保管道輸送流速大于臨界流速，避免尾砂沉降。因此，需要將礦山各選廠及各環(huán)節(jié)尾砂供給整合，通過(guò)啟用砂倉(cāng)蓄存高濃度尾砂漿的方式，放砂時(shí)逐漸稀釋至所需的濃度，以控制尾砂濃度的方式調(diào)節(jié)充填料漿濃度，從而減小充填料漿濃度的波動(dòng)，以為減少水泥用量與管道維護(hù)成本，為安全生產(chǎn)提供幫助。通過(guò)對(duì)充填系統(tǒng)檢測(cè)數(shù)據(jù)與選廠供給尾砂情況結(jié)果分析，得到充填系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行方式流程控制與調(diào)節(jié)流程示意如圖8所示。

圖8 充填平穩(wěn)運(yùn)行方式示意圖Fig.8 Smooth operationmode diagram for the filling

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)礦區(qū)所處地理位置及周邊的充填物料的供應(yīng)現(xiàn)狀，該礦充填系統(tǒng)采用戈壁料、全尾砂，水泥作為充填材料，由于各物料的來(lái)源與供給存在一定的變化，這就造成了工藝控制的復(fù)雜性，為此需要及時(shí)檢測(cè)分析，找出影響充填運(yùn)行指標(biāo)的影響因素，有針對(duì)性地加以控制，從而最大限度地消除系統(tǒng)參數(shù)大幅變動(dòng)而對(duì)整套工藝產(chǎn)生的不良影響。

分析充填工藝特點(diǎn)可以看出，由于該礦立式砂倉(cāng)的尾砂供應(yīng)來(lái)源于選礦廠，有時(shí)輸送過(guò)來(lái)的尾砂漿濃度不穩(wěn)定，而且尾砂量的供應(yīng)也存在波動(dòng)，其結(jié)果直接影響到放砂濃度的高低，使得充填料漿的濃度也存在較大幅度的波動(dòng)，進(jìn)而影響到井下管道輸送與采場(chǎng)充填效率。

為了實(shí)現(xiàn)充填料漿的穩(wěn)態(tài)制備，達(dá)到穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)流體狀態(tài)，將來(lái)需要對(duì)尾砂漿供給的流程進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)工藝改善與調(diào)控，實(shí)現(xiàn)尾砂漿的濃度穩(wěn)定可調(diào)，使各種物料按照設(shè)定的程序準(zhǔn)確添加，從而在改善管道磨耗的同時(shí)大幅提高充填料漿的制備效率，實(shí)現(xiàn)妥善處置固體廢棄物、保護(hù)礦區(qū)環(huán)境、降本增效的目的。

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Detection Analysison the Filling Concentration of a M ine

DENGDaiqiang1,HUANGFUFengcheng2,WUFengfeng3

（1.Guizhou Instituteof Technology,Guiyang 550003,Guizhou,China;2.Xinjiang Ashele CopperCo.,Ltd.,Habahe 836700,Xinjiang,China;3.Changsha InstituteofMining Research Co.,Ltd.,Changsha 410012,Hunan,China)

To reduce the filling costunder the premise ofensuring the quality,the testof the concentration of tailings and filling slurry in the filling station was carried out.The results show that the actual value of the average concentration of the filling slurry is corrected,which is about1%～2%of the calculated value.Themain factor influencing the quality of the filling slurry is the fluctuation of the tail gas supply concentration and the flow rate. When the tailmortaroperating parameterschange frequently,itwillcause the slurry slurry preparation concentration of large fluctuations,whichwillaffect the filling slurry flow and underground filling pipelinemaintenance.Therefore, the technical measures can be properly increased by the concentration of sand and maintain stability,so that homogenization of slurry in order to improve the efficiency of filling slurry to reduce the cost of filling and pipeline maintenance costs toachieveenergy conservation and sustainable development.

filling concentration;parametermodification;detection test;drying box

TD327；TD862

A

10.3969/j.issn.1009－0622.2017.02.004

2017-02-21

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2013BAB02B04）

鄧代強(qiáng)（1974-），男，新疆石河子人，博士，高級(jí)工程師，主要從事巖土與礦業(yè)安全工程的教學(xué)與科研工作。