陳 維

(湖南黃金洞礦業(yè)有限責(zé)任公司, 湖南 岳陽(yáng)市 414506)

0 前 言

眾所周知,隨著金屬礦山開(kāi)采的進(jìn)行,開(kāi)采過(guò)程中會(huì)形成大量的采空區(qū),這不僅留下地表塌陷隱患,還破壞了周邊環(huán)境,而且對(duì)當(dāng)前乃至今后的井下安全生產(chǎn)構(gòu)成一定的威脅[1-3]。特別是一些傳統(tǒng)礦山受限于采礦條件和充填方法的制約,原有采空區(qū)充填存在大量的未充實(shí)區(qū)域,而另一方面礦山固廢排放則越來(lái)越多,大量占用了地表空間,影響了周邊生態(tài)環(huán)境[4-6]。尾砂充填技術(shù)是國(guó)家大力推行的一種綠色開(kāi)采技術(shù),其以礦山本身所產(chǎn)尾砂和廢石為原料,加入水泥或其他膠凝材料,攪拌后形成膏體或類(lèi)膏體,其具有形態(tài)穩(wěn)定、不泌水、不粘結(jié)的特點(diǎn),根據(jù)礦山采礦條件進(jìn)行充填后往往取得良好技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果[5-10]。

湖南某金礦是一座具有較長(zhǎng)開(kāi)采歷史的老礦山,目前采用上向水平分層干式充填法,充填能力小、充填效率低,運(yùn)行成本高,已成為影響礦山正常生產(chǎn),制約礦山產(chǎn)能提高和經(jīng)濟(jì)效益提升的主要瓶頸問(wèn)題?；I備開(kāi)展尾砂充填的礦區(qū)生產(chǎn)規(guī)模為300 kt/a,選廠即將改造升級(jí)為1600 t/d,適合建設(shè)中小型規(guī)格尾砂充填系統(tǒng)。

1 充填料漿配比

粒徑分析測(cè)試樣品為全尾砂,粒級(jí)組成分析用于測(cè)定尾砂顆粒組成尺寸及含量,測(cè)試方法為水篩篩分法,試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

由表1可以看出,尾砂粒徑很細(xì),75μm以下(－200目)尾砂占76.70%,37μm以下(－400目)占59.62%。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研確定充填試驗(yàn)材料為：

(1)骨料：全尾砂和碎石;

(2)膠凝材料：普通425＃硅酸鹽水泥;

(3)水：普通自來(lái)水。

現(xiàn)場(chǎng)取樣的碎石經(jīng)篩網(wǎng)孔徑為9.6 mm的鋼篩篩分,篩下產(chǎn)物作為充填配比的碎石原料。通過(guò)配比試驗(yàn),確定充填料漿由尾砂＋水泥＋碎石組合而成,其中,濃密機(jī)底流濃度為60%,碎石添加比為30%。

表1 全尾砂粒級(jí)分布測(cè)試結(jié)果

2 供砂系統(tǒng)方案

2.1 供砂管路選型

全尾砂加權(quán)平均粒徑為0.058 mm,尾砂輸送濃度為20%～25%,查表2得臨界流速1.0～1.2 m/s,由于尾砂密度為2.773 t/m3,超過(guò)2.7 t/m3的界限值,因此應(yīng)按下述系數(shù)β進(jìn)行修正：

式中,δt為尾礦密度與水的密度比,2.773。

代入數(shù)據(jù)得,β＝1.04,則臨界流速Vl＝1.2×1.04＝1.248 m/s。取一定的富余系數(shù),臨界流速為1.4 m/s。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果,參考國(guó)內(nèi)有關(guān)礦山尾礦漿輸送經(jīng)驗(yàn),綜合考慮管路磨損和承壓等因素,供砂管路選用規(guī)格為Φ219 mm×(6＋8)mm的超高分子聚乙烯鋼復(fù)合管,管道有效內(nèi)徑為191 mm。同時(shí),設(shè)置1路回水系統(tǒng),規(guī)格為Φ159 mm×8 mm的超高分子聚乙烯管(或Φ159 mm×6 mm普通鋼管)。

表2 輸送管礦漿臨界流速概略經(jīng)驗(yàn)值(《選礦設(shè)計(jì)手冊(cè)》,2004)

2.2 柱塞式渣漿泵選型

參照國(guó)內(nèi)外尾砂輸送經(jīng)驗(yàn),質(zhì)量濃度為20%～25%管損取0.4 MPa/km,全尾砂漿的最大輸送能力為181.69 m3/h,全尾砂輸送管道為1700 m,高差為40 m。計(jì)算得到充填管路最大的阻力損失為1.36 MPa。礦區(qū)現(xiàn)有ZN－ZJB/250B2柱塞式渣漿泵2臺(tái),額定流量為250 m3/h,實(shí)際流量為180～220 m3/h,滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。

3 充填系統(tǒng)工藝流程

(1)碎石制備系統(tǒng)。礦山碎石通過(guò)裝載機(jī)上料至上料斗,通過(guò)斗底振動(dòng)給料機(jī)送至顎式破碎機(jī)進(jìn)行初次破碎,通過(guò)1＃皮帶機(jī)輸送至2＃皮帶機(jī)再輸?shù)秸駝?dòng)篩進(jìn)行篩分,粒徑≤15 mm的碎石通過(guò)5＃皮帶機(jī)輸送至成品碎石堆場(chǎng)存儲(chǔ),粒徑＞15 mm的碎石通過(guò)3＃皮帶機(jī)輸送至反擊式破碎機(jī)進(jìn)行二次破碎篩分,粒徑＜15 mm的碎石通過(guò)皮帶機(jī)輸送至成品碎石堆場(chǎng)存儲(chǔ),粒徑大于15 mm的碎石循環(huán)進(jìn)行破碎。碎石破碎篩分系統(tǒng)設(shè)置除塵系統(tǒng),對(duì)過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行收集處理。成品碎石通過(guò)裝載機(jī)上料至上料斗,通過(guò)圓盤(pán)給料機(jī)送到計(jì)量皮帶,計(jì)量稱(chēng)重后經(jīng)過(guò)輸送皮帶送至連續(xù)攪拌機(jī)中。

(2)尾砂濃密系統(tǒng)。來(lái)自選廠的尾礦漿通過(guò)現(xiàn)有尾礦漿輸送設(shè)備輸送至充填站深錐濃密機(jī)中,通過(guò)絮凝劑(聚合劑)制備添加系統(tǒng)加入絮凝劑(聚合劑),以提高尾礦漿的沉降速度,降低溢流水含固量。尾礦漿濃密沉降后排出的溢流水回選廠循環(huán)使用。濃密后的高濃度料漿通過(guò)底流循環(huán)輸送系統(tǒng)泵送至連續(xù)攪拌機(jī)中。

(3)水泥計(jì)量系統(tǒng)。水泥通過(guò)散裝水泥罐車(chē)輸送至水泥筒倉(cāng)內(nèi)存儲(chǔ),筒倉(cāng)設(shè)置料位計(jì),底部通過(guò)穩(wěn)流裝置、螺旋輸送機(jī)、稱(chēng)重螺旋給料機(jī)進(jìn)行計(jì)量后輸送卸料至攪拌機(jī)中。

(4)料漿制備輸送系統(tǒng)。濃密后的高濃度尾砂料漿、水泥、碎石和水通過(guò)二級(jí)雙臥軸強(qiáng)制式連續(xù)攪拌機(jī)進(jìn)行充分?jǐn)嚢柚苽涑沙涮盍蠞{,卸料至充填工業(yè)泵,經(jīng)充填管路輸送至井下充填區(qū)域。充填工藝流程如圖1所示。

圖1 充填工藝流程

4 充填系統(tǒng)主要設(shè)備選型

(1)深錐濃密機(jī)。根據(jù)全尾砂靜態(tài)與動(dòng)態(tài)沉降試驗(yàn)成果,在最佳絮凝參數(shù)下,濃密機(jī)單位面積處理量為0.37 t/m2·h,需要處理的全尾砂最大量為41.67 t/h,計(jì)算得濃密機(jī)面積不小于112.67 m2,即深錐濃密機(jī)直徑不小于11.97 m,考慮到供砂的波動(dòng)性及一定的富裕系數(shù),設(shè)計(jì)選擇1臺(tái)直徑12 m的深錐濃密機(jī)。

(2)水泥倉(cāng)。日最大充填方量為1440 m3,按最大灰砂比1∶4進(jìn)行計(jì)算,則每天充填最多需要消耗水泥378 t,設(shè)計(jì)2套水泥儲(chǔ)存與輸送系統(tǒng),一用一備,水泥筒倉(cāng)直徑4.0 m,有效水泥容量200 t,滿(mǎn)足最大灰砂比的充填需灰量要求。

(3)破碎站。用于將碎石制備成粒徑＜15 mm的成品碎石骨料并上料至攪拌機(jī),同時(shí)進(jìn)行粉塵除塵處理,防止粉塵污染。碎石破碎篩分系統(tǒng)處理能力按60～80 t/h進(jìn)行設(shè)計(jì)。所需設(shè)備為振動(dòng)給料機(jī)、顎式破碎機(jī)、反擊式破碎機(jī)和圓盤(pán)給料機(jī)等各1臺(tái)。

(4)攪拌和泵送。全尾砂充填系統(tǒng)充填骨料為全尾砂、碎石、水泥和水,為多種骨料混合漿體,采用兩級(jí)雙臥軸強(qiáng)制式連續(xù)攪拌機(jī)進(jìn)行全尾砂膏體充填料漿的攪拌制備。充填系統(tǒng)的最大輸送能力60 m3/h,充填管路最遠(yuǎn)為4650 m,高差515 m,根據(jù)經(jīng)驗(yàn),選擇HGBS80充填工業(yè)泵可滿(mǎn)足生產(chǎn)要求,配置2臺(tái)充填工業(yè)泵,一用一備,以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和減少故障風(fēng)險(xiǎn)。

充填管路。泵送充填料漿經(jīng)濟(jì)流速一般在1.2～1.6 m/s左右,此時(shí)充填管道內(nèi)徑為：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果,結(jié)合國(guó)內(nèi)充填礦山生產(chǎn)應(yīng)用現(xiàn)狀,設(shè)計(jì)選用Φ146 mm×8 mm無(wú)縫鋼管,管道內(nèi)徑130 mm,此時(shí)工作流速為1.26 m/s,符合經(jīng)濟(jì)流速要求。

5 結(jié) 論

全尾砂充填工藝技術(shù)已經(jīng)成為世界充填工藝技術(shù)發(fā)展的主要方向,以礦山自身產(chǎn)生的工業(yè)廢料為充填骨料,開(kāi)發(fā)礦山全廢料混凝土泵壓輸送充填技術(shù)和充填工藝,為礦山實(shí)現(xiàn)無(wú)廢開(kāi)采和零排放提供了有效途徑。采用全尾砂充填,可以提高井下開(kāi)采作業(yè)安全性,提高資源回采率,降低貧化率,減少甚至消除尾礦地表排放帶來(lái)的安全和環(huán)保問(wèn)題,做到真正意義上的無(wú)廢開(kāi)采,符合建設(shè)“綠色礦山”的政策要求,有著良好的社會(huì)和環(huán)境效益。