襲著鋒，王 政，張逢義，王 明，王俊旭

（1 山東乾舜礦冶科技股份有限公司，山東 濟(jì)南250101；2 山東金璽泰礦業(yè)有限公司，山東 臨沂276000）

1 前 言

鐵礦選礦車間在采用磁選工藝選礦過程中會產(chǎn)生含有大量尾砂的廢水，通常這些廢水先進(jìn)入濃密池，濃密池底部會形成質(zhì)量濃度為25%～30%的尾砂漿，利用渣漿泵和管路輸送至旋流器組，經(jīng)過旋流器組的二次濃密后會形成含水量約18%的尾砂，可以作為建筑材料被利用。但是旋流器上部溢流水中仍含有5%～10%的細(xì)顆粒尾泥，這部分尾泥一般會和溢流水一起排入尾礦庫沉淀后堆存。大量尾泥形成的尾礦庫不僅占用土地資源，還存在潰壩的安全隱患。針對這一問題需要考慮一種高效、可靠、資源化利用的解決方案。

將尾泥作為充填材料填充到井下采空區(qū)，既能解決尾泥的堆存問題，也能降低充填成本。但由于尾泥顆粒的粒徑比較?。?5 μm以下），采用傳統(tǒng)的水泥或膠固粉作為膠凝材料時，存在濾水慢、充填體強(qiáng)度低、濾出的水污染井下環(huán)境等缺點，充填情況不理想。

超高水材料可以與自身重量12倍的水一起攪拌制成兩種單漿體，分別把這兩種漿體通過管路輸送至采空區(qū)附近時通過混合管路進(jìn)行混合，混合后的漿體能夠在可控時間內(nèi)固結(jié)并達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度［1］。采用超高水材料和尾泥漿一起制成充填材料，充填過程中不需要濾水。由于尾泥的加入，相比較單純使用超高水材料和清水制漿，充填體的強(qiáng)度更高。

2 工藝條件

2.1 充填材料和試塊試驗

主要充填材料是山東某公司細(xì)泥漿。正常生產(chǎn)每小時產(chǎn)生的尾泥漿400～600 m3，含泥量5%～10%。尾泥的化學(xué)成分見表1。

表1 尾泥化學(xué)成分 %

由超高水材料結(jié)合大量的水形成以鈣礬石為主要成分的固態(tài)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)機(jī)理來分析［2］，尾泥中的主要成分Fe2O3、SiO2、Al2O3、GaO均能參與膠凝反應(yīng)，與高水膠凝材料形成良好的充填體。試塊試驗數(shù)據(jù)表明，與清水相比，尾泥可以明顯提高充填體強(qiáng)度，如表2所示。

表2 采用清水和尾泥漿制作充填體的抗壓強(qiáng)度比較MPa

2.2 工藝參數(shù)確定

正常生產(chǎn)期間每小時產(chǎn)生的尾泥漿400～600 m3，含泥量5%～10%。走馬嶺礦區(qū)每年生產(chǎn)120萬t，可形成采空區(qū)34.6萬m3。按照年生產(chǎn)330 d計算，每天需要充填的采空區(qū)為1 048.5 m3。每天計劃充填時間6 h，每小時需要的充填能力為174.7 m3。

很顯然，如果將尾泥漿全部用來充填，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了井下采空區(qū)產(chǎn)生的速度，無法實現(xiàn)采充平衡，同時由于尾泥的濃度過低，很難起到增加充填體強(qiáng)度的作用。為了解決這一問題，在地面增加1座濃密池，將尾泥漿濃度提高至25%，每小時產(chǎn)生尾泥漿170 m3，可以滿足井下充填需求。多余的清水返回選廠重復(fù)使用。

3 充填工藝流程

3.1 制漿工藝

每條生產(chǎn)線均由攪拌主機(jī)、配料裝置、卸料裝置、氣路控制系統(tǒng)、電器控制系統(tǒng)等組成。超高水充填漿體是由A 料漿體和B 料漿體在進(jìn)入充填區(qū)之前混合而成，制漿過程為：將稱量好的A料、B料及水分別給入A料漿體攪拌機(jī)、B料漿體攪拌機(jī)，經(jīng)充分?jǐn)嚢杌旌虾笮纬葾料漿體和B料漿體。A料漿體、B料漿體分別儲存于其成品儲漿裝置中；A料漿體、B 料漿體按1∶1 的比例分別通過漿體輸送設(shè)施從成品儲漿裝置中輸送到充填點附近混合，混合后即為超高水充填漿體，進(jìn)入充填點充填。

3.2 混合漿流動性

超高水充填漿體的流動性不僅影響料漿的輸送能力，同時也會影響充填接頂。對于需要在充填體上行走采掘機(jī)械設(shè)備的情況下，需要充填漿體具有一定的流動性。如果漿體的流動性太差，容易引起料漿輸送過程中的堵管事故，進(jìn)入采空區(qū)的漿體形成的堆積角也會增大，甚至最終形成假山裝固結(jié)體。

影響充填漿體流動性的因素有：漿體的濃度、尾砂的粒徑級配和漿體的固化時間。為了使充填漿體具有良好的流動性，除了調(diào)節(jié)以上3 點外，還可以通過調(diào)整混合管路的長度來控制。兩種料漿在沒有混合之前不會固結(jié)或固結(jié)時間較長，混合后開始發(fā)生固結(jié)反應(yīng)。如果混合管路過長，則流出混合管路的漿體固化程度較高，流動性也會變差。混合管路過短容易導(dǎo)致混合不徹底，影響充填體的力學(xué)性能。一般情況下，混合管路的長度控制在50 ～100 m的長度范圍內(nèi)。

4 充填效果及注意事項

自2020 年6 月20 日系統(tǒng)建設(shè)完成正式運行以來，至8 月27 日，供給運行82 個工作日（充填設(shè)備與設(shè)備同步檢修），累計充填時長2 300 h，處理尾礦10萬t，充填井下采空區(qū)6.9萬m3。既滿足了井下采空區(qū)的充填需求，也實現(xiàn)了選礦廠尾礦漿地面的零排放。

在生產(chǎn)過程中除了需要確定合理的設(shè)備工藝參數(shù)以外，工藝的可靠性起到?jīng)Q定性作用。如果充填工藝的某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，導(dǎo)致無法正常充填造成尾礦漿積壓，勢必會影響到選礦廠的正常充填。盡可能提高充填工藝的可靠性，主要通過以下幾個方面：

1）原料儲存：每個充填系統(tǒng)的A、B兩種原料至少安裝兩座儲料倉，施工期間至少保證1座儲料倉內(nèi)有充足的原料，另1座儲料倉及時補充原料。

2）備用充填系統(tǒng)：由于充填制漿系統(tǒng)包含大量的計量、檢測、傳動、轉(zhuǎn)動設(shè)備構(gòu)建以及很長的管路輸送路線，當(dāng)這些設(shè)備構(gòu)件或輸送管路出現(xiàn)故障時，將直接影響到充填系統(tǒng)的正常運行。為了避免這種情況，需要建設(shè)備用充填系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)規(guī)格形式相同，來自選礦廠的尾礦漿通過三通分成兩路分別輸送至兩套充填系統(tǒng)，并通過閥門控制料漿流向。

3）井下備用充填區(qū)域：每一套充填系統(tǒng)均需要準(zhǔn)備至少兩個充填區(qū)域，一個區(qū)域再充，一個區(qū)域準(zhǔn)備。如果正在充填的區(qū)域出現(xiàn)漏漿、充填體固結(jié)情況不正常等情況時，可以立刻啟用備充區(qū)域，不需要打斷充填作業(yè)施工。

5 結(jié) 語

根據(jù)礦山生產(chǎn)的具體條件，將超高水材料充填技術(shù)和尾礦漿排放相結(jié)合，用一定濃度的尾礦漿作為充填材料充填井下采空區(qū)，不僅提高了充填體強(qiáng)度，降低了充填成本，同時也有效解決了選礦廠的尾礦堆存問題。實踐表明，該工藝技術(shù)可靠，效果顯著，在同類礦山具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。