崇礼紫金尾砂充填系统

李浩宇，于长顺，王爱民，贺茂坤，米继武

(1.中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038；2.崇礼紫金矿业责任有限公司，河北 崇礼 076350）

崇礼紫金尾砂充填系统

李浩宇1，于长顺1，王爱民2，贺茂坤1，米继武2

(1.中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038；2.崇礼紫金矿业责任有限公司，河北 崇礼 076350）

在实验室测得崇礼紫金金矿全尾砂相关特性的基础上，分析了尾砂特性和试块强度对井下充填的影响；结合工业生产情况，介绍了尾砂制备控压助流技术。

细粒级；控压助流；尾砂充填

1 前言

尾砂充填是将以尾砂为主要骨料的料浆回填到井下采空区，形成具有一定强度的充填体以支撑围岩回采矿石，同时减少地表尾矿排放的技术。因此尾砂充填技术在提高资源回收率、保护环境、保障开采安全和保证矿山可持续发展等方面有着非常重要的意义。崇礼紫金金矿系已建成矿山，目前井下采矿空区迫切需要充填，通过相关论证，决定在地表建设充填搅拌站，用于浓缩尾砂、制备充填料浆来满足井下充填需要。

不同选矿工艺流程的尾砂特性存在着较大差异，在实验测试的基础上，本文通过对崇礼紫金金矿尾砂特性的分析，为充填系统设计及其日后生产提供基础数据。充填料浆输送浓度和灰砂配比是充填系统设计中需要确定的重要参数，通过对尾砂的粒级分布、沉降特性、充填体试块抗压强度分析，推荐充填系统设计和生产的料浆浓度和灰砂配比，以满足生产需要。最后结合崇礼紫金充填搅拌站建设、调试实际情况，对设计进行优化，在充填料浆制备技术等方面大胆创新，利用控压助流技术提高尾砂料浆制备可靠性，降低充填成本；通过搅拌槽料位反馈调节等自动化控制减少工人的劳动强度，提高管理效率，增强系统的可操作性及易用性。

2 尾砂特性分析[1]

作为充填料浆的主要骨料，尾砂的基本特性对充填料浆制备及输送有较大影响。以下从全尾砂的化学成分分析、粒级组成分析和全尾砂沉降特性三个方面阐述崇礼紫金金矿尾砂基本性质及其特点。

崇礼紫金金矿全尾砂化学组成成分见表1。从表1中可知，尾砂主要成分是SiO2和Al2O3；尾砂中S含量较低，尾砂本身颗粒的粘结性不强，对仓内砂浆流动有利，充填到采场后发热量小，对以后充填体形成强度有益。

取适量全尾砂样品，经激光粒度分析仪测试全尾砂粒级分布，其粒级分布统计见图1，经5次测试的粒度统计分布及其均值见表2。

表1 全尾砂主要化学成分组成表 %

表2 全尾砂粒径统计分布 μm

图1 全尾砂粒度分布图

尾砂粒径-74μm（-200目）约占66%，表明选矿时磨矿较细，尾砂粒径较小，细粒级所占比重大。对于尾砂在仓内的沉降会有不利影响，但是一定量细粒级尾砂的存在会对于管道的输送更加有利。

尾砂在仓内的沉降特性对于制备合格高浓度的砂浆有着决定性影响，对全尾砂不加絮凝剂和添加絮凝剂在标准量筒中进行沉降性能测试，图2、图3为全尾砂自然沉降和絮凝沉降的曲线图。全尾砂自然沉降实验中，出现了明显的分层现象，量筒底部迅速形成粗颗粒尾砂压实层，上部小颗粒尾砂形成了难以沉降的悬浮层；添加絮凝剂沉降实验中，无明显分层现象，大小颗粒尾砂抱团快速沉降，沉降速度随絮凝剂添加量而迅速增加。因此在崇礼紫金充填系统实际生产中，根据实际需要可以选择添加或不添加絮凝剂。

图2 全尾砂自然沉降曲线

3 充填试块强度测试[1]

图3 全尾砂添加絮凝剂沉降曲线

充填体的强度一般要求是在满足采矿工艺要求的强度前提下，尽可能减少水泥等胶结材料的单位用量以节约成本。所以在进行实际采场充填之前，通过测试不同质量浓度和灰砂比的试块抗压强度，根据生产需要选择合适的料浆浓度和灰砂比就显得尤为重要。试块规格为7cm×7cm×7cm。图4显示了灰砂比1∶8试块的各龄期强度曲线。试块的单轴抗压强度随着料浆浓度、灰砂比和养护期龄的增加而逐渐增加，当料浆浓度大于70%且灰砂比大于1∶8时，充填体的抗压强度呈快速增长趋势。根据自流输送的工艺要求，推荐充填质量浓度70%，灰砂比1∶8作为初期胶结充填浓度。在实际的工业生产中，根据采场充填形成强度的实测值再对充填工艺灰砂配比进行调整。

图4 灰砂比1∶8的试块强度曲线

4 尾砂制备工艺及控制技术

充填料浆浓度和充填料浆中水泥分布均匀程度与充填体强度有直接关系，因此保证尾砂料浆的连续、稳定的制备和充填料浆搅拌均匀是充填体强度保证的先决条件。在仓内浓缩尾砂料浆的过程中，利用控压助流脱水技术可最大程度上保证料浆的制备质量。

控压助流脱水是指利用砂仓的辅助设施向仓内的一些部位喷射一定的高压水、高压气，以保持或增加仓底尾砂的流动性能，提高仓底出砂浓度和流量的稳定性、可控性[2]。搅拌槽是制备充填料浆的核心设施，通过叶轮搅拌把添加进入搅拌槽的尾砂浆体、水泥和水搅拌活化均匀制备成充填料浆。通过在搅拌槽上方设置液位计，反馈控制搅拌槽的液位高度，使液位保持在一个合理的范围之内，能达到最佳搅拌效果。当液位过低时，通过调节阀门适当关小搅拌槽出料口，同时适当增大给料量，在较短的时间内达到设定液面高度；当液位过高甚至有溢流趋势时，可短时关闭或关小搅拌槽进料口，同时适当增加出料量，以降低液面高度到合理值。

5 生产运行情况及结论

崇礼紫金矿山充填系统建成以后，在投入正式生产前进行工业试验来验证充填系统可靠性，对设计进行必要的修改和完善。

首先，对工艺流程上的相关设备进行单体空载试车、设备联动试车，然后进行系统清水联动试车，把整个充填系统井上井下的工艺流程调试通畅。最后进行带料负载联动试车，逐渐增加充填料浆浓度和水泥的添加量，使之达到设计的要求。通过试车调试以及一段时间的生产运行，得出如下结论。

（1）工业试验时，先将料浆通过临时管路排至室外事故池，管路倍线超过6.5，全尾砂料浆浓度超过72%或胶结料浆质量浓度超过70%时，临时管路段容易发生堵塞，因此这种特性尾砂自流输送浓度宜控制在70%左右。

（2）生产中，仓内存砂放至锥体部分时，浓度才出现明显降低；清空仓时，仓内存留尾砂挂壁较少，说明尾砂流动性较好，控压助流很好保持了尾砂的流动性。

（3）目前充填搅拌站正常两班作业，充填系统的连续充填质量浓度稳定在约70%，流量80～100m3/h，胶结时采用配比1∶8。整套系统具有较好的可连续性、稳定性。

（4）在采场形成的充填体强度良好，现场进行料浆试块的检测可以满足采场强度的要求，无明显的分层现象，说明充填料浆搅拌效果好，通过实验选择合适的料浆浓度和灰砂比保证了充填体的强度需要。

[1] 贺茂坤,丁 鹏.崇礼紫金矿业责任有限公司尾砂充填试验研究[R]，2009.

[2]于润沧，杨黎升，施士虎，李浩宇等.“十五”国家科技攻关课题攻关研究成果鉴定报告(深井高浓度全尾砂充填无废开采技术研究[R]，2007.

Tailings filling system of Chongli Zijin Mine

On the basis of getting tailings characteristic of Chongli Zijin gold mine in lab,the influence of tailings characteristic and strength of filled body on filling was analysed.Integrated with the industry practice,this paper introduced the techniques of controlling pressure and keeping fluidity in preparing tailings for backfill.

fine grade;control pressure and keep fluidity;tailings filling

1672-609X（2010）05-0014-03

TD853.34

B

2010-09-09

李浩宇（1979-），男，辽宁北票人，工程师，主要从事矿山工程咨询设计与研究工作。