尾砂胶结充填在蔡家营锌金矿的应用

周冬兵，韦任建

(河北华澳矿业开发有限公司， 河北 张家口市 075000)

蔡家营锌金矿是一家由澳大利亚格瑞芬矿业开发有限公司控股的中外合资企业。2005年建成投产以来，进行了两次大的技术改造，年处理矿石量由最初的20万t，增加到现在的75万t。

蔡家营矿体倾角为60°～90°，为急倾斜矿体。矿脉小而多，成脉群状。矿石围岩较稳固。矿群位于村庄和公路下方，地表不允许崩落，采矿方法为分段空场法，使用中深孔爆破落矿，铲运机从矿房进路铲出矿至装矿点，再由卡车运矿至地表堆矿平台。单个采空区回采结束后，集中充填。中深孔爆破、嗣后充填和无轨设备的使用，使采出矿具有较高的效率。

1 充填系统

1.1 充填系统的选择

在充填系统的选择上，以下3点因素需要重点考虑：

(1) 设立尾矿库需要环境评价、征地、审批、建设，涉及环境保护问题，建设周期长，尾矿库建设成本高。矿山有减少地表排尾的压力，因而应当优先考虑选择尾矿作为充填的原料。

(2) 由于矿体走向长，埋深浅，空区分布范围广，充填管路铺设平缓，料浆无法自流，需要对充填料浆加压，以克服充填管路的阻力。

(3) 由于需要回收矿房之间的矿柱，因而要求充填体具有一定的强度，以支撑矿房的围岩和顶板。

蔡家营矿采用的尾砂胶结充填系统综合考虑了以上情况。

1.2 充填站的配置

尾砂胶结充填系统由尾砂浓缩贮存装置(砂仓)、高浓度搅拌槽、加压泵、料浆输送管以及充填搅拌站内的水泥仓、双管螺旋给料机等部分组成。

充填搅拌站共设2台尾砂浓缩贮存装置，1台Φ2000×2100的高浓度搅拌槽，1 个5.5 m×5.2 m 的水泥仓和2台加压泵以及其他辅助设施。水泥给料采用双管螺旋给料机接单管螺旋给料机，计量采用冲板流量计。散装水泥由水泥罐车运到搅拌站，由水泥罐车自带压缩空气系统经水泥仓顶吹入水泥仓。水泥仓顶设有仓顶收尘器。

充填加压泵选择型号为HBT80-13-110S柱塞泵，电机功率为110 kW。

1.3 尾砂的选取

蔡家营矿胶结充填的原料全部来自于矿山选厂选矿产生的尾矿。实验室实验表明，尾矿中颗粒直径大于27 μm的部分渗透性等指标能够满足井下充填需要。尾砂中颗粒直径小于27 μm的部分则需要通过旋流器尽可能去除。

1.4 充填料制备的工艺流程

(1) 将选厂的全尾矿浆加压通过旋流器进行处理，分离出尾砂中大于27 μm的部分。

(2) 利用加压泵对旋流器底流(颗粒直径大于27 μm的尾砂)进行加压，通过打砂管路输送至充填站的砂仓内。由于选厂与充填站砂仓顶部存在约50 m的高差，因而采用两个矿浆泵接力的方式对分级尾砂浆进行加压。两个砂浆泵分别安装在旋流器车间地表和充填站地表。

(3) 砂浆在充填站的砂仓内沉淀、排水、贮存。

(4) 充填时，使用高压风对存储在砂仓中的尾

砂进行造浆，然后通过砂仓底部的放砂阀门和放砂管路放出质量浓度为67%～70%的尾砂进入搅拌桶；同时水泥仓水泥先后通过双管螺旋或单管螺旋给料机进入搅拌桶，水泥和尾砂按一定配比在搅拌桶内搅拌。

(5)搅拌后的砂浆通过阀门和管路进入充填泵车的料斗，由充填泵进行加压后，通过斜坡道管路和坑内管路系统进入采空区实施充填。

2 尾砂胶结充填的应用成果

(1) 充填系统从2008年9月运行以来，累计完成充填量55万m3，充填采空区45个。系统累计工作天数1172 d，运行11500 h，见表1。

(2) 采矿回收矿房间柱6个，回收矿量8.4万t，见表2。

(3) 减少地表尾矿排放55万m3，为矿山节省近3座20万m3的尾矿库，节约尾矿库建设资金约3000万元。

(4) 由于对采空区进行了处理，位于采区上方的村庄和公路得到了保护，未出现塌陷和明显沉降。

表1 年度充填量

表2 回收矿柱矿量

3 存在问题及改进

在应用过程中，也发现了一些问题。比如，砂仓沉淀排水造浆工序占用时间较长，选厂打上来的尾砂不能及时用于充填；砂仓放砂的浓度不稳定；放砂管容易堵塞；放砂阀门和管路容易磨损；在采空区排水过程中，少量砂浆容易形成渗漏，增加了巷道的清理工作。因而需要从以下方面做出改进：

(1) 进一步优化充填工艺，稳定和提高充填料浆浓度，提高充填体质量，降低充填成本。

(2) 提高充填的自动化技术水平和设备的运转效率，降低设备故障率。

(3) 优化采空区充填排水、挡墙接顶和裂隙封堵工艺，避免充填料浆渗漏到巷道。

4 结 论

综上所述，尾砂胶结充填系统在蔡家营锌金矿的应用达到了预期的目的，保护了环境，为矿山建设节约了资金，为矿柱回采创造了条件。社会效益和经济效益显著。因而尾砂胶结充填法在同类矿山中具有很高的实用价值和应用推广价值。

参考文献：

[1]刘可任. 充填理论基础[M]. 北京：冶金工业出版社，1988.

[2]段进超.某矿全尾砂矿胶结充填材料和充填工艺选择[J]. 采矿技术，2013，13(1):12-13,21.

[3]刘同有. 充填采矿技术与应用[M]. 北京：冶金工业出版社，2001.

[4]《采矿设计手册》编委会. 采矿设计手册(矿床开采卷下)[M]. 北京：中国建筑工业出版社，1990.

[5]中国恩菲工程技术有限公司．蔡家营锌金矿75万吨扩建说明[R]．张家口：河北华澳矿业开发有限公司,2009．