全尾砂似膏体充填参数优化及设备优选研究

肖旭峰，陈 维，郑剑洪

(湖南黄金洞矿业有限责任公司， 湖南 岳阳市 414507)

0 前 言

大量地下矿山采用留矿法、房柱法、全面法、VCR法及分段(阶段)空场法等采矿方法，遗留下大量的采空区，严重影响了矿山的继续高效安全回采作业，给地下矿山带来了巨大的隐患[1]。目前对采空区的处理方法主要有封闭、崩落、加固和充填四大类[2]。大量矿山实践证明，采用充填法处理采空区对安全高效回采、地压灾害控制及深井通风降温等作用重大[3]。

对于充填法，尤其是高浓度料浆充填的研究尚有很多需进一步研究的方面[4]：膏体充填料浆的流变性研究及膏体充填技术的推广；剩余压头处理技术；全尾砂脱水技术和装备优化。

目前枨冲矿区共有约3.7万m3的采空区，其中80中段及以上中段采空区体积为23100 m3、60中段采空区体积为4105.36 m3、40中段采空区体积为1845 m3、20中段采空区体积为5524.89 m3。目前采选规模为150～180 t/d，日平均空区体积为75 m3。采空区数量多，体积大，地压灾害显现重，对矿区继续回采影响严重，必需对采空区进行充填处理。枨冲矿区充填采空区的主要目的如下：为黄金洞矿区全尾砂充填项目、充填泵性能积累经验；利用全尾砂胶结充填老窿空区，为回收老窿残矿创造条件；采矿方法改为全尾砂嗣后充填，提高矿石回收率，保障采矿安全；尾砂充填采空区，缓解尾矿库压力，延长服务年限。

此外枨冲矿区矿体及破碎带含泥量较多，水对地下工程的稳定性影响较大。因此必须严格控制井下充填过程中带来的水分，因此应选取高浓度充填料浆进行充填，似膏体充填技术是符合矿山实际的充填技术。高浓度似膏体充填由于浓度高、阻力大，无法自流，必须加压泵送压送至采场[5]，初步确定充填料浆的浓度为72%左右。

1 充填料浆参数试验研究

考虑老窿空区填充、矿区后期扩产等因素，充填系统日平均充填料浆量为200 m3/d。充填量较大，必须要对充填料浆参数进行系统的测试研究。全尾砂粒度分析结果说明枨冲矿区全尾砂细粒多，如表 1所示。细颗粒含量比例大对于充填体的强度和充填料浆的脱水等影响较大，还需对充填设备进行全面的分析优选。

表1 全尾砂粒度分析结果

首先对矿区尾砂进行了动态浓密试验：尾砂浆加入絮凝剂，经过动态脱水，分别在不同时间取得底流，测得底流浓度为别为 54.40%、55.47%。试验结果说明，由于枨冲矿区全尾砂细粒多导致浓密机脱水效果差，需采用压滤机对全尾砂进行脱水。

对高浓度充填料浆流动性进行了试验研究。目前大多采用坍落度指标来反映料浆的流动性,一般认为坍落度在 15 ～ 25 cm 之间有利于泵送[5]。由表 2的监测数据可以看出，当浓度为 72%左右时，料浆的塌落度接近 25，流动性良好，适合充填井下。

表2 充填料浆坍落度试验结果

此外，还对充填料浆的泌水特性进行了试验，具体的试验结果见表 3。相同的灰砂比下，浓度越大泌水率越低；相同的浓度下，灰砂比越大泌水率越低。

参考参考文献[6～7]中的试验方法，进行了不同参数下充填体强度试验测试。根据试验测试，充填体 28 d 强度为 0.41～4.61 MPa，强度参数见表 4，在满足安全生产的基础上选取不同参数的料浆处理采矿区；充填体对应的充填料配比为：32.5水泥全尾砂 =1∶4～1∶12。

表3 不同浓度和配比条件下充填料浆泌水特性

2 设备优选研究

根据相似矿山充填流程，结合上述充填料浆参数及矿山的实际情况，初步确定枨冲矿区充填流程，如图 1所示。

为了该流程的自动连续进行，必须要选取适当的充填设备：

全尾砂通过渣浆泵加压后，进入压滤机压滤成 80%～82%浓度的尾砂滤饼，用铲车堆放在地表存砂坪，压滤机设计日处理量为150 t；

利用地表斜坡(3.5 m高)的地理优势，自上而下分别构建格筛(500 mm×500 mm)、双轴搅散机、料仓(容量6 m3)、定量给料机。用铲车将存砂坪滤饼卸入双轴搅拌机，滤饼经破碎后进入存料仓，存料仓通过定量给料皮带秤输出尾砂至刮板输送机。

表4 黄金洞金矿充填体试块抗压强度

注：浆体浓度控制在70%～74%，泵送条件下浓度可达到76%；管道泵送倍线控制在3～6。

图1 全尾砂充填试验工艺流程

尾砂通过皮带输送机进入双轴强力搅拌机(同时按一定比例添加水泥和水)、强力活化搅拌机。最后利用充填工业泵将调好的料浆通过充填管路输送到采空区。充填系统设备选择及布置见图 2。

3 结 论

枨冲矿区采空区体积较大且矿体及破碎带含泥量较多，必须采用似膏体高浓度充填，充填浆体浓度为 72%左右时，塌落度为 25 cm左右，料浆流动性较好；选用 325#普通硅酸盐水泥，充填料浆灰砂比为 1∶4～1∶12，强度为 1～3 MPa左右；管道泵送倍线控制在3～6。

图2 充填系统平面布置

充填料浆制备流程研究确定如下：全尾砂通过渣浆泵加压后，进入压滤机压滤成 80%～82%浓度的尾砂滤饼，堆放在地表存砂坪；用铲车将存砂坪滤饼卸入双轴搅散机，滤饼经破碎后进入存料仓，存料仓通过定量给料皮带秤输出尾砂至刮板输送机；尾砂通过皮带输送机进入双轴强力搅拌机(同时按一定比例添加水泥和水)、强力活化搅拌机；最后利用充填工业泵将调好的料浆通过充填管路输送到采空区。

参考文献：

[1]杜 坤, 李夕兵, 刘科伟, 等. 采空区危险性评价的综合方法及工程应用[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2011(09): 2802-2811.

[2]张文如. 南京栖霞山铅锌矿老采空区综合治理技术研究与运用[J]. 采矿技术, 2008,8(04): 73-74.

[3]杜 坤, 李地元, 金解放. 充填体与岩体能量和强度匹配的分析及应用[J]. 中国安全科学学报, 2011(12): 82-87.

[4]于润沧. 我国充填工艺创新成就与尚需深入研究的课题[J]. 采矿技术, 2011，11(3): 1-3.

[5]王洪江, 吴爱祥, 陈 进, 等. 全尾砂-水淬渣膏状物料可泵性指标优化[J]. 采矿技术, 2007，7(03): 15-17.

[6]杜 坤, 李夕兵, 殷志强. A new manufacture method of backfill samples in lab-- Illustrated with a case study[J]. 中南大学学报：英文版, 2013, 20(4): 1022-1028.

[7]宋卫东，等.程潮铁矿金尾砂胶结性能实验研究[J].矿业研究与开发，2012，32(1)：8-11.