全尾砂胶结充填在某白钨矿山的应用

2014-05-23万林海

中国钨业 2014年2期

万林海

（江西省修水香炉山钨业有限责任公司，江西修水 332400）

某白钨矿山为夕卡岩型白钨矿床，C+D级WO3金属量21.66万t，平均品位0.663%。矿体平面分布与背斜枢纽一致，总体走向北东－南西，矿化总长度大于3200 m。矿区共有白钨矿体50个。主矿体长1250 m，倾斜长576 m，矿体埋深 40～300 m，矿头标高 358～658 m，矿体厚 2.55～45.59 m，储量占全矿区储量的90%。矿床水文地质条件简单。矿山采用无轨平硐开拓,采矿方法为全面法、房柱法及留矿法等，矿山生产规模为2000 t/d。矿山从20世纪90年代开采至今，井下采空区体积已达300多万m3，并以每年20多万m3的速度增加，采空区超高超大，地压问题日益突显，井下局部地段出现过地压显现活动，发生大规模地压活动的可能性逐步增强，成为矿山安全开采的主要影响因素。为了防止或限制采空区大面积塌方和地表沉陷，维护矿柱围岩的稳定性，提高资源回收率，必须对采空区进行充填。

1 充填材料与强度试验

1.1 充填材料的选择

尾砂胶结充填是金属矿山应用较广泛一种充填方法。尾砂包括分级尾砂和全尾砂，尾砂通常来源于矿山选厂，不同矿山的全尾砂，其粒级组成各不相同[1]。

该矿山选矿厂全尾砂粒级组成见表1，－0.074 mm的达到64.79%，粒度极细，如果采用分级尾砂作为充填骨料，将留下大量的不能堆坝的细粒级尾砂，不仅会增加尾砂坝的筑坝工作难度，而且增大尾砂坝的库容压力。矿山通过试验研究表明使用矿山全尾砂作为充填骨料，425#普通硅酸盐水泥作为胶凝材料，充填用水为矿山生产用水，可以较为经济合理的制备出符合矿山充填体强度要求的充填料浆[2]。

表1 全尾砂粒级组成

1.2 充填试块的强度试验

通过对不同浓度、不同灰砂比、不同龄期的全尾砂试块进行强度试验，研究充填浓度、灰砂比、保养期对试块强度的影响。

（1）试验基本条件。采用425#普通硅酸盐水泥做胶结材料，全尾砂做骨料，分别按 1∶4、1∶10、1∶20的灰砂比，70%、75%、80%的质量浓度制备试块。

（2）试验结果及分析。试验结果见表2。试验结果表明，充填料胶结强度随着试块保养期的延长而升高。同时水泥和充填浓度是充填料胶结强度的决定因素，当砂浆浓度相同时，试块的单轴抗压强度随水泥含量的增加而提高；当灰砂比相同时，试块的单轴抗压强度随料浆浓度的上升而提高。显然，在保证充填体强度的前提下，应选择合理的灰砂配比和合理的料浆输送浓度以保证充填质量和降低充填成本[3]。

表2 全尾砂胶结充填抗压强度

根据试验结果，对大体积充填用的充填料配比参数，砂浆重量浓度为70%，灰砂比1∶10，28 d抗压强度即可达1.29 MPa，基本可满足本矿上向水平分层充填采矿法对充填体强度的要求，具体选用时还要根据输送性能、采场结构参数及残矿回采工艺确定。

1.3 充填量计算

（1）年充填采空区体积

式中：Vn为年平均充填采空区体积，m3/a；Vk为年回采的矿石量，t/a；Z为采充比，取Z=1；γk为矿石体重，3.16 t/m3。

（2）年充填料浆需用量

式中：Qn为年充填料浆需用量，m3/a；K1为流失系数，取 K1=1.05；K2为沉缩比，取 K2=1.05。

2 充填工艺流程

全尾砂胶结充填工艺流程主要有4条生产线，即全尾砂输送给料线、水泥储存给料线、调浓水给料线及充填料搅拌输送线[4]，工艺流程见图1。

图1 某白钨矿山全尾砂胶结充填工艺流程

选厂产出的全尾砂浆通过活塞浆体泵送至立式砂仓顶部。当充填站需要制备料浆充填到井下采空区时，进入砂仓顶部的尾砂经浓缩沉降后由砂仓底部管路放出进入高浓度搅拌槽内，启动双管螺旋输送机把水泥粉送入高浓度搅拌槽内高速搅拌，按浓度要求添加定量的水并搅拌均匀后进入浆体活塞式输送泵或者自流输送至采场。

2.1 全尾砂输送给料线

来自选矿厂的质量浓度为20%左右的全尾砂浆通过自流进入全尾砂输送泵前的低浓度搅拌桶，混合均匀后给全尾砂输送泵给料，通过全尾砂输送泵将全尾砂浆体输送到充填站内的立式砂仓顶部，尾砂颗粒在重力的作用下快速沉到砂仓底部，砂仓底部沉积的高浓度尾砂浆通过风水联动装置进行活化造浆，为充填作业提供稳定的高浓度尾砂浆。按照矿山生产规模和老采空区充填的需要，建设2套1000 m3浓缩脱水储存装置进行全尾砂脱水。正常充填作业时，一套装置即可满足正常采矿生产作业要求，另一套系统可以通过自流的方式对老采空区实施充填。放砂管上安装有矿浆浓度计、电磁流量计及电动管夹阀，对砂仓底流参数进行控制，给高浓度搅拌桶提供合格浓度的尾砂浆。

2.2 水泥储存给料线

散装水泥由水泥罐车直接运至充填站，通过水泥罐车自带的压气装置将水泥输送到水泥仓。充填时，水泥从水泥仓自流至双管螺旋喂料机，送至高浓度搅拌桶，通过双管螺旋喂料机的变频调速器调节水泥给料量，满足充填配比要求。选择SIW5－ 300/3000双管螺旋输送机2台，输送最大能力Q=35 m3/h。水泥仓顶设有除尘器、料位计及检查孔。根据最大充填量时需要胶结材料的用量存贮3天的水泥用量，另建2个几何容积300 m3的水泥仓，以满足日均井下充填和最大充填作业的胶结材料需求。

2.3 调浓水给料线

当充填料浆浓度过高时，需向高浓度搅拌桶供给适当的水，调节充填料浆浓度。调浓水来自常压水供水池，供水线上安装有电磁流量计、电动调节阀及手动阀，调浓水量由电磁流量计检测，电动调节阀调节。

2.4 充填料搅拌输送线

全尾砂浆、水泥及调浓水经各自的供料线按设计配比进入高浓度搅拌桶，制备成浓度较高的充填料浆。根据日平均充填量698 m3/d，选用 2000 mm×2100 mm高浓度搅拌桶，该设备小时制备能力为80～100 m3充填料浆。选用2台设备，2个尾砂浓缩贮存装置都可以给搅拌桶供全尾砂料浆。正常生产时，一套系统有效工作时间9 h就可完成当日充填任务；在尾砂有富裕的情况下，该套系统的富裕时间和另外一套系统可以同时工作对老采空区实施充填。根据充填采场所处位置，可以采用浓料输送泵对充填料浆进行加压输送或者自流输送。选用1台双缸活塞输送泵，这种泵具有泵压自适应功能，可以根据需要的输送压力调整液压站压力满足充填压力需求。高浓度搅拌桶出料管道上装有矿浆浓度计、电磁流量计及电动管夹阀，用以检测充填料浆流量、浓度，并对充填料浆流量进行控制。

3 采场充填

矿山主矿体划分为东部（0～16号勘探线）采区和西部（16～24号勘探线）采区，东部采区现处于残矿回采及采空区处理阶段，拥有大量的高品位矿柱、矿壁和顶板矿石需要回收，矿山采用上向水平分层充填采矿法对东部残矿进行回采及采空区进行充填处理，如图2所示。

图2 上向水平分层充填采矿法

（1）充填前的准备工作。采场底板矿石清理完毕后，将设备移出采场；构筑挡墙密封采区。用钢筋混凝土挡墙封闭采区各个进路口，钢筋绑扎前在巷壁四周钻孔，钢筋直接插入钻孔中。在采场内沿对角挂设排渗水管道用于排水，挡墙上部预留出入口和观察窗，注意密封好挡墙与岩壁之间的空隙，防止跑浆漏浆；检查地表充填制备站与充填采场之间的线路，信号装置与照明设备。

（2）井下充填管路。井下充填系统由充填钻孔、充填平巷、充填天井、沿脉巷道、穿脉巷道和充填管道等组成，充填钻孔直径为152 mm，孔深80 m，充填料浆根据采场离钻孔下方的水平距离选择自流或者泵压输送[5]。

（3）采场充填。所有充填准备工作完成后，即可按设计配比进行采场充填。各分层（除最后分层）充填高度距采场顶板应留出至少2 m高的自由空间，以便对顶板的残矿进行回采。充填下料点原则是靠近采空区顶部中央位置，当长宽比较大时应采用多点同时下料。尾砂料浆经充填输送管道输送至采空区，依靠排渗水管道和矿岩裂隙脱水[6]。

在对主矿体采场充填的实践中，存在一些具体问题，通过研究和改变工艺使其得到解决：

（1）重量浓度70%以下的充填料浆进入采场后，由于料浆的离析脱水，降低了充填体的强度和均质性。需要进一步提高充填料浆浓度，使其稳定在70%～75%之间。

（2）充填挡墙与矿壁接触带上易发生充填料浆泄露，污染井下环境，浪费充填料浆。需要对接触带处进行水泥砂浆喷浆处理。

（3）最后分层充填接顶率低。考虑采用加压泵送充填料，提高充填料浆的浓度，同时在充填料浆中适度加入一些膨胀剂，如镁盐等改善充填料因凝固收缩形成的空顶。