某矿山充填浓度检测分析

邓代强，皇甫风成，仵锋锋

（1.贵州理工学院 矿业工程学院，贵州 贵阳 550003；2.新疆阿舍勒铜业股份有限公司，新疆 哈巴河 836700；3.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012）

某矿山充填浓度检测分析

邓代强1，皇甫风成2，仵锋锋3

（1.贵州理工学院 矿业工程学院，贵州 贵阳 550003；2.新疆阿舍勒铜业股份有限公司，新疆 哈巴河 836700；3.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012）

为了降低充填成本，在保证质量的前提下进行了充填站现场尾砂浆与充填料浆制备浓度的检测试验，结果显示，充填料浆平均浓度实际值经过修正，其与理论计算记录值存在1%～2%左右的差值，影响充填料浆质量的主要因素在于尾砂浆供给浓度及流量的波动，若尾砂浆运行参数变化频繁，则会造成充填料浆制备浓度的大幅波动，进而影响到充填料浆的流态及井下充填管道的维护，因此可通过技术措施适当提高放砂浓度并保持稳定，使其造浆均匀化，以此来提高充填料浆制备效率，从而降低充填成本及管道维护费用，实现节能减排与可持续发展的目的。

充填浓度；参数修正；检测试验；烘干箱

0 引言

基于环保、安全、生态可持续发展的技术特征，对于如何处理矿石开采过程中产生的固体废弃物及其相关的次生灾害[1]，现今国内外许多矿山都在普遍采用充填法开采矿床，对于不同种类和不同地理位置的矿山[2-4]，其充填材料、工艺特点和气候特征也有很大的不同，但对于充填法开采的共同目标，均是在保证安全的前提下尽量多的降低充填成本，实现矿山企业经营的可持续发展[5-6]。在固体废弃物处理及采空区治理等方面，相关的研究工作也较为活跃，如对于全尾砂浓密及充填体强度性能分析，文献所做的研究可为实际应用提供一定的参考[7]。对于国内的一些钨矿，随着开采的深入，为了安全开采出价值较高的钨矿资源，这些矿山也在积极采用充填法开采，并结合充填材料的性能、尾矿沉降特征制定相关工艺流程[3-4，8]。对于动力荷载作用下的充填体力学性能及稳定性试验及评估方面，文献中的分析可为采矿生产提供较好的借鉴[9-11]。通常情况下，充填系统的制备浓度对于整个工艺环节影响很大，并往往作为评判系统运行情况的重要指标。结合某矿山实例，研究浓度波动的控制方式，进行相关的充填指标检测分析，以为合理利用固体废弃物、保护矿区地表、维护井下采空区的安全稳定及降本增效提供技术支撑，并进行了充填浓度及其影响因素研究，以期为国内的一些钨矿及相关矿山充填技术研究提供借鉴。

1 充填料浆制备流程

根据当地地理气候及自然条件，该矿山采用当地产的戈壁料与尾砂作为充填集料，胶凝材料采用普通水泥PC32.5和复合硅酸盐水泥。戈壁集料通过铲运机铲运至隔筛，漏下隔筛的戈壁料通过皮带输送机输送至混料斗，与来自于尾砂仓放砂管道的低浓度尾砂浆混合，加水泥经卧式搅拌机搅拌均匀后通过管道井中的充填管道流入采空区进行充填[15-16]。由于该矿现阶段开采的矿体埋深较大，因此充填倍线较小，基本上属于高压头、低倍线自流输送充填。其充填系统工艺流程中的戈壁料由皮带输送机供给，如图1所示，戈壁料、尾砂浆、水泥经过卧式搅拌机搅拌均匀后形成均质性良好的结构流体，如图2所示。

图1 戈壁料供给皮带输送机Fig.1 Gobi feed conveyor belt

图2 搅拌均匀的充填料浆状态Fig.2 The stateof the filling slurry

2 充填运行指标检测与修正

2.1 充填运行指标检测

对于一套完整的充填系统，其主要控制节点为浓度、流量、重量等的大小及其波动范围。针对该矿的充填站各供料线的给料方式及调控手段，开展调查、分析、研究，对其立式砂仓的放砂浓度及其变化情况进行取样与分析，同时进行对应时刻的充填料浆浓度取样及分析。试验过程为日常工作班次中，在各供料环节稳定、充填系统正常运行的时间段内，每隔20～60min取一次尾砂浆样品与充填料浆样品，于充填站的实验室内，采用烘干箱烘干法检测其浓度参数。为更好地贴近生产实际情况，尾砂浆样品使用统一规格的塑料瓶盛装，部分尾砂浆采集样品照片见图3所示；充填料浆取自于搅拌环节的最末端，即在搅拌机出口处取得充填料浆样品，如图4所示。

图3 尾砂浆样品采集Fig.3 Tailingsslurry sam pling

图4 充填料浆样品采集Fig.4 Filling slurry sam ple collection

将取得的样品按照采集时间和位置进行编号，然后转盛入耐高温的不锈钢容器，放入烘干箱中进行加热烘烤，直至其质量不再发生变化。然后取出称重，换算出两种料浆的实际浓度，再与充填站仪表室记录的理论浓度进行对比，分析其差别产生的原因。尾砂浆与充填料浆分别编号，部分检测样品分批次烘烤，见图5所示；部分尾砂浆样品烘干状态如图6所示。

图5 尾砂浆与充填料浆烘烤Fig.5 Tailmortar and filling slurry baking

图6 尾砂浆样品烘干状态Fig.6 Tailmortar sample drying status

在正常生产过程中的某时间段里，使用统一规格的容器取样，在工艺上游的尾砂浆取样的同时，对处于工艺下游的充填料浆同步取样，装入容器的尾砂浆与充填料浆经过一段时间的自然沉降，上部的清水逐渐泌出，固体颗粒的浆体体积减小，颗粒在自重作用下压缩密实。当上部泌出的清水完全清澈，浆体的体积基本不再发生变化时，将泌出的澄清水渐渐倒出，进行水、固分离后将样品烘干、称重，计算其浓度、容重等物理参数，其中最重要的检测指标为尾砂浆的浓度与充填料浆的浓度。

2.2 充填运行指标修正

通过分析计算，得到充填站1#与2#充填系统各运行参数指标，各指标的变化曲线对比关系如图7所示。从图7（a）中1#充填系统的生产情况可以看出，充填站运行过程中的记录尾砂浓度波动范围为28%～32%，记录料浆浓度为75%左右；浓度指标检测时，计算尾砂浓度波动范围为18.3%～45.6%，计算料浆浓度波动范围为58.5%～80.6%。考虑到尾砂与充填料浆样品烘干时温度较高，势必会造成尾砂之中的一部分硫元素的升华与挥发，会造成部分固体物质减少，而在正常生产时不会有如此高温使部分硫散失。因此通过计算补足这部分硫后重新计算，得到修正尾砂浓度和修正料浆浓度的波动范围分别为21.4%～53.3%和60.2%～83%。从数据上显示，修正尾砂浓度和修正料浆浓度在数值上均有所提高，此参数即为生产过程的实际值。

同样的，从图7（b）中2#充填系统的生产情况可以看出，充填站运行过程中的记录尾砂浓度波动范围为30%～33%，记录料浆浓度为75%～76%。浓度指标检测时，计算尾砂浓度波动范围为18.8%～46.7%，计算料浆浓度波动范围为59.4%～77.3%。同样的，通过硫的补足计算，得到修正尾砂浓度和修正料浆浓度的波动范围分别为21.9%～54.6%和61.2%～79.6%。从数据上显示，修正尾砂浓度和修正料浆浓度在数值上均有所提高，此两参数即为生产过程的实际值。

图7 1#、2#系统尾砂浆与充填料浆浓度检测Fig.7 Slurry concentration detection in 1#and 2#system

从1#充填系统与2#充填系统的运行指标来看，其实际充填料浆的浓度指标变化较大。当班取样，1#、2#充填系统的修正料浆浓度为73.3%、74%，记录料浆浓度为75%、75%～76%，分别相差1.7%和1%～2%。波动主要来源为放砂浓度存在较大的波动，最终导致充填料浆浓度的波动及差别。

3 充填平稳运行方式分析

通过对1#、2#充填系统的运行指标分析，影响充填料浆浓度及其波动的核心因素在于尾砂浓度的变化。在日常生产中，尾砂浓度稳定时，充填料浆的浓度也可保持稳定，反之，尾砂浓度不稳，也会导致充填料浆的浓度波动幅度较大，致使出现水泥离析、料浆分层、管道磨损较快、管输压力不均等问题。

经过对充填工艺流程的各环节进行调查分析，了解到由于选厂有时尾砂供给不足，为了保持泵送流速的稳定，当尾砂不足时，需要添加一部分水进入尾砂浆以调配流体总量，使之达到泵送额定流量，以确保管道输送流速大于临界流速，避免尾砂沉降。因此，需要将矿山各选厂及各环节尾砂供给整合，通过启用砂仓蓄存高浓度尾砂浆的方式，放砂时逐渐稀释至所需的浓度，以控制尾砂浓度的方式调节充填料浆浓度，从而减小充填料浆浓度的波动，以为减少水泥用量与管道维护成本，为安全生产提供帮助。通过对充填系统检测数据与选厂供给尾砂情况结果分析，得到充填系统平稳运行方式流程控制与调节流程示意如图8所示。

图8 充填平稳运行方式示意图Fig.8 Smooth operationmode diagram for the filling

4 结语

根据矿区所处地理位置及周边的充填物料的供应现状，该矿充填系统采用戈壁料、全尾砂，水泥作为充填材料，由于各物料的来源与供给存在一定的变化，这就造成了工艺控制的复杂性，为此需要及时检测分析，找出影响充填运行指标的影响因素，有针对性地加以控制，从而最大限度地消除系统参数大幅变动而对整套工艺产生的不良影响。

分析充填工艺特点可以看出，由于该矿立式砂仓的尾砂供应来源于选矿厂，有时输送过来的尾砂浆浓度不稳定，而且尾砂量的供应也存在波动，其结果直接影响到放砂浓度的高低，使得充填料浆的浓度也存在较大幅度的波动，进而影响到井下管道输送与采场充填效率。

为了实现充填料浆的稳态制备，达到稳定的结构流体状态，将来需要对尾砂浆供给的流程进行优化，通过工艺改善与调控，实现尾砂浆的浓度稳定可调，使各种物料按照设定的程序准确添加，从而在改善管道磨耗的同时大幅提高充填料浆的制备效率，实现妥善处置固体废弃物、保护矿区环境、降本增效的目的。

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Detection Analysison the Filling Concentration of a M ine

DENGDaiqiang1,HUANGFUFengcheng2,WUFengfeng3

（1.Guizhou Instituteof Technology,Guiyang 550003,Guizhou,China;2.Xinjiang Ashele CopperCo.,Ltd.,Habahe 836700,Xinjiang,China;3.Changsha InstituteofMining Research Co.,Ltd.,Changsha 410012,Hunan,China)

To reduce the filling costunder the premise ofensuring the quality,the testof the concentration of tailings and filling slurry in the filling station was carried out.The results show that the actual value of the average concentration of the filling slurry is corrected,which is about1%～2%of the calculated value.Themain factor influencing the quality of the filling slurry is the fluctuation of the tail gas supply concentration and the flow rate. When the tailmortaroperating parameterschange frequently,itwillcause the slurry slurry preparation concentration of large fluctuations,whichwillaffect the filling slurry flow and underground filling pipelinemaintenance.Therefore, the technical measures can be properly increased by the concentration of sand and maintain stability,so that homogenization of slurry in order to improve the efficiency of filling slurry to reduce the cost of filling and pipeline maintenance costs toachieveenergy conservation and sustainable development.

filling concentration;parametermodification;detection test;drying box

TD327；TD862

A

10.3969/j.issn.1009－0622.2017.02.004

2017-02-21

“十二五”国家科技支撑计划项目（2013BAB02B04）

邓代强（1974-），男，新疆石河子人，博士，高级工程师，主要从事岩土与矿业安全工程的教学与科研工作。