永平铜矿充填制备站造浆系统的改造

张融江,纪利斌

(江西铜业股份有限公司永平铜矿, 江西 铅山县 334506)

永平铜矿充填制备站造浆系统的改造

张融江,纪利斌

(江西铜业股份有限公司永平铜矿, 江西 铅山县 334506)

永平铜矿充填制备站造浆系统原设计为风水联动造浆，但因分级尾砂易板结压实，高压风难以起到应有的作用，且易在尾砂的板结层中形成通路与上层低浓度尾砂浆连通，从而急剧降低放砂浓度，充填料浆浓度难以得到保障。永平铜矿技术人员通过艰苦攻关，对充填制备站的造浆系统进行改造，将造浆方式完全改为高压水连续造浆。在改造造浆环管的同时对造浆喷嘴进行升级换代，既节约了制造成本，又提高了使用寿命。通过长期技术创新，目前永平铜矿充填制备站运行良好，制备料浆浓度稳定维持在70%以上，很好地满足了矿山的需要，为矿山创造了巨大的经济效益。

充填制备站；造浆放砂；造浆喷嘴；放砂浓度

近年来矿业持续低迷，但为了保护环境、不浪费资源以及安全高效地回采赋存条件较差的矿体，国内采用充填采矿法的矿山逐年增多[1-24]，充填制备站的建设也在各矿山如火如荼地进行[6-7]。但许多充填站并未与矿山良好结合，使得最终充填工艺不能与选厂提供的尾砂相适应，从而制备出的充填料浆质量差、浓度低，对矿山的生产造成制约，甚至损害矿山企业的利益[25-26]。因而对于充填工艺的改进优化需不断进行，从而为企业的长期发展做出贡献[27-32]。本文即根据现场经验对矿山充填制备站造浆系统进行改造，取得了良好的效果[33-35]。

1 原充填制备站存在的问题

永平铜矿为江西铜业公司下属主要矿山之一，是国内少有的露天与井下联合开采的大型铜矿山，矿山地理条件优越，交通便利，矿产赋存量大，其露天矿产量曾一度居全国前列。为了解决矿山深部矿体露天开采剥离量大、成本高以及一系列安全问题，永平铜矿于2010年逐步从露天开采转为露天与地下联合开采，目前已稳定形成露天5000 t/d、井下5000 t/d的采矿量，预计露采可持续至2022年，届时井下开采量将增加至6000 t/d。为维持露天与井下之间矿柱的稳定、保证井下采矿工作的安全、缓解尾矿库库容，永平铜矿于2012年建成一座地表充填制备站。充填制备站包含两座Φ9 m立式砂仓，容积为1000 m3；两座100 m3水泥仓；两个Φ2 m×2.1 m立式搅拌桶；配套有自动控制系统、袋式除尘器等(见图1)。井下采矿为分段空场嗣后充填法，采场垂直走向布置，矿体水平厚度即为采场长度，矿块宽为28～30 m，分两步骤回采，一步骤宽12 m，二步骤宽16～18 m。采场高37 m，一步骤采用胶结充填，打底8 m灰砂比为1∶4，上部为1∶10，二步骤采用打底8 m，灰砂比为1∶4的胶结充填，上部用非胶结尾砂充填。永平铜矿采矿方法(见图2)。

永平铜矿选厂泵送至充填站的分级尾砂浆浓度达40%，根据实验室测试以及现场观察，其尾砂颗粒沉降速度很快，在不添加絮凝剂的情况下10 min即可进入压缩阶段，因而其充填工艺设计原为待砂仓内砂位到达一定界面之后，造浆系统持续工作，让造浆均匀的尾砂浆流入搅拌桶，以连续获得浓度稳定可靠的充填料浆。但在永平铜矿充填生产过程中发现，这种方法无法达到预期目的，充填料浆浓度偏低、波动性大。为解决这个问题，永平铜矿相关技术人员通过长时间的跟班摸索，终于弄清其作用机理。

充填站中立式砂仓是作为尾砂存储及进一步浓缩的装置，砂仓直径9 m，直筒段高度16 m，底部锥体高6 m，锥角接近100°。为使沉淀压实的饱和尾砂顺利自流进入搅拌桶，在仓底锥段设有3圈造浆环管，配若干个造浆喷嘴对尾砂进行造浆，造浆方式为风水联动。但实际应用过程中发现立式砂仓不能实现均匀造浆，供给搅拌桶的尾砂浆浓度偏低，且波动性大，究其原因为尾砂压实易板结，环管及喷嘴数量少，风水联动易在板结的尾砂中形成通路，从而与砂仓上部低浓度的尾砂浆贯通，造成放砂浓度偏低且波动性大。高压水先将底部饱和尾砂变成过饱和状态，然后高压气由板结层中较薄弱的地方排走，起不到造浆效果，这些可在工业生产中观察到，在砂仓中可以看到只有几个固定的点冒气泡，说明其它地方难以利用高压气的能量进行造浆，贯通的地方形成了放砂漏斗，其机理见图3。因为放砂漏斗的形成，放砂浓度偏低，从而充填料浆浓度无法得到保障，采场内泌水量大，充填体结石率低，水泥消耗量大，泌水带走大量水泥细颗粒，造成巷道的污染，增加排水费用，导致充填质量差、充填成本高。这些均对永平铜矿井下采矿的经济和安全效益造成威胁，且无法达到采充平衡。

图1永平铜矿地表充填制备站工艺流程

图2 分段空场采矿嗣后充填法

图3 尾砂仓造浆形成的放砂漏斗

2 实践改造

在日益追求绿色开采的今天，国内采用充填采矿法的矿山越来越多[1-32]，充填工艺也日趋完善。造浆系统作为充填制备站的主体部分之一，也在经历不断地优化改进，其可靠性直接决定放砂浓度的高低能否达到矿山的充填要求。目前使用较多的进砂造浆方式有间断进砂，连续高压水造浆放砂；间断进砂，连续高压风造浆放砂；间断进砂，连续风水联动造浆放砂；连续进砂，间断风水联动造浆放砂；连续进砂，连续高压水造浆放砂。不同的造浆放砂方式适合不同性质的尾砂。永平铜矿尾砂沉降性能极好，短时间内即可沉淀压缩形成密实的尾砂层，因而可以考虑边进砂边充填，但因板结性强，所以需进行工业试验，配合不同的造浆介质以检验其效果。

永平铜矿技术人员参考其它类似矿山经验，先后进行了完全高压气造浆、完全高压水造浆等工业试验，通过长期跟班逐步总结出适合永平铜矿尾砂性质的造浆方式。永平铜矿充填制备站立式砂仓中造浆困难的根本原因有4条，其一，尾砂易压实板结，致密性好，高压气难以吹动；其二，压实的尾砂处于饱和状态，如若没有水混合而使其达到过饱和状态，根本难以使尾砂浆自流进入搅拌桶；其三，砂仓中造浆环管及喷嘴少，不足以对整个砂仓进行造浆；其四，造浆喷嘴质量差，易堵，且其构造较细长，造浆范围小。

针对工业试验中发现的问题，充填制备站在原有的条件下增加一条环管(见图4)，在每条环管上增设一些造浆喷嘴，并对造浆喷嘴进行优化改造，制造出新型的造浆喷嘴，整体造浆工艺改为不间断高压水造浆。增设的环管及喷嘴可以使砂仓的各个角落都能被造浆系统顾及到，同时可以使不同区域尾砂浆的混合效果更好。新型造浆喷嘴增设止回部件，很好地防止尾砂浆回流进入喷嘴内部造成堵塞，且喷嘴设计为扁平状，大大地增大其辐射范围，很好地解决了原喷嘴造浆范围小、造浆效果差等问题，新型喷嘴原理见图5。

图4 改造后的砂仓造浆系统

图5 优化后的新型造浆喷嘴

完成对充填制备站造浆系统的改造后，永平铜矿技术人员进行了工业试验，首先充满一仓砂，待其沉降基本完成之后，利用一台潜水渣浆泵将砂仓上部清水抽出，剩下的即为压实的尾砂，这样便于观察仓底的造浆效果。开启蓄水池旁的清水泵，对砂仓环管及喷嘴供给高压水，在仓顶观察造浆效果，经过15 min的造浆，砂仓内的板结尾砂均处于过饱和状态且混合均匀，造浆效果好，不存在未造浆的死角。完成工业试验之后，正式投入生产，在正常开机生产过程中，每隔30 min用浓度壶接充填料浆进行浓度检测，在连续充填10 h以上的班次中，料浆浓度始终维持在70%以上，且波动极小，造浆系统的改造达到了既定的目标，为井下采场提供了优质的充填体。

4 结 论

永平铜矿充填制备站的造浆系统改造取得了以下成果：

(1) 永平铜矿优化改造后的造浆系统更适宜于矿山尾砂的性质，解决了由于造浆不均匀而产生的放砂漏斗，很好地提高了砂仓的放砂浓度以及浓度的稳定性，为井下充填提供了高浓度的料浆，既保证了二步骤采矿的安全，又减少了井下充填人员的工作量；

(2) 优质的充填料浆减少了胶凝材料的使用量，节约了充填成本，为永平铜矿充填采矿法的顺利实施提供了保障；

(3) 改造后的充填制备站在运行过程中充填料浆浓度能稳定维持在70%以上，在选厂供料充足的前提下，系统能连续不间断运行，保证了井下的采充平衡；

(4) 优化后的造浆喷嘴覆盖面积大，不易回流堵塞环管，使用寿命长，一般达10万m3才需更换，既节约了喷嘴制造成本，又减少了检修更换频率与工作量；

(5) 充填体质量提高为企业创造了巨大的经济效益；

(6) 充填体质量提高可以为同类矿山提供参考，具有借鉴意义。

[1]杨志强,王永前,高 谦,等.金川镍矿废弃物在充填采矿中利用现状与展望[J].矿产综合利,2017(03):22-28.

[2]解迎祥,王 青,国 峰,等.高阶段深孔崩矿嗣后充填采矿方法应用研究[J].采矿技术,2017,17(03):3-5，12.

[3]江 科,姚中亮,邓代强.香炉山钨矿放砂浓度稳定性研究[J].有色金属(矿山部分),2016,68(01):81-84.

[4]胡建钊.分段空场胶结充填采矿法在某铅锌矿应用的可行性分析[J].黄金,2017,38(04):35-39.

[5]王 兵.新疆尼勒克县奴拉赛铜矿充填采矿法工艺研究[J].新疆有色金属,2017,40(02):4-6.

[6]王丽红,鲍爱华,罗园园.中国充填技术应用与展望[J].矿业研究与开发,2017,37(03):1-7.

[7]高瑞文.最佳充填站站址方案选择模型及应用[J].矿业研究与开发,2017,37(03):81-86.

[8]吕书平,常 伟,赵 海,等.矾山磷矿安全高效充填采矿综合利用先进技术[J].采矿技术,2017,17(02):12-14,80.

[9]王爱民.两步骤分段空场嗣后充填采矿法充填体混入研究[J].采矿技术,2017,17(02):22-23.

[10]纪晓飞,张建伟.红岭铅锌矿阶段空场嗣后充填采矿法的研究[J].矿业研究与开发,2017,37(01):19-22.

[11]贾 珍,原少洁,张贵银.破碎围岩矿体下向进路充填采矿法技术研究[J].矿业研究与开发,2017,37(01):23-26.

[12]余丙银,田 麒,彭善瑶.砼柱预控顶分段尾砂充填采矿法试验研究[J].采矿技术,2017,17(01):4-5,16.

[13]胡婷婷.分段崩落阶段矿房嗣后充填采矿法在不规则厚大矿体的应用[J].现代矿业,2016,32(12):10-12,15.

[14]汪仁健,李杰锡,张传柱,等.削壁式充填采矿法在大柳行金矿的试验研究及应用[J].黄金,2016,37(11):23-25.

[15]何忠国,纪晓飞,尹旭岩.脉外采准柱式中深孔落矿充填采矿法结构参数优化[J].金属矿山,2016,(11):54-57.

[16]罗 亮.条带式矿柱嗣后充填采矿方法在缓倾斜磷矿开采中的应用[J].化工矿物与加工,2016,45(10):72-74.

[17]熊有为.缓倾斜破碎薄矿体盘区机械化进路充填采矿方法研究[J].采矿技术,2016,16(05):1-2,20.

[18]蔡侯荣,艾显恒.膏体充填在下向充填采矿法中的应用[J].云南冶金,2016,45(04):6-9,14.

[19]何良军,赵文奇,高 忠.泗人沟铅锌矿削壁充填采矿法优化研究[J].矿业研究与开发,2016,36(06):78-81.

[20]时传龙,卢 亮,闫懂金.玲珑金矿灵山分矿盘区机械化充填采矿法的应用[J].采矿技术,2016,16(03):3-4,26.

[21]李雨波,李艳刚,韩 全,等.中深孔分段分期充填采矿在大梁矿业的应用[J].采矿技术,2016,16(03):5-7.

[22]路明福,宋嘉栋,扈守全,等.盘区交错式上向水平分层充填采矿法在玲南金矿的应用实践[J].矿业研究与开发,2016,36(04):1-3.

[23]唐礼忠,邓丽凡,翦英骅.分段空场嗣后充填采矿法采场结构参数优化研究[J].黄金科学技术,2016,24(02):8-13.

[24]杨 莹,吴爱祥,尹升华,等.河流下缓倾斜薄至中厚矿体上向进路充填采矿法[J].矿业研究与开发,2016,36(03):1-4.

[25]贾鹏昆.望儿山金矿全尾砂高浓度充填新技术研究[D].青岛：山东科技大学,2004.

[26]王怀勇.凡口铅锌矿立式砂仓造浆与放砂关键技术研究[D].长沙：中南大学,2009.

[27]邓代强,段 瑜,姚中亮.高峰锡矿充填系统优化与应用[J].化工矿物与加工,2017,46(03):59-61.

[28]李延杰,梅甫定,叶 峰,等.高浓度粗磷尾矿胶结充填参数优化研究[J].矿业研究与开发,2017,37(01):30-35.

[29]项 宇,张耀平,欧阳光,等.基于正交优化实验的全尾砂胶结充填体强度研究[J].矿业研究与开发,2017,37(01):27-29.

[30]陈鑫政,杨小聪,郭利杰,等.充填配比方案优化的正交试验研究[J].金属矿山,2016,(11):16-20.

[31]雷大星,张耀平,王广丽.基于流变特性试验的胶结充填体优化配比研究[J].矿业研究与开发,2016,36(09):31-33.

[32]丁文军,李广辉,丁志浩.某金矿充填系统优化改造[J].黄金科学技术,2016,24(04):87-91.

[33]沈 充,江忠先.尾砂充填造浆喷嘴的改进[J].矿山机械,2010(24):89-90.

[34]侯世培,呼艳芬,陈 明.新型充填系统造浆喷嘴在龙桥铁矿的应用[J].科技创新导报,2014(09):59.

[35]梁仕义.充填系统中立式砂仓喷嘴的设计[J].有色金属设计,2015(02):51-53.

2017-06-28)

张融江(1964-)，男，江西上饶人，助理工程师，主要从事采矿技术管理工作，Email：455258386@qq.com。