高陡山区长距离稳压膏体充填技术应用研究

郑伯坤，邓高岭，李向东

(长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 410012)

0 前 言

甘肃中金黄金矿业有限责任公司，矿山生产能力26.4万t/a，日处理矿石量为800 t，设计入选平均品位2.46 g/t，选矿回收率92%，年产金600 kg。

大店沟金矿为多层平行急倾斜薄至中厚矿体，矿岩层理发育、较破碎，设计采矿方法为浅孔留矿法和削壁充填法，实际生产中主要采用浅孔留矿法，设计损失率12%，贫化率16%。但开采过程中矿石损失、贫化较大，作业安全条件差。据初步统计，实际损失达18%～28%，贫化达23%～35%。为解决井下安全生产管理难度大，贫化损失高的难题，拟采用充填采矿法。

针对矿山充填条件，甘肃中金和长沙矿山研究院共同开发了超远距离膏体泵送充填技术，由长沙矿山研究院设计的充填系统于2016年10月建成，于2016年11月调试成功并投产，调试阶段完成膏体充填2000 m3，成功产出高品位矿石4000 t。大店沟金矿充填系统投资为780万元，充填成本33.5元/m3，仅为类似矿山充填成本的2/3，良好的充填效果起到了强力支护上下盘破碎围岩的效果，成功解决了困扰矿山多年的采矿贫化损失率高等问题，同时大宗量地处理了尾矿，解决了尾矿排放成本高等问题。充填后采矿损失率降低至5%以内，贫化率降至10%以内，尾矿处理成本降低20元/t。

1 充填工艺

该工艺流程采用旋流器+砂仓进行两段浓密，采用2个小容积立式砂仓，全仓流态化压气造浆，高浓度放砂，搅拌机搅拌尾砂浆。该工艺充填系统分为5个子系统，分别为：尾砂浓密放砂系统，水泥储备给料系统，两段式搅拌制备系统，充填输送管网系统，计量控制系统。

1.1 尾砂浓密放砂系统

尾砂浓密放砂系统包括3个工序：尾砂输送、分级和第一段浓密；尾砂第二段浓密、造浆、放砂；溢流排放处理。

(1) 尾砂输送、分级和第一段浓密：选厂尾砂浆(浓度约28%)自流进入尾矿渣浆泵站，通过渣浆泵输送至充填站尾砂仓顶部，由仓顶的旋流器组，进行分级和第一段浓密，旋流器底流(浓度约65%)进入尾砂仓内，即完成尾砂输送、分级和第一段浓密。

(2) 尾砂的第二段浓密、造浆、放砂：旋流器底流进入砂仓后，当砂仓满浆后即停止进砂，沉降0.5 h后，通过阶梯阀排出砂面上部分清水，使得砂仓内砂浆的浓度控制在70%～72%。

充填开始前10～30 min开始预造浆，采用压气造浆工艺，在仓底按照一定密度布置喷嘴，压缩空气通过压气管道和喷嘴进入砂仓底部，造浆时形成全仓类似“沸腾”的状态，使全仓的尾砂浓度分布和粒度分布均匀，从而确保放砂浓度的稳定，进而确保充填体质量的稳定。采用小高径比砂仓，利于砂仓内造浆均匀，利于高浓度放砂。

充填开始后，打开尾砂仓底放砂阀，尾砂料浆通过放砂管自流进入搅拌系统的尾砂进料斗。为保证放砂浓度稳定，压气造浆持续至放砂完毕。为避免刚开始放砂时放砂口浓度过高堵塞放砂管，在放砂阀前设置反冲水管。

(3) 溢流排放、处理：旋流器的溢流和阶梯阀排放的清水均通过溢流管自流至溢流缓冲池，再自流至现有尾矿泵站，泵送至现有浓密机，浓密压滤后排放尾矿库。

由于采用旋流器+砂仓的两段浓密技术，旋流器浓密效率高，底流浓度达到65%，砂仓起到辅助浓密的功能，因此砂仓利用率大大提高，采用2个容积较小的砂仓即可满足能力要求，同时可实现充填站连续24 h进砂，充填时间灵活调整，灵活应对小采场的充填，满足工艺要求的同时降低了系统造价。

1.2 水泥储备给料系统

散装水泥罐车将散装水泥运来后通过风力打入水泥仓，水泥仓中水泥通过双螺旋给料装置再经过单管螺旋秤计量放入双轴搅拌机，双螺旋通过调节螺旋变速器，从而控制水泥添量。

1.3 两段式搅拌制备系统

高浓度的尾砂浆自主放砂管进入尾砂进料斗，再进入双轴搅拌机，同时水泥直接进入双轴搅拌机，双轴搅拌机浆尾砂浆及水泥充分混合形成尾砂胶结充填料浆，即第一段搅拌。为避免尾砂浆浓度过高，尾砂进料斗布置调浓水管。经第一段搅拌的胶结充填料浆未能将尾砂和水泥充分混合，进入活化搅拌装置进行第二段搅拌，以强化水泥水化过程，使水泥在充填体形成过程中发挥最大效应。

1.4 充填输送管网

充填输送主管网主要包括：充填泵、井下管道等。针对1650 m以上采场充填采用上向泵送工艺，针对1650 m以下采场充填采用水平泵送+自流输送的工艺。

上向泵送的高差在100 m范围内，输送管径采用通径Φ110 mm无缝钢管，管道由快速接头连接。最远泵送距离3 km。竖直管道布置于现有天井。

应急冲洗管网：由于充填泵造价较高，备用泵成本高，且长距离泵送管道堵管故障处理劳动强度大，因此布置高压水应急冲洗官网。在泵送主管道每100 m布置1个冲洗水管和1个排空阀，冲洗水管与主充填管连接。应急高压冲洗水主管连接现有高压水泵。该管网的主要设备设施：高位水池、现有高压水泵、应急冲洗管道。

1.5 计量控制系统

该系统贯穿于以上各系统，主要实现功能为计量水泥仓仓位、水泥下料量、调浓水量、充填浓度等功能。

2 技术难点与创新

甘肃中金联合长沙矿山研究院研发的超远距离膏体泵送充填技术，克服了众多技术难点：

(1) 由于大店沟金矿地处山区，地表工业场地局限，充填站距离充填采场距离远，高差大，管道长度达3000 m，向上输送高差超100 m，大高差长距离的膏体上向泵送在国内外鲜有应用。

(2) 超远距离膏体上向泵送对膏体的浓度和配比要求苛刻，准确稳定的配比和浓度是膏体泵送技术的关键，配比或浓度波动将造成管道堵管，系统无法顺畅进行。

(3) 合理地降低输送阻力，避免过大泵送阻力造成输送系统投资过大，运营成本过高是另一大难题。

(4) 甘肃中金公司对充填系统投资要求控制在800万元以内，无疑给技术创新和系统设计带来巨大挑战。

经过甘肃中金联合长沙矿山研究院共同深入研究和技术攻关，超远距离膏体泵送充填技术以创新思路开展工艺研究和系统设计，最终取得了一系列技术突破：

(1) 压缩空气全流态造浆技术，使大店沟金矿充填制备站的尾砂放砂浓度波动控制在±0.25%范围内，放砂流量控制在±1%范围内，精确的浓度控制和放砂流量控制成为远距离泵送的可靠保障。

(2) 尾砂粒径精确控制技术，为降低充填成本，同时保障远距离泵送对物料细颗粒含量的要求，采用分级尾砂-全尾砂精准配比使得充填料浆的尾砂粒径可根据需要正确调整，合理的细颗粒含量降低了充填水泥用量确保了远距离泵送的可靠性。

(3) 两段活化制备技术，确保了水泥和尾砂的高速充分混合，相同配比提高充填强度30%以上，降低了水泥用量，同时高速活化搅拌效果提高了料浆的输送性能，有效降低了输送阻力，是超远距离泵送的泵送压力控制在经济运行压力范围内，降低了充填泵和泵送管道的投资。

(4) 采用集成化设计，减少工艺环节过度，工艺环节紧凑，交替进砂放砂的砂仓工艺，使砂仓容积利用率大幅提高，高效集成化的系统设计，使充填系统

的投资大幅下降。

(5) 稳定的工艺和高效自动化设计减少了充填站人员，从传统充填站每班15人，降低至每班3人，大幅减低人员成本。

3 应用效果

大店沟金矿超远距离膏体泵送充填技术最终确定采用大倍线上向泵送高浓度分级尾砂充填工艺。充填作业流程稳定，管道中压力比较均衡，且不易发生堵、漏现象，故障率低，放砂浓度稳定，波动范围在3%之内，充填浓度70%左右，充填效率为50 m3/h，采场充填效果较好，滤水少，脱水率低于5%，未出现跑浆、分层离析等现象。胶结充填与非胶结充填相结合，胶结与非胶结厚度比为1∶3，胶结充填成本为80.64元/m3，非胶结充填成本为17.74元/m3，故加权平均充填成本33.5元/m3。良好的充填效果有效降低了采矿贫化损失率，损失率由原来的18%～28%降至5%以内，贫化率由23%～35%降至10%以内，同时大宗量地处理了尾矿，解决了尾矿排放成本高等问题，尾矿处理成本降低20元/t。该充填工艺具备可靠性高、工艺简单、运行稳定、充填效率高、充填成本低、综合经济效益较好等优势，适用于大部分地下开采矿山，对于矿山安全生产和经济效益有切实意义。

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