全尾砂结构流胶结充填在矿山开采中的应用分析

韦军

摘 要：根据国内外地下矿山开采发展的要求和趋势，本文从实践角度出发，分析了全尾砂结构流胶结充填存在的问题和应用优势，其目的是为相关建设者提供实践经验和一些理论依据。

关键词：趋势；全尾砂结构流；充填；矿山开采；问题；效益；推广使用

中图分类号：TD853 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）20-0203-02

1 国内外概况及发展趋势

地下开采矿山采用充填采矿法可有效保护矿区地表、能适用各种不同的矿体赋存条件以充分回收矿石资源、能将大量的固体废料（尾砂和废石等）充填于井下从而减少堆放占地，能大幅度降低矿石损失贫化指标从而提高矿床开采整体经济效益，是国内外大力发展及推行的采矿方法。

随着中国国民经济的持续快速发展，其矿产资源开采总量已稳居世界之首，从而也使由矿业开发而带来的一系列问题日益突出。为了实现既开发矿业又使环境得到保护的战略目标，国家和各级政府均大力推进充填采矿法，国内一些省份对新建地下金属矿山甚至强制推行充填采矿法，如安徽、山东等。

毫无疑问，对于金属矿山而言，全尾砂是首选的充填材料。实施全尾砂充填可为金属矿山最主要的废弃物实现最有效、最可靠且最大化的利用途径。由于不对尾砂进行分级且溢流不带走细颗粒，即实现真正的全尾砂充填可保证尾矿库的安全运行。对高品位金属矿山，当尾砂产率与井下空区体积相匹配时，还可取消尾矿库而实现尾废零排放。

当采用全尾砂作为充填料时，充填料浆浓度是决定充填质量的核心因素，如充填料漿浓度过低，细粒级尾砂及水泥或浮于表面，凝固硬化慢，或随脱水流失，既污染井下作业环境，同时增加作业成本，降低充填质量。所以为了确保充填质量，国内外大力研究开发膏体泵送充填及结构流体自流输送胶结充填技术。膏体泵送充填是将全尾砂或全尾砂+其它粗集料如破碎废石、冶炼渣、天然砂、人造砂等制备成浓度76%甚至80%以上的膏体充填料，其坍落度一般为22～25cm，然后通过液压双杠活塞泵加压输送至采空区进行充填。由于膏体充填料浓度高，充填料浆充入采场后不离析、不脱水，在同等水泥用量的条件下，充填体强度更高，或在同等充填体强度要求下，可较大幅度地减少水泥用量，从而降低充填成本。

全尾砂结构流体自流输送胶结充填则是将全尾砂或全尾砂混合料制备成浓度70%以上（取决于物料组成）、坍落度25～27cm的充填料浆，然后通过充填钻孔及井下管网自流输送至井下进行充填。相对于膏体泵送充填而言，充填料浆浓度略为降低，而其输送阻力却大大降低，但充填料浆在管道及采场中可呈结构流性态，同样具有不脱水、不离析、不分层的特点，且在采场中流平性好，更有利于进路型采场的充填接顶[1]。

膏体泵送充填一般工艺流程较复杂，充填系统投资较大，充填能力受膏体输送泵输送能力制约，而全尾砂结构流体自流输送充填相对投资较小，在充填倍线3～5、充填管线布置参数合理的条件下，常规流量充填系统单套制备输送能力可达60～80m3/h，而大流量充填系统单套制备输送能力可达180～200m3/h。但若充填倍线超过6以上时，则需进一步降低充填料浆浓度1～2%。因此，全尾砂结构流胶结充填作业，应在明确矿产资源开发建设情况的基础上，对充填的质量效果进行控制，以提升所处行业的快速稳定发展[2]。

2 充填系统工艺流程

①选厂全尾砂应通过输送泵输送至高效深锥浓密机中，以完成浓密脱水。此过程，为加快全尾砂的沉降，可通过添加聚丙烯酰胺（PAN）絮凝剂，以使溢流能够以直接状态回选厂循环使用[3]。②当脱水达到设计要求浓度后，工艺控制人员应通过高效深锥浓密机底流自流至砂池中存储。此过程，砂池的一端应设置阶梯型排水球阀以排出全尾砂进一步沉降后多余的水。当将压气造浆喷嘴安装至砂池底部后，就可进行造浆处理，并由空压机提供压气。③在进行充填作业时，应利用压气使砂池中全尾砂整体造浆保持均匀状态，而后，在经由放砂管将造浆放置于双轴搅拌机中。如此，水泥就能通过双管螺旋给料机与电子秤给料的计量工作，添加到双轴搅拌机内。这里的调浓水，应通过相应的计量，才能为双轴搅拌机提供供给。④利用双轴搅拌机对尾砂浆、水泥及调浓水进行初步搅拌，搅拌完成后，就可进入高速活化搅拌机内部，以进行高速搅拌。如此，制备完成的结构流性态充填料浆，就可通过充填管道输送到矿山开采的指定位置进行使用[4]。

3 实际应用中存在的问题

在矿山井下开采过程中，实现全尾砂结构流体胶结充填后主要存在的问题：

（1）密闭墙的施工。充填作业人员可利用混凝土进行密闭处理，但混凝土的凝固保养时间较长，对开采循环较快的矿山不利，而且此密闭处理方法运用造价成本较高。开采建设人员还可以使用钢材结构和彩条布等结合进行密闭，但此方法的运用容易造成充填漏浆，从而污染巷道。因此，施工人员必须保证施工质量，减少漏浆现象的发生。不过此方法所用的钢材可以循环利用，施工便捷，造价成本比较低。为此，地下矿产资源的开采过程需结合施工建造的实际情况进行密闭墙的施工控制，以解决全尾砂结构流体胶结充填作业过程的不合理问题。

（2）充填体存在层状结构。由于充填体作业的造浆池容量十分有限，无法为采空区的一次性充满提供条件，需要多次充填才能完成操作，因此，开采充填作业人员必须在每次充填完成后对管道进行冲洗，以避免充填管道运行出现堵塞问题，而冲洗管道的冲洗水进入充填空区后会造成每次顶部充填体的浓度降低，进而使其无法形成一个整体结构，出现层状现象。值得注意的是，如果每次充填量较少，充填空区面积较大，层状的高度较低，在后续充填体下的回采过程中，必须要充分考虑充填体的安全状况，确保安全开采。

4 安全环保效益

（1）充填质量好。全尾砂结构流态的运用不仅能够提高上向水平分层充填采矿法的作业效率，还能大幅度降低矿石的损失贫化问题。这是因为，当全尾砂结构流体充填料浆充入采场空区后，不会发生脱水与离析的问题，将为结构作用起到整体性佳、强度高的效果。如此，充填作业完成后，就可更加有效的控制采场的地压影响，进而为回采作业提供良好的环境条件。此外，全尾砂结构流胶结充填在矿山开采中的运用，还能提升矿石的回收率，在很大程度上提升矿山资源的开采效益。

（2）充填成本低。由于全尾砂结构流体充填料浆能够实现低速满管流的输送目标，因此，充填安全环保控制人员应采用含有-20μm极细颗粒的全尾砂，以降低充填料浆对管道使用造成的磨损程度，进而降低充填管道更换的造价成本。与此同时，由于全尾砂结构流胶结充填使用的料浆具有不脱水、强度高以及充填体整体性佳的特点，因此，能够大幅降低矿井清除淤泥与排水作业的造价成本。

（3）自动化程度高。可通过充填配比与充填计量自动控制，在全尾砂结构流体充填作业过程中实现自动化目标，从而降低人工成本。如此，不仅施工作业人员的劳动强度得到了控制，还提升了矿山开采的安全环保效益。

（4）安全环保压力小，全尾砂结构流胶结充填可以很好的利用尾砂，即通过减少尾砂排放量，来降低对生态环境造成的污染影响。此外，在尾砂产率与井下空区体积相匹配时，可实现尾砂的零污染排放，以使尾矿库能够以安全可靠的运行状态减少安全环保管理工作量，进而提升矿山资源开采的安全环保效益。

5 结束语

綜上所述，在矿产资源开发利用中，全尾砂结构流胶结充填是地下矿山开采发展所趋，它可以很好地控制采场地压，拥有充填质量好，充填成本低，自动化程度高、安全环保管理压力小的优点，在以后各类矿产资源的开发建设中，建设者可以根据矿山的特点，可以推广使用全尾砂结构流胶结充填。此外，还应通过控制充填质量、充填成本、自动化程度以及安全环保压力，来提升矿产开采充填作业的质量，进而使全尾砂结构流态胶结充填的作用效果充分发挥出来。

参考文献

[1]王新民，赵建文，张德明.全尾砂絮凝沉降速度优化预测模型[J].中国有色金属学报，2015，25（03）：793～798.

[2]付建新，杜翠凤，宋卫东.全尾砂胶结充填体的强度敏感性及破坏机制[J].北京科技大学学报，2014，36（09）：1149～1157.

[3]杨志强，高 谦，王永前.金川全尾砂-棒磨砂混合充填料胶砂强度与料浆流变特性研究[J].岩石力学与工程学报，2014，33（S2）：3985～3991.

[4]董 璐，高 谦，南世卿.超细全尾砂新型胶结充填料水化机理与性能[J].中南大学学报（自然科学版），2013，44（04）：1571～1577.

收稿日期：2018-6-13

作者简介：韦 军（1983-），男，采矿工程师，大学本科，主要从事采矿技术研究及工程管理工作。