全尾砂胶结充填技术在悦洋银多金属矿的应用

吴连贵，李兴尚，戴水平

(1.福州大学 紫金矿业学院，福州 350108；2.武平紫金矿业有限公司，福建 龙岩 364300)

采矿工业是中国现代工业的基础，是国民经济迅速发展的保证。随着国家对矿产资源需求量的不断增加，矿山开采规模迅速扩大[1-3]，尾砂排放量和采空区面积也迅速增长。据2009年国家统计数据，我国现有尾矿库一万多座，福建省共有尾矿库247座，其中险库3座，病库35座，分布于矿区沟壑山谷之中，全省100多个村庄附近[4]，具有数量众多、分布广、占地面积大等特点。尾矿库是矿山选矿生产的重要设施，是矿山生产过程中潜在的危险源[5]。一旦发生事故，势必造成下游人民生命财产损失，破坏当地生态环境。为此，全尾砂胶结充填技术无疑是一种很好的尾矿库隐患解决方式[6]。全尾砂胶结充填技术是用选矿厂没有进行分级脱泥的全粒级尾砂作为充填骨料，将其与胶结材料、水混合搅拌均匀后制成一定比例的充填料浆，随之通过充填管道充入井下采空区的一种充填方式[7]。这种充填工艺一方面减少了矿山尾砂排放量，减少了尾矿库的工业占地，节省尾矿库费用；另一方面充填料浆充填井下采空区，有效控制采场地压，保证矿山安全生产，提高了矿山经济效益。本文以悦洋银多金属矿高浓度全自流银铜全尾砂胶结充填工艺为例，介绍了全尾砂胶结充填工艺流程。

1 矿山基本概况

武平紫金悦洋银多金属矿位于福建省西南部山区的武平县境内，矿区主要矿体呈大透镜状、似层状，矿体倾角15°～20°，平均厚度9.6 m，属于缓倾斜中厚矿体。矿区地处华南加里东褶皱系东部、闽西南晚古生代拗陷区明溪—武平拗陷南部。基底构造为一北西走向的向斜构造，由震旦系地层组成。矿区容矿岩石主要是中细粒花岗岩，少部分矿体产于中粗粒黑云母二长花岗岩及变质砂岩中，矿床属水文地质条件简单的矿床。主要矿体赋存标高+20～-200 m，埋藏较深。采用主副井加斜坡道的地下开拓方式，以15 m划分一个中段，其中-100 m和-160 m两个中段是主要开采中段。主要采矿方法为浅孔留矿法。

2 开采现状

悦洋银多金属矿在最初的几年开采过程，遗留下大量不规则的采空区。该矿自生产至技术改造前空区累计达47万m3，现在每月还将新增空区7 800 m3。由于该矿属于多层缓倾斜中厚矿体重叠产出，采空区多而乱，后续开采难度很大。同时，遗留的大量采空区严重影响采矿方法的规范，使大部分采场无法进行完整的采准切割工程，造成采场高度受限，矿石损失率大。大量采空区的存在，造成地下采场地压活动剧烈，近几年还发生了地表沉降塌陷事故，影响较大。为此，对该矿实施全尾砂胶结充填技术已刻不容缓。

3 充填系统工艺流程

3.1 充填系统概况

充填站布置于现有银矿选矿厂西侧，66线附近。充填站占地面积1 125 m2，站内布置两个立式砂仓、一个水泥仓、两台空压机、一套搅拌设备及相配套的配电仪表室等。充填站自地表+280.2 m水平至-60 m水平布置施工两个间距3 m的充填钻孔，钻孔直径为Φ168 mm，内套钢管，两者之间的环状空隙用水泥浆填塞。充填料浆经充填钻孔自流至-60 m水平后，通过各中段充填管道输送至充填采场。到达-60 m中段的充填料浆一部分通过6#天井充填管道延伸至-85 m中段、-100 m中段、-115 m中段和-130 m中段，另一部分通过-60 m中段与-100 m中段相连的斜井充填管输送至-100 m中段(如图1)。井下各中段主要运输巷道采用Φ133 mm×8 mm钢管作为输送管，当进入需经常移动或更换的采区巷道等地点则采用内径为Φ110 mm的钢编高强复合管，进入采场后则改为普通塑料管。

图1 充填系统纵投影图Fig.1 Vertical projection of filling system

充填系统运行参数见表1所示。充填体强度满足采矿作业要求。

表1 充填系统运行参数Table 1 Operating parameters of filling system

全尾砂胶结充填系统(见图2)主要由全尾砂储存供料线、调浓水供给线、水泥储存供料线、充填料浆制备与输送系统和自动控制系统等部分组成。

图2 充填系统工艺流程图Fig.2 Process flow diagram of filling system

3.2 全尾砂储存供料线

选矿厂全尾矿浆通过浓密机浓密后通过输砂管输送至充填站的立式全尾砂仓中。充填系统站内设置两个锥底角度30°，直径Φ10 m，直筒体高度10 m的立式尾砂仓，单个砂仓有效容积850 m3。工作时只使用一个砂仓，另一个砂仓备用，两个砂仓交替使用，以达到发挥充填系统连续生产能力的目的。当立式尾砂仓加满后，尾砂即可随其自然沉降达到最大沉降度。同时在尾砂管出料口设置进砂缓冲装置，以加快砂仓中全尾砂沉降。产生的溢流水及澄清水通过自流输送至尾矿库中，其中含有一定细粒级尾砂的溢流水经尾矿库澄清后，通过回水泵排送至选矿厂重复使用。在澄清水排完后，打开压气造浆喷嘴以对砂仓中全尾砂进行压气造浆。造浆完成后打开放砂阀，均匀砂浆通过放砂管向下方搅拌机供给全尾砂浆。

3.3 水泥储存给料线

选用普通硅酸盐水泥(P.C42.5级硅酸盐水泥)作为胶结剂。散装水泥罐车运输散装水泥至充填站后，通过站外吹灰管吹卸入水泥仓中。水泥仓直径Φ5.0 m，直筒体高10 m，有效容积200 m3，可储存水泥260 t，可以满足充填系统连续运行的要求。工作时打开水泥仓底部的螺旋闸门，启动双管螺旋给料机，便可向搅拌机定量供给水泥。由螺旋电子秤检测水泥给料量，经双管螺旋电机通过改变螺旋转速控制水泥给料量，以达到不同灰砂比及生产能力的要求。

3.4 充填料浆制备与输送系统

将压气造浆后制成的全尾砂浆、水泥仓中的P.C42.5级硅酸盐水泥及适量调浓水经双轴搅拌机+高速搅拌机两段连续搅拌均匀后制备成充填所需一定灰砂比的充填料浆，而后通过测量管上安装的电磁流量计等装置检测和控制充填料浆流量和浓度，最终进入充填料下料斗，并通过地表充填钻孔自流至-60 m水平，再通过各中段充填管道输送至采空区进行充填。

3.5 充填倍线

充填倍线(见图3)可以反映充填系统的充填能力，也可以表示充填系统料浆输送的综合阻力。在充填料浆自流输送过程中，如果充填倍线过大，产生的沿程阻力将大于其势能转化，导致料浆在输送过程中流速过低，最终可能造成充填管堵塞等事故。在尾砂胶结充填时，管道自流输送充填倍线一般不大于5～6，如果充填倍线过大，则需降低充填料浆浓度，或采用增压泵加压输送方式输送。充填倍线可用下面公式计算。

N=L/(H+H′)

(1)

式中，N—充填倍线；H—充填系统中料浆入口与出口处的垂直高度，m；L—包括弯头、接头等管件的换算长度在内的充填系统管道总长度，L=L1+L2+L3+L4+Li，m；H'—增压泵的工作压头，m。

图3 充填倍线示意图Fig.3 Sketch diagram of filling times line

悦洋银多金属矿矿体南北走向长达几千米，因此充填倍线随不同开采部位而变化较大，前期开采范围内-60 m及-100 m中段最大充填倍线管道布置参数如表2所示。

表2 管道布置参数Table 2 Layout parameters of pipeline

将相关数据带入公式可得：-60 m中段充填倍线为2.97，-100 m中段充填倍线为3.07，N<6，说明充填料浆可以采用自流输送。

4 结论

1)悦洋银多金属矿采用全尾砂胶结充填后，矿山年需充填空区量约24.5万 m3，可消耗尾砂约28.4万 t，占年产尾砂总量的45%。根据统计，金属矿山在地表堆存1 t尾矿需花费4～8元，据此计算，该矿山每年可节省费用113.6～227.2万元。

2)该矿山采用全尾砂胶结充填，可使采场间柱得到回采，同时可使老采空区周围高品位矿石得以回采，矿石回采率可提高到80%以上，有效提高了矿石回采率，延长了矿山服务年限。

3)由于充填料浆的离析脱水，使得充填体的强度有时满足不了矿柱的安全回采。为此，需进一步完善全尾砂胶结充填工艺，合理选配灰砂比，添加粉煤灰等辅助材料，增强充填体强度，达到充填要求。