某铅锌矿风化山砂胶结充填系统工艺设计研究

充填料浆由风化山砂、胶结料、调浓水组成。风化山砂：比重 2.62 t/m3，−10 mm 风化山砂试样 200 目粒径以下颗粒含量不足 10%，细颗粒量较少。2 mm 以下颗粒含量累计 79%～87%之间，0.5 mm 以下颗粒含量累计为 35%～41%。胶结料：PC32.5R 水泥。水：普通自来水。流变参数：灰砂比 1:6，浓度在 78%时塑性粘度系数 0.1745 Pa·s，屈服应力 40.039 Pa;浓度 80%时塑性粘度系数 0.3775 Pa·s，屈服应力 34.804 Pa;80%时塑性粘度系数 0.1883 Pa·s，屈服应力 47.394Pa。泌水率：灰砂比 1:6，浓度在 78%时泌水率为3.49%;浓度 80%时为 2.49%;浓度 82%时为 1.52%。泌水率随料浆的质量浓度的增大而减小。灰砂比：根据充填料浆流动性及泌水试验，76%浓度的充填料浆不适合井下输送，易发生堵管事故。78%～80%浓度的充填料浆充填时，灰砂比不应小于 1:6;82%浓度充填时，灰砂比不应低于 1:10。塌落度：灰砂比 1:6，浓度在 78%时塌落度 27.5cm，扩散直径 94 cm;浓度 80%时塌落度 28.5 cm，扩散直径 93 cm;浓度 82%时塌落度 26 cm，扩散直径 63.5 cm。单轴抗压强度：养护期为 28 d 时，灰砂比 1:6，浓度在 78%时强度为 3.19 MPa;浓度 80%时为 3.54MPa;浓度 82%时为 4.7 MPa。根据采矿工艺对充填体强度及充填能力的要求，并结合充填材料试验，推荐采用 78%～80%浓度的充填料浆进行充填，灰砂比不应小于 1:6。

2 充填工艺方案

充填系统设计能力为 80 m3 /h，整个充填系统由山砂制备及供料系统、胶结料供给系统、调浓水供给系统、配比搅拌系统、充填管网系统及相配套的控制系统组成。充填工艺流程如图 1 所示，主要设备有：颚式破碎机、冲击破碎机、振动筛、10 m3配料机(含 1.5 m3 计量斗)、800 mm 带宽皮带输送机、3 m3 骨料缓存仓、1.5 m3 水泥计量称、1.5 m3 水计量称、3 m3 强制式双轴搅拌机、Φ273 螺旋输送机、200 t 水泥仓、30 m3 方形缓存待料仓、ZBG120/8充填泵(泵送量120 m3 /h，出口压力 8 MPa)。

2.1 山砂制备及供料系统

风化山砂由原料仓进入颚式破碎机，粗破后，用皮带输送机输送至二级破碎工序，采用冲击破碎机破碎后经皮带输送机输送至振动筛进行筛分，−10 mm 粒级的山砂将通过皮带输送机输送至配料机，大于 10 mm 山砂则通过反向皮带输送机返回再次冲击破碎至合格。山砂由储料仓卸入计量斗中，累积计量，计量好后启动供料小皮带，将料卸入始终运转的皮带运输机，并输送至骨料待料仓。

2.2 胶结料供给系统

胶结料为散装水泥，由水泥罐车运至充填站后，通过吹灰管吹入水泥仓中。水泥仓直径 4.5 m，高度 12 m，可储存水泥 200 t，以满足充填系统连续运行要求，水泥仓顶设置人行检查孔、雷达料位计及透气式除尘器。水泥仓底部设置螺旋输送机，充填时启动螺旋输送机，将水泥输送至水泥称，再由水泥称向搅拌机定量供给水泥，灰砂比在 1:6~1:20 可调，以满足不同充填体强度。

2.3 调浓水供给

充填站设一条供水管路，由高位水池供给，以调节充填料浆浓度、冲洗设备、疏通管道，调浓水量由高位水池供给水计量称进行计量。

2.4 充填料浆制备与输送

当山砂、水泥、水计量完毕后，打开骨料待料斗卸料口，将骨料卸入搅拌机内，延时 5 s 后，将计量后的水泥、水等一起卸入搅拌机内搅拌，搅拌好的料浆由卸料口输出，完成一个工作循环程序，工序约耗时 90 s。为了保证充填的连续性，设计增加料浆缓存仓。即料浆经搅拌机搅拌均匀后，存入料浆缓存仓，通过导料槽卸料至充填泵。充填料浆最终通过充填泵的压力输送，经充填钻孔及井下充填管网输送至井下采空区进行充填。充填主管为 DN125 陶瓷复合钢管。

2.5 系统自动化控制

为了保证充填料浆浓度、配比的准确并且稳定，实现料浆顺利输送，充填站设立较为完善的自动化控制系统，完成从配料至充填泵的所有电器设备的自动化控制。该自动化控制系统由以下四部分组成。

(1)电机控制系统：构成生产线所有电机的主回路系统。

(2)PLC 控制系统：采用可编程控制器和以太网通讯，实现对操作台、生产线电器设备的控制。

(3)上机位监控系统：采用配有监控组态软件的台式机进行实时监控。

(4)就地手动控制系统：用于主要设备的就地调试、检修及事故急停。

3 结 论

(1)根据充填材料试验，以风化山砂作为充填骨料，制备的砂浆浓度高，泌水少，基本无水泥离析现象，可形成高强度的充填体。

(2)针对矿山尾砂不适宜用作充填骨料，为降低充填成本，考虑就地取材，研究开发出风化山砂胶结充填工艺与技术，与高浓度全尾砂(泵送)充填系统相比，该系统简单易操作，占地面积小，建设周期短，投资相对小。特别适用于尾砂不宜用作充填料或者尾砂量不足的充填采矿法矿山，具有良好的社会效益和推广价值。