云南大寨锗矿全尾砂胶结充填工艺研究

大寨锗矿位于临沧市临翔区西偏北直线距离8km的帮卖盆地内，地处盆地北段西缘，行政区划属云南省临沧市临翔区章驮乡帮卖村。大寨锗矿具有独立的开拓、采矿、运输、通风、排水等系统。设计生产规模为9万t/a，以销定产实际5万t/a。现采用“下向进路水平分层膏体充填法”开采，设计高浓度全尾砂胶结充填工艺，在保证矿石回采率达到93%的基础上，对采空区进行了高效环保充填处理，有效保证了矿山持续绿色开采[1]。

1充填方案选择

鉴于安全、环保及成本要求，充填材料__为选矿尾砂、矿山废料、工业废渣以及地方材料[2-3]。目前国内充填的工艺方案主要包括分级尾矿充填、高浓度全尾矿胶结充填、膏体泵送及废石胶结充填等。分级尾砂充填是目前我国应用最为广泛的充填工艺，有胶结和非胶结两种，特征参数为:质量浓度65%～70%、脱水量30%～15%[4];高浓度全尾砂胶结充填指的是在静止的水中沉降浓度最大的全尾矿，其特征参数为:质量浓度70%～75%、脱水量3%～6%[5];膏体泵送胶结充填骨料主要是由粉煤灰、磨碎炉渣等配制成的，其特征参数为:料浆浓度75%～80%，脱水量几乎为0，输送过程比较困难，因此选用泵输送，膏体输送泵可采用德国产KOS或KSP双缸液压活塞泵和沈阳建设机械总公司生产的HBT混凝土泵;废石胶结充填选用的骨料是由破碎料和掘进产生的废弃石头自然配制而成，胶结材料是由纯水泥浆或通过水泥砂浆组成，其特点是充填所需的强度较高，但是效率相对较低，因此要采取一些特殊方式避免这种缺点[6-7]。

分析大寨锗矿现有条件，根据充填工艺的特点，采用尾砂充填方案。

2充填工艺设计

高浓度全尾砂胶结充填主要有充填站以及各管网构成。充填站主要由砂仓、水泥仓、给料及搅拌制浆等装置组成。

2.1全尾砂浆制备

2.1.1全尾砂浆脱水

选厂浮选尾砂的含水量很大(浓度很低)，全尾砂的含泥量高，渗透性低，在脱水过程中要避免过量细泥物料的排放。

大寨锗矿充填站全尾砂来源主要是尾砂库的半干尾砂，故脱水问题不突出。为保证造浆浓度，砂仓中需要水面高出砂面0.2～0.5m。

2.1.2全尾砂浆的制浆

贮存在砂仓内的尾砂一般靠重力自流放砂，但是砂仓内沉淀后的饱和尾砂很难通过DN150管道放出，必须对管道上口的沉砂进行松动造浆。分级尾砂松动和造浆可以用水也可以用气;全尾砂只能压气，以免浆体被稀释，浓度变低，达不到浓度要求。

为了保持砂仓放出的砂浆浓度和流量的稳定性，需要在砂仓底部(斗仓内)设置一定数量的松动与造浆喷嘴，其网度(或间距)按0.6～0.8m2，喷嘴安装轴线与水平面垂直。放砂前需要对砂仓内饱和尾砂进行20～30min的压气造浆，放砂时放砂管上方始终打开4只喷嘴，其余几圈喷嘴轮流工作进行活化造浆。造浆装置包括空压机、支管控制阀门及压气造浆喷嘴。15m高的砂仓满仓时造浆压气的压力为0.4～0.6MPa，按单位砂浆的放出量计算压气耗气量为20m3/m3。

2.2水泥贮放

水泥贮存采用钢制筒仓，要求密闭好、防潮湿，强度系数能够满足水泥满仓的要求，水泥进仓和出仓机械化程度高，飞尘污染少，水泥存仓质量稳定，仓容积利用率高，仓内黏结少，出仓流动性好等优点。

水泥仓底部通常为圆截锥形，锥角不易大于60°，斗仓下口以上1/4～1/3高度处安装流态气化管，以防止仓内水泥结拱堵塞。斗仓下口装有可调节流量的插板、螺旋给料机，向搅拌槽定量给料。给料速度由变频器控制，以满足配比设计要求。

2.3充填浆料的制备

将全尾砂、水泥和水等相关材料根据要求配制好后，贮存在钢制筒仓。这种砂仓具有结构简单、占地面积小、自动化程度高、机械设备少，放砂连续性好，适合于充填浆体的井下管道输送，其浓度波动稳定在65%～75%。

大寨锗矿充填站设计为地面自流式搅拌站，钢板制作的立式砂仓底部由8根406mm×12mm的钢管支撑。制浆步骤主要为:首先通过竖立式砂仓，将70%左右浓度的砂浆从底部放出，接着螺旋给料机给水泥到水泥仓，水泥仓将其按一定的比例进行

搅拌，最后制出73.6%～75.9%的高浓度全尾砂浆，输送到布置好的管网中。

2.4充填料浆输送

全尾砂高浓度胶结充填料浆属于似均质结构流体。由于在输送过程中会由高差产生自流，因此设计充填倍线控制在3.0左右。大寨锗矿充填钻孔标高1652～1330m，高差为322m，需要设计长度为624m的水平管道，而超出的部分则需增加压气助推辅助措施助流。

压气助推方法即是在水平管道每隔一定距离加设压气助推喷嘴，喷嘴的方向和砂浆流向成30°角，喷嘴间隔距离50～60m。输砂管上方铺设压风管，助推喷嘴的用气有压风管供给，每处喷嘴耗气量0.12m3/min[9]。

2.5充填钻孔及管网

充填钻孔应遵循以下要求设置与施工:①钻孔应选在距离充填采空区水平距离最短的位置，以降低充填倍线;②钻孔下口应尽量靠近主要运输巷，以减少井下充填巷道工程量和基建投资;③钻孔垂直度控制在1%以内，以便井下准确对位;④钻孔与地表充填站应设在地表塌落线外20m，以保证充填站和充填钻孔的安全;⑤钻孔与地面站尽可能利用贫瘠的土地和荒坡，或在已征土地，少占耕地和村庄，减少投资;⑥钻孔孔径大小根据地质条件和充填管径确定，第四系土层为250mm，基岩为170～200mm，钻孔内有套管和充填管，钢套管一般为219mm×6mm或者168mm×6mm，充填管为146mm×12mm，材质为16Mn或复合陶瓷管;⑦套管与钻孔壁用42.5级硅酸盐水泥固定，第四系(Q4)钻孔可采用泥浆护壁或水泥浆固结，扫孔清洗按地质钻孔要求进行，内管下入后套管和充填管之间采用优质泥浆灌满;⑧在钻孔施工过程中，对所取得岩心进行地质编录;⑨垂直钻孔底部安装三通(盲板)，以便在垂直充填管堵塞时处理。垂直钻孔下端位于充填采场运输巷道，主要运输巷道一般采用普通钢管与钻孔充填内管相连，规格为133mm×10mm或127mm×10mm;采场充填管与主要巷道采用三通连接，进入采场充填管采用半透明的树脂管120mm×10mm，树脂管另接一个三通，以便清洗水排入运输巷排水沟。水平输砂管连接可以采用GJJ型柔性环形卡箍[10]。

2.6充填系统自动控制

自动控制系统包括:仪表自动监测、显示和微机自动处理。为了加强质量控制、保持正常连续生产及管理，充填站应对尾砂、水泥及水流量与砂浆浓度进行计量和控制。检测内容包括:砂仓砂位、水泥仓料位、搅拌桶液位、放砂浓度、放砂流量、水泥给料量以及制备的充填浆料浓度、灰砂比、流量等。

(1)全尾砂料浆计量控制。立式砂仓水砂界面仪测定砂仓砂位和存量，砂仓底部放砂管内全尾砂浆浓度与流量分别由安装在管道上的核密度仪和电磁流量计来检测。

(2)水泥仓料位由设置在仓顶的雷达料位计检测，水泥由仓底螺旋给料机输送，通过控制变频器调整速度对水泥给料进行调节。

(3)灰砂比控制。按设计的灰砂比与灰水比计算出全尾砂(干)给料机给料量及水量，再按充填料浆浓度计算全尾砂浆的浓度。上述参数分别由核密度计、流量计、控制阀和称重式螺旋给料机控制。

(4)高浓度搅拌桶液位由超声波液位计检测，根据搅拌桶额定液位上下限确定搅拌桶进出砂浆的流量。

为了确保浆体浓度的稳定，设置浆体浓度控制装置，当浓度过高，则由电动夹管阀向搅拌桶添加适量清水，从而实时控制浆体浓度。

充填浆体流量及浓度检测分别采用安装在搅拌桶下部充填管上的核密度计和电磁流量计完成。

(5)充填站内主要用电设备，如给料机、搅拌筒、砂泵、水泵等均有各自的电流、电压表，充填站应设置总电功表。

为了实施上述自动检测、控制并及时采集记录打印、分析充填系统运行参数，设计采用一套电脑控制与显示系统。

3结语

大寨锗矿全尾砂胶结充填站工程项目建成后，提高了矿山回采效率，选矿尾矿全部得到利用，不用建设新的尾矿库，基本上实现了无废开采，有效地保护矿区及周边自然生态环境，有着很好的经济效益与社会环境效益。