全尾砂胶结充填工艺技术改造与应用

谭克亮　潘晓明　陈庆海

(1.济南钢城矿业有限公司；2.山东乾舜矿冶科技有限公司；3.山东钢铁集团国际贸易有限公司)



全尾砂胶结充填工艺技术改造与应用

谭克亮1潘晓明2陈庆海3

(1.济南钢城矿业有限公司；2.山东乾舜矿冶科技有限公司；3.山东钢铁集团国际贸易有限公司)

摘要随着济南钢城矿业有限公司井下大帷幕一部矿房出矿量逐渐减少，新开采矿体赋存较浅，充填倍线增大，为能实现自流，需降低充填浆体浓度，以致充填体后期强度下降明显。为此，进行了充填系统改造：①改进尾矿给料系统，实现了均匀给料；②采用链条式搅拌机和双叶轮强力搅拌机取代双轴搅拌和高速搅拌，提高了充填料的浓度和质量；③完善计量和控制系统。充填系统工艺改造后，充填体的质量提高，减少了顶柱和间柱矿量损失，提高了矿山回采率，延长了矿山服务年限。

关键词胶结充填立式搅拌胶结剂充填体强度

1　改造前充填工艺概况

济南钢城矿业有限公司充填系统于1994年投资建设，总投资3 100余万元。建成了全尾砂胶结充填系统和高炉水渣细磨系统，实现了选矿不设尾矿库的绿色选矿目标。工艺流程见图1。

图1　改造之前的工艺流程

随着井下大帷幕一部矿房出矿量逐渐减少，二部矿房和矿柱出矿逐渐增多，新开采矿体赋存较浅，充填倍线增大，为能实现自流，需降低充填浆体浓度，以致充填体后期强度下降明显。在对尾砂、胶结剂、制浆工艺和井下封堵滤水工序进行全面分析的基础上，得出充填体强度较低的原因：①压滤后的尾砂含泥、含水仍较多，黏性较大，很容易结块而不易散开；②尾砂中细粒级含量较多，因大量细颗粒的存在，使得尾砂比表面积大，吸水率大，对于充填体料浆浓度的提高比较困难；③充填胶结剂选择不恰当，原采用水泥为胶结剂，水泥适合于粗粒级砂浆的固结，而现场尾砂中含泥量较多，用水泥为固结剂，不利于充填体强度的提高；④现有充填制浆生产系统控制技术落后，不能有效控制充填体的浓度。

2　充填系统改造技术方案

2.1尾砂给料系统

充填采用的尾砂是选矿生产尾矿。选矿生产尾矿浓缩后黏接成块状、黏性很强的固状物。现场采用漏斗和振动给料机给料，黏成块状的尾砂一堆、一堆间隔落在胶带输送机上，造成给料不均匀(图2(a))。而尾砂和水泥混合后的物料在双轴搅拌机只经过很短时间的搅拌即被送到高速搅拌机进行搅拌。搅拌时间过短，大部分的尾砂还未散开即被输送到高速搅拌机，无法与水泥充分混合，仅起到了水化搅拌作用，导致采空区的充填体长时间不能凝固。

为此，将原振动给料机给料改造成双螺旋给料机和调速皮带秤给料，经板式压滤机压成块状的黏性尾砂给入双螺旋给料机，双螺旋给料机排料能较均匀地在胶带输送机上落料，增设调速皮带秤实现了在搅拌前尾砂给料的连续性和均匀性(图2(b))。

图2　给料系统输送情况

2.2搅拌系统改造

原尾砂搅拌采用双轴搅拌机一级搅拌。压滤后的尾砂，通过振动给料机和胶带输送机送到双轴搅拌机，在双轴搅拌机内与水泥、水按照一定的比例混合并搅拌后，输送到高速搅拌机进行水化搅拌，然后由充填管输送到采空区进行充填。尾砂经压滤以后，易结成较大的黏湿块，不易散开，且双轴搅拌机搅拌时间过短，会造成大块的尾砂还未散开即被输送到下一个工序，与水泥的混合不充分。

为此，选用链条式搅拌机和双叶轮强力搅拌机两级搅拌。第一级链条式搅拌机搅拌叶片主要由链条组成，搅拌桶中间布有筛网，打散的尾砂可以通过筛网到搅拌桶下部进行进一步搅拌，未被打散的尾砂留在筛网上面，继续由搅拌链条打散，从而保证滤网下的充填料中不含块状尾砂。第二级双叶轮强力搅拌机搅拌能力强，能使尾砂与胶结剂充分、均匀接触，搅拌效果好，提高了充填料的浓度和质量。解决了因搅拌不充分、充填料中含有大量块状尾砂，导致的充填管道易堵塞、充填料浆浓度低、充填体强度低等问题。

2.3计量、控制系统改造

各充填料的配比和浓度是影响充填体质量的重要因素。只有对尾矿、胶结剂和水等的计量准确，才能保证充填料配比和矿浆浓度的稳定合理。改造前，充填尾砂和水泥量分别由电子皮带秤和智能螺旋秤进行计量，尾砂和水泥配比手动进行调节。充填用水量没有计量设备，水量的大小靠操作人员经验估计，造成充填料浆的配比和浓度误差非常大。使得充填体浓度和灰砂比达不到技术要求，强度很低。

为此，在尾砂漏斗下，安装了调速皮带秤，用以控制和计量尾砂的输送量。在水泥料仓下安装了调速螺旋输送机和恒速螺旋秤，用以控制和计量水泥的用量。在水管上安装了电磁流量计和电动控制阀，用以计量和控制造浆所需水量。在充填管道上安装了矿浆浓度计和流量计，用以计量充填料浆的浓度和充填量。并将所有流量计和输出都连接到工

控机上进行运算。工控机根据接收到的信息，计算出实际的灰砂比，并通过电动阀以及变频器等控制装置来调节尾砂、水泥以及充填水量的大小，保证充填料浆的质量。

3　充填系统改造的应用效果

最终的充填工艺流程见图3。

图3　改造之后的工艺流程

项目改造完成后共充填井下采空区8个，充填量累计11.5万m3，充填料浆浓度稳定在50%左右，提高了近10个百分点。改造后充填系统的改进效果明显，主要体现在以下几点：①将原来的尾矿振动给料机给料改造成调速皮带秤和双螺旋给料机给料，实现了均匀给料；②采用链条式搅拌机和双叶轮强力搅拌机取代双轴搅拌和高速搅拌，能使尾砂与胶结剂充分接触，搅拌效果好，提高了充填料的浓度和质量，解决了因搅拌不充分、充填料中含有大量块状尾砂，导致充填管道易堵塞、充填料浆浓度低、充填体强度低等问题；③完善了计量和控制系统，所有流量计和输出都连接到工控机上进行运算，实现了智能化控制，保证了充填料浆的质量。

充填系统工艺改造后，充填体的质量提高，经优化Ⅱ#矿体采矿工艺，取消了顶柱，减少了顶柱和间柱矿量损失，回采率可提高10%以上。按照Ⅱ#矿体200万t储量，可多回采矿石20万t，延长Ⅱ#矿体有效开采时间2 a。

(收稿日期2016-05-05)

谭克亮(1981—)，男，工程师， 250101 山东省济南市历城区矿源路9号。

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