葉 超

（江西銅業(yè)股份有限公司武山銅礦，江西 瑞昌 332204）

1 引言

尾砂是選礦過程的副產(chǎn)品，是我國最大的固體廢物來源之一［1］?！吨袊V產(chǎn)資源節(jié)約與綜合利用報告（2015）》中指出，截至2015 年，我國尾礦和廢石累積堆存量已接近600 億t，其中尾礦堆存達到146 億t［2-3］。鑒于全球每年都會產(chǎn)生大量尾礦，尾礦的儲存運輸和由此產(chǎn)生的經(jīng)濟成本與環(huán)境危害一直困擾著采礦行業(yè)。全尾砂膏體充填采礦方法在提高礦石回收率、降低貧化率的同時，能夠有效控制地壓活動、保障回采安全，實現(xiàn)大宗量固體廢棄物的綜合利用，保護自然生態(tài)環(huán)境，是一種安全、高效、綠色的開采方式［4-5］。

為滿足武山銅礦三期擴建工程充填需要，武山銅礦已新建立一套全尾砂膏體充填系統(tǒng)［6］，目前正在試運行階段。膏體充填系統(tǒng)能否穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，全尾砂膏體充填體強度能否達到采礦要求［7-8］，關(guān)系著二步驟礦柱能否實現(xiàn)三期10000 t/d 礦石安全、綠色、高效、智能化開采。因此，礦山亟需確定全尾砂膏體充填系統(tǒng)的充填質(zhì)量穩(wěn)定性，在保證安全回采的條件下，盡可能地降低充填成本［9］。本文以武山銅礦膏體充填系統(tǒng)為研究對象，詳細(xì)調(diào)查并定量分析全尾砂膏體充填系統(tǒng)制漿、工業(yè)運行和充填質(zhì)量的穩(wěn)定性，對充填質(zhì)量穩(wěn)定性進行綜合評價［10］，確實礦山現(xiàn)有充填系統(tǒng)的充填質(zhì)量能否滿足采礦的基本要求，實現(xiàn)經(jīng)濟效益與社會效益最大化，確保企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

2 工程概括

武山銅礦全尾砂膏體充填工藝流程如圖1 所示。選廠浮選尾砂自流輸送至膏體充填站深錐濃密機，尾砂漿通過深錐濃密機進行絮凝沉降濃縮，經(jīng)深錐濃密機制備合格的尾砂漿通過底流渣漿泵泵送至攪拌系統(tǒng)。充填用的水泥通過水泥罐車采用高壓風(fēng)吹至水泥倉內(nèi)并儲存，倉底安裝的微粉秤將膠凝材料輸送至攪拌系統(tǒng)。攪拌系統(tǒng)采用雙軸葉輪片式攪拌機+雙葉輪螺旋攪拌輸送機兩段連續(xù)攪拌，經(jīng)攪拌合格的充填料漿通過管道泵送至井下采場。

圖1 武山銅礦全尾砂膏體充填系統(tǒng)工藝流程圖

3 全尾砂膏體充填系統(tǒng)制漿輸送穩(wěn)定性

全尾砂膏體充填料漿的制備過程中，經(jīng)深錐濃密機制備的尾砂漿通過底流渣漿泵泵送至攪拌系統(tǒng)，因此深錐濃密機的排料穩(wěn)定性對膏體充填系統(tǒng)穩(wěn)定性至關(guān)重要。為了分析充填系統(tǒng)的制漿與輸送穩(wěn)定性，考慮礦山實際充填情況，本文研究了深錐濃密機連續(xù)進料和連續(xù)排料、物料存料3 d 后排料、物料存儲15 d 后排料三種不同工況下的深錐濃密機排料情況。試驗前，連續(xù)進料、排料工況的深錐泥層深度控制在3 m，深錐存料約120 m3，可保證深錐不空轉(zhuǎn)，連續(xù)下料穩(wěn)定；針對間隔3 d、15 d 后排料工況，泥層深度控制在6 m，深錐存料約800 m3，充填過程中無進料。

3.1 連續(xù)進料、排料工況

由圖2 可知，正常充填過程中，充填泵出口壓力約為0.5～0.7 MPa，期間出現(xiàn)了3 次壓力跳動，跳動后瞬間恢復(fù)正常，壓力跳動最大值為4.96 MPa，充填結(jié)束后進行洗管，從洗管來看，充填泵打水壓力與打料漿壓力基本相同，且同樣會出現(xiàn)壓力跳動情況。由此可知，充填泵在充填過程中作用較小，因為不滿管，井下料漿主要處于自流輸送狀態(tài)；壓力跳動與充填濃度和充填流量關(guān)系不大，這可能是垂直管道中空氣導(dǎo)致。整個充填過程中，充填濃度73%～77%，平均充填濃度74.9%，充填濃度穩(wěn)定；充填流量150～170 m3/h，平均充填流量160 m3/h，充填流量穩(wěn)定。

圖2 連續(xù)進料、排料工況

3.2 間隔3 d 后排料工況

由圖3 可知，充填泵送壓力為0.3～0.6 MPa，期間壓力基本無跳動；充填濃度65%～73%，后期因深錐內(nèi)部泥層高度不夠，導(dǎo)致充填濃度降低；充填流量150～170 m3/h，流量相對穩(wěn)定。由此可判斷，在兩次充填時間間隔不超過3 d 情況下，充填流量穩(wěn)定。

圖3 間隔3 d 后排料工況

3.3 間隔15 d 后排料工況

由圖4 可知，充填過程中充填工業(yè)泵出口壓力0.4～0.6 MPa，期間出現(xiàn)小幅壓力跳動，最大2.8 MPa，充填結(jié)束后進行洗管，從洗管來看，充填泵打水壓力與打料漿壓力基本相同，且同樣會出現(xiàn)壓力跳動情況，最大值為6.17 MPa，泵送規(guī)律與2021 年7 月2 日充填基本類似。本次充填過程的充填濃度穩(wěn)定性較差，充填濃度68%～73%，平均充填濃度70.8%；充填流量波動性較大，期間出現(xiàn)多次停止斷料情況，主要原因是深錐濃密機出料不穩(wěn)定。

圖4 間隔15 d 后排料工況

綜合所述，深錐濃密機的最佳運行工況為連續(xù)進料、連續(xù)排料?？紤]到采礦充填的不平衡性，深錐濃密機在設(shè)計時考慮了一定的物料儲料能力，允許深錐濃密機儲料不超過24 h。從充填試生產(chǎn)來看，在儲料時間不超過3 d 的情況下，系統(tǒng)可以通過一定的技術(shù)手段實現(xiàn)相對穩(wěn)定的排料與生產(chǎn)。當(dāng)儲料時間達到15 d 時，物料在深錐底部失去流動性并板結(jié)，進而導(dǎo)致排料流量與濃度的不穩(wěn)定；深錐濃密機配置的底流剪切循環(huán)系統(tǒng)，實際效果并不顯著。因此，可在深錐底部增加流態(tài)化活化造漿系統(tǒng)，在物料長時間存儲的條件下，通過高壓水流態(tài)化造漿控制底流濃度及流態(tài)。

4 全尾砂膏體充填系統(tǒng)工業(yè)運行穩(wěn)定性

為驗證全尾砂充填系統(tǒng)實際工業(yè)運行穩(wěn)定性，本研究選取6 個采場（1#采場～6#采場）進行了充填參數(shù)分析，分析參數(shù)主要包括深錐濃密機排料濃度和排料流量、水泥給料量、充填濃度和充填流量。在整個充填過程中，通過分析上述參數(shù)的變化，來評判系統(tǒng)的穩(wěn)定性。膏體充填系統(tǒng)試驗采場充填參數(shù)統(tǒng)計結(jié)果如圖5 所示。

由圖5a 可知，充填過程中水泥給料量、深錐濃密機排料濃度、充填濃度全過程較為穩(wěn)定，偶爾有時間段波動，但變化范圍均在合理范圍內(nèi)；相比較而言，濃密機排料流量與充填流量波動稍大，而且充填流量會隨著濃密機排料流量的變化而變化。與1#采場類似，2#采場～5#采場充填過程中深錐濃密機排料濃度和排料流量、水泥給料量、充填濃度、充填流量整體波動較為平緩，偶爾有時間段波動，主要集中在開始充填階段和臨近結(jié)束階段，但變化范圍均在合理范圍內(nèi)。其中，濃密機排料濃度隨著充填時間而逐漸平穩(wěn)降低，這主要是深錐濃密機內(nèi)料位不足所致；相比較而言，濃密機排料流量與充填流量波動稍大，而且充填流量會隨著濃密機排料流量的變化而變化。

圖5 膏體充填系統(tǒng)試驗采場充填參數(shù)統(tǒng)計

由圖5f 可知，6#采場在充填過程中系統(tǒng)較不穩(wěn)定，各項參數(shù)波動范圍較大。其中，濃密機出料濃度與充填濃度較為穩(wěn)定，此次試驗濃密機儲料時間較長，濃密機出料量波動較大，由于水泥給料量可能設(shè)置為隨濃密機排料干料量的變化而變化，因此帶動水泥給料量和充填流量隨著濃密機排料流量的變化而相應(yīng)變化。

整體而言，在工況條件相對穩(wěn)定的情況下，全尾砂膏體充填系統(tǒng)工藝流暢，充填技術(shù)指標(biāo)優(yōu)異，超過設(shè)計和建設(shè)要求，偶爾出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象是由于深錐濃密機超時儲料，導(dǎo)致錐底尾砂板結(jié)、濃密機排料不流暢，進而影響充填穩(wěn)定性。

5 全尾砂膏體充填系統(tǒng)充填體強度穩(wěn)定性

在1#采場～6#采場充填試驗的過程中，進行充填站地表取樣，測試充填料漿濃度，并參照《建筑砂漿基本性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》JGJ/T70—2009 使用所取充填料漿制樣，進行充填體強度測試試驗，養(yǎng)護齡期為28 d，試驗結(jié)果如表1 所示。

表1 1#～6#采場充填體強度測試結(jié)果

試驗結(jié)果表明，充填系統(tǒng)整體波動在70%～75%，灰砂比為1∶4 的情況下，所有采場充填體強度均大于4 MPa（見圖6）。其中，6#采場由于在充填過程中系統(tǒng)較不穩(wěn)定，水泥給料量與充填流量波動大，取樣的強度明顯高于其他采場的充填體強度且均質(zhì)性較差。整體而言，1#采場～6#采場現(xiàn)場取樣測得充填體強度均能滿足礦山采礦需求，表明武山銅礦全尾砂膏體充填系統(tǒng)充填體強度高、均勻性好，采場充填一次完成，效率顯著提高，且實現(xiàn)了采場不脫水，完全可以滿足武山銅礦三期生產(chǎn)需求。

圖6 采場取樣濃度與充填體平均強度波動

6 結(jié)論

（1）對膏體充填系統(tǒng)制漿輸送穩(wěn)定性進行測試，結(jié)果表明深錐濃密機的最佳運行工況為連續(xù)進料、連續(xù)排料，在儲料時間不超過3 d 的情況下，系統(tǒng)可以通過一定的技術(shù)手段實現(xiàn)相對穩(wěn)定的排料與生產(chǎn)，但當(dāng)儲料時間達到15 d，物料在深錐底部失去流動性并板結(jié)，進而導(dǎo)致排料流量與濃度的不穩(wěn)定?？紤]到采礦充填的不平衡性，礦山應(yīng)盡量避免深錐濃密機長時間儲料，并可在深錐底部增加流態(tài)化活化造漿系統(tǒng)，在物料長時間存儲的條件下，通過高壓水流態(tài)化造漿控制底流濃度及流態(tài)，提升長期儲料后深錐濃密機的放料穩(wěn)定性。

（2）為驗證全尾砂充填系統(tǒng)實際工業(yè)穩(wěn)定性，本研究選取6 個采場進行了充填參數(shù)分析，在工況條件相對穩(wěn)定的情況下，全尾砂膏體充填系統(tǒng)工藝流暢，充填技術(shù)指標(biāo)優(yōu)異，超過設(shè)計和建設(shè)要求，偶爾出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象是由于深錐濃密機超時儲料，導(dǎo)致錐底尾砂板結(jié)、濃密機排料不流暢，進而影響充填穩(wěn)定性。

（3）通過現(xiàn)場跟班取樣，武山銅礦全尾砂膏體充填系統(tǒng)制備的充填料漿28 d 強度均能達到4 MPa以上，能夠滿足充填生產(chǎn)需求。充填系統(tǒng)運行可靠、工藝參數(shù)穩(wěn)定，為進一步的回采工作提供了安全保障。