銅綠山礦全尾砂充填工藝存在的問題及對策

沈維華

(大冶有色金屬有限責任公司， 湖北 大冶市 435100)

0 引言

在全國礦山開采中，隨著安全、環保力度的不斷加強，礦山對充填的技術要求越來越高。充填是把選礦多余尾礦通過充填的方式又重新回到地下空區，實現了無害化處理，同時避免礦山開采帶來的一系列沉降、塌陷等地質變化問題[1-4]。

大冶有色銅綠山礦歷史悠久，充填工藝成熟[1]，但在新時期礦山開采中也會遇到一些新問題，筆者有幸參與了新充填工藝的引進、運用與管理，就全粒級尾砂沉降后的充填工藝進行了優化與探討。

1 全粒級尾砂充填工藝概況

2018年為實現無尾礦排放，開展了全粒級尾礦沉降技術研究，引進深錐濃密機系統，采用了高濃度尾砂連續膠結充填技術，通過深錐濃密機對尾砂實現高效濃密，對全粒級尾砂的回收排放實現了溢流水含固量低于300×10-6、深錐濃密機底流質量濃度穩定（大于68.5%）的技術目標[4-5]。

全粒級尾砂充填順利解決了該礦山無尾礦庫使用的緊迫問題，也解決了充填污水排放達標問題。但因尾砂粒徑較細，漿體在采場容易實現自流平，減輕了采場充填管道的延伸工作，充填管道的磨損較小，管道更換、維護費用相對降低；但隨著全粒級沉降技術的應用，制漿濃度的控制問題、充填質量不穩定、充填膠凝材料成本高等問題亟需解決。

2 現行充填工藝主要問題

2.1 制漿濃度難以提高

設計料漿下放質量濃度≥68.5%，該礦經過2018-2019年實踐摸索后，將料漿下放質量濃度調低為≥65%。在實際運用中當尾砂含泥較重、倍線較大時，只能進一步降低制漿濃度，否則容易造成井下充填管路發生堵管事故，因砂源含泥過重，甚至發生63%質量濃度仍難以下放的現象。制漿濃度難以達到設計目標一直是該礦充填技術的難題。

2.2 充填采場質量不穩定

自2019年起對充填后的每一個采場嚴格按養護期齡現場取模塊，并在實驗室進行抗壓強度檢測。2019年井下充填采場合格率為78.9%，2020年充填采場合格率為89.1%，2021年5月以前達到92%，銅綠山礦雖然經過3年的摸索與整理，但與該礦充填采場理想目標≥95%還是有一定距離。充填質量不達標造成采場墊礦、丟礦、礦石貧化，難以回采等現象突出；且因充填質量不達標造成二次鋪面現象，延緩井下采場采供充循環進度，也造成成本浪費。

2.3 膠凝材料單耗高

采場充填合格率同膠凝材料的用量成正比，為了保證采場充填質量，受其他因素的影響，膠凝材料的用量必須超過126 kg/m3，其單價較高，且隨著生產產能的逐漸加大，投入量增加，單耗急劇增加。

3 成因分析

3.1 砂源物理性質不利于充填

在啟用深錐濃密機前，原立式砂倉溢流水尾砂質量濃度為8%～15%，可視為尾砂簡易分級，細粒徑尾砂與表層泥質被排放到尾礦庫，用于井下充填的尾砂粒徑相對較粗，泥質較少，流動性強，可實現68%以上的質量濃度排放，充填質量 較高。

運用深錐濃密機實現全粒級尾砂沉降后，砂倉溢流水達到環保要求。但也出現一些問題，所有細粒級尾砂及泥雜質全部包含其中，對充填工藝極其不利，突出表現為：-325目粒徑細顆粒尾砂占比較高，且含泥較重（見表1），不利于選礦節能降耗，選礦指標進一步提升，也不利于尾砂充填。

表1 銅綠山礦尾砂粒徑分析（2018年4月-2020年4月）

3.2 料漿輸送困難

（1）坍落度試驗。測得的尾砂料漿坍落度試驗結果見表2。分析表2可知，充填料漿質量濃度≥70%時，坍落度小于26 cm，料漿流動性較差，需采用活塞泵加壓進行管道輸送；當質量濃度為67.5%及以下時，坍落度在27 cm以上，料漿流動性好，能夠實現管道自流輸送。隨著質量濃度的降低，充填料漿的流動性明顯變好，同時充填體強度降低。從充填料漿坍落及鋪開的形態可觀察到，當料漿質量濃度大于62.5%時，料漿保水性能良好，沒有產生粗細顆粒分離及脫水或大量泌水等不良現象，而當質量濃度≤62.5%時，充填料漿保水性能變差，因此建議將充填料漿制備濃度設定為65%～67.5%，相應的坍落度為27 cm以上，充填料漿流動性良好。

表2 膠凝材料與尾砂料漿坍落度試驗結果

（2）砂漿體表體積增高，輸送阻力增大。在相同質量濃度條件下，體積濃度的百分比更高，因為沒有實現尾砂分級和溢流，泥漿全部沉積在尾礦漿中，致使料漿輸送成為難題，當質量濃度大于68%時極易發生堵管現象。

3.3 制漿濃度無法達標影響強度

管道下放料漿質量濃度設計為68%～72%，實際只能在65%左右，在不超過60%～70%質量濃度條件下，銅綠山礦制漿濃度與充填強度呈正相關。在鋪面灰砂比1:7中，質量濃度每降低1個百分點，充填體3 d后抗壓強度下降0.08～0.1 MPa；疊加洗管水、采場裂隙水等因素致使料漿質量濃度進一步降低，膠凝材料會浮于采場表面隨余水流走，導致采場離析嚴重，是造成質量不達標的主要原因。

3.4 泌水率變差，排水不到位

從表3測得的泌水特性參數可以看出，隨著充填料漿質量濃度的減小，充填料漿泌水率明顯增大，從而引起充填料漿沉縮量也增大，導致每立方充填料漿實際充填井下采空區的體積減小。充填料漿質量濃度對泌水率和沉縮量的影響要遠大于充填灰砂比，在不影響流動性的情況下（質量濃度不高于67.5%）應盡量提高底流質量濃度。

表3 沁水率試驗（24 h）

4 穩定充填工藝措施

（1）加強井下礦石配礦工作。從源頭治理，加強礦石貧化與配礦管理工作。在避免礦石貧化管理的同時，做好配礦工作。

（2）對尾礦的選礦工藝處理進行優化，進一步降低碎礦產品粒度，減少過粉碎。優化磨礦鋼球級配及旋流器結構參數，實現磨礦產品粒級定向調控，降低-325目粒級產率，提高-160目至＋325目粒級產率。

（3）優化生產組織。堅持三班送砂、兩班充填的管理制度，及時掌握深錐濃密機砂倉高度，夜班保持砂倉高艙位運行至少4 h以上，確保第2天深錐濃密機底流質量濃度達到70%以上；避免3個攪拌系統同時制漿放砂，在較短時間內迅速降低深錐濃密機濃密效果。

（4）對現有充填工藝進行優化。啟用原立式砂倉與深錐濃密機聯合二次沉降。一次沉降后的尾砂用于井下充填或井下鋪面作業；二次沉降尾砂用于空區充填與采場普通膠結。

（5）加強崗位工藝管理。加強對關鍵濃度、 灰砂比下料、洗管水、采場壘壩與排水等關鍵節點的管理，及對制漿工、充填工進行重點培訓與考核；地面制漿工充分利用管道虹吸效應持續穩定地輸出料漿，充填工抓好現場充填工作，避免二次重復鋪面和跑漿跑砂，做好采場主動疏排水工作，對高分段采場嗣后充填增加排水管加強 濾水。

5 結語

銅綠山礦開展全粒級尾砂沉降后，在充填工藝中面臨的一系列問題是比較有代表性的，要兼顧礦山當前效益與長期效益，協調兼顧生產與環保，做好充填工作，為礦山的可持續發展貢獻力量。