某白钨矿膏体充填工艺研究

王旭

(紫金矿业集团股份有限公司， 福建 厦门市 364200)

某白钨矿位于低山丘陵地区，地貌形态以缓坡和坳谷为主。矿区内岩石稳固性较好，工程地质条件中等。矿山开采规模 2300 t/d，矿石平均品位（WO3）0.41%，设计采用阶段空场嗣后充填法[1-3]。由于充填系统建设滞后，Ⅱ步骤矿柱不能及时回采，中段下降速度慢，开拓任务重，一定程度上影响了矿山产能衔接，矿山急需加快充填系统建设进度。本文介绍了该矿全尾砂膏体充填工艺技术的研究成果，为矿山充填系统建设提供可靠的技术支撑[4-8]。

1 充填材料特性

（1）全尾砂。矿山原矿经破碎、预抛废、球磨、浮选、重选得到钨精矿。选厂原矿处理能力2300 t/d，抛废 800 t/d，实际入磨 1500 t/d，尾砂产率约97%，年产尾砂48万t。年充填采空区体积按30万m3/a计，达到采充平衡时，充填用尾砂量约32.4万t，故选厂尾砂量完全可满足充填需求，且来源稳定。

试验测得全尾砂比重2.59 t/m3，全尾砂平均粒径73.7 μm，其中-20 μm累计含量达到50%，尾砂粒级中等偏细。全尾砂达到最大自然沉降质量浓度60.6%的时间为3 h。对于容重为1.572 t/m3，当料浆浓度66%时，塌落度为28 cm，料浆流动性较好，且无离析分层现象。

（2）胶凝材料。选用 2种不同厂家的胶固粉和PC425水泥做胶凝材料开展强度配比试验，结果表明CZ胶固粉性价比最优，矿山决定采用该胶固粉。综合灰砂比为1:10时，年胶固粉用量3.15万t，胶结剂成本约为68元/m3。

2 充填能力及工艺参数确定

2.1 充填能力计算

矿山年需充填采空区体积为：

式中，Va为年平均充填采空区体积，m3/a；Ma为矿山年产矿石量，t/a；γ为矿石密度，2.59 t/m3；Z为采充比，取Z=1。

日最大充填料浆体积为：

式中，Vd为日平均充填料浆体积，m3/d；T为工作天数，330 d；l1为沉缩系数，取1.1；l2为流失系数，取1.05；l3为不均衡系数，取1.3。

2.2 工艺参数

结合实验室试验结果及上述充填能力计算，充填站设计1套充填能力为100 m3/h的生产系统即可满足矿山充填需求。充填系统运行参数为：充填料浆流量 100 m3/h；日平均充填时间 10～14 h，两班作业；充填料浆质量浓度64%～66%；灰砂比1:4～1:20。

3 充填工艺研究

3.1 充填工艺流程

通过现场勘察，选厂空间受限，无法布置浓密机，尾砂浆需采用低质量浓度输送至充填站。经过设计确定尾砂浓缩采用深锥浓密机+立式砂仓方案，充填料浆制备采用卧式搅拌+高速活化两段搅拌方案，自流输送至井下。充填工艺流程及相关参数如图1所示。

图1 充填工艺流程及相关参数

3.2 充填系统构成

整个充填系统按工艺流程和空间位置可分为低浓度全尾砂输送、充填站及井下充填管网3部分。

3.2.1 低质量浓度全尾砂浆输送

选厂日产全尾砂 1500 t/d，尾砂质量浓度为30%，流量为170 m3/h。拆除选厂重选车间东侧部分厂房，设置低质量浓度尾砂输送泵房。磨浮车间尾砂自流进入泵房喂料池。泵房（+230 m）内设2台喷水式柱塞泥浆泵（一用一备），泵的型号为PZNB-175/5.5，流量为 180 m3/h，出口压力为 5.5 MPa，电机功率为355 kW，工作电压为380 V，变频调速，24 h连续工作。泵房至充填站敷设两路（一用一备）尾矿输送管至充填站。尾砂输送采用Φ219 mm×（8+8）mm钢衬超高分子管，单路管道长度为1150 m。

3.2.2 充填站

充填站设置1套流量为100 m3/h的充填系统，基本配置包括1台浓密机、1个立式砂仓、1个水泥仓、1套搅拌制备系统等。

充填站（+450 m）设置1台高效深锥浓密机，选厂磨浮车间尾砂泵送至浓密机。浓密机技术参数为：Φ14 m，处理能力 1600 t/d，底流质量浓度≥62%，溢流水浑浊度小于 500×10-6。配套 80ZJ-IA52 底流渣浆泵 2 台，Q=80 m3/h，H=60 m，底流渣浆泵采用变频控制，一用一备。配套 PT-1000 L絮凝剂加药机1台。制备量1000 L/h，质量浓度0.2%～0.5%。当浓密机底流质量浓度符合充填要求时，泵送至尾砂仓存储或直接供料至搅拌机。

充填站设置 1 个立式砂仓，砂仓有效容积1050 m3，砂仓上设置泄水阀，充填前通过泄水阀排除全尾砂料面以上的澄清水。尾砂仓中砂浆造浆采用压气造浆的工艺，砂仓的底部安装有造浆喷嘴，设置1台螺杆式空压机为砂仓中尾砂料浆造浆作业提供压缩空气，空压机型号为 FU-250A-8，出气量为43 m3/min。

充填站设置1个容积230 m3的水泥仓，单仓可储存水泥300 t，满足充填系统连续运行要求。水泥仓顶设置人行检查孔、雷达料位计及袋式振动除尘机等。水泥仓底部设置电液闸门、水泥微粉秤和螺旋输送机。水泥微粉秤电机采用变频调速，改变水泥微粉秤转速即可改变水泥给料量，以满足不同灰砂比及生产能力的要求。

为确保充填料浆的制备均匀，采用两段搅拌工艺，第1段搅拌选用 MQJ01 强力搅拌机（生产能力 90～130 m3/h，N=75 kW），第 2段搅拌采用MHJ09 高速活化搅拌机（生产能力为 90～130 m3/h，N=45 kW），充填料经两段连续搅拌均匀制备成质量浓度适中、流动性良好的充填料浆。

3.2.3 井下管网

充填站服务标高范围+200～+350 m的采空区，充填站地表标高450 m，设计施工钻孔2个，分别至290 m、370 m水平，制备好的充填料浆自流输送至采空区。钻孔采用Φ184 mm×25 mm双金属复合耐磨管。各中段主运输巷采用规格Φ152 mm×13 mm的无缝钢管，盘区巷道采用Φ148 mm×12 mm的超高分子聚乙烯耐磨管。首充采场位于290中段，充填管道布置于370中段，充填钻孔至首充采场管线长度600 m，单管敷设。

4 结论

针对某白钨矿具体生产技术经济条件，开展充填材料试验和充填工艺研究，可以得出以下结论：

（1）矿山建设1套充填能力为100 m3/h的充填系统即可满足矿山充填需求；充填材料选用选厂全尾砂，来源充足稳定；胶结剂选用性价比最高的CZ胶固粉，综合灰砂比为1:10，年胶固粉用量3.15万t，胶结剂成本约为68元/m3；

（2）符合矿山生产工况的充填工艺流程为：尾砂料浆低质量浓度输送、高效深锥浓密+立式砂仓存储尾砂、两段连续搅拌制备、充填料浆自流输送。该工艺流程具有工艺成熟、系统可靠性高、充填质量有保障等优点。