某铅锌矿风化山砂胶结充填系统工艺设计研究

采矿技术 第19卷 第5期 Mining Technology，Vol.19，No.5 2019年9月

Sep.2019

某铅锌矿风化山砂胶结充填系统工艺设计研究

刘明荣

(长沙有色冶金设计研究院有限公司， 湖南 长沙 410019)

摘 要: 河北某铅锌矿为了解决无底柱分段崩落法开采过程中的矿石贫化损失严重、切割井及切割槽形成困难、爆破后悬顶严重、矿体含泥及裂隙水导致井下泥石流等问题，提出采用充填采矿法。尾砂分析报告表明矿山尾砂不适宜用作充填骨料，为了降低充填成本，拟就地取材，采用风化山砂胶结充填工艺，并对充填工艺进行了研究与设计。针对风化山砂性质，通过充填材料试验确定了料浆组成，并对充填工艺流程中的主要设备及充填管路进行了选型，为矿山建设风化山砂胶结充填系统提供参考依据。 关键词: 风化山砂;胶结充填;充填工艺

0 前 言

近30年来，充填法得到了长足的发展，主要的充填方法有水砂充填、废石充填、混凝土充填、山砂胶结充填、块石胶结充填、高浓度胶结充填和膏体充填等，特别是胶结充填技术，已日趋成熟。

胶结充填技术已经成为当今充填采矿法的重要组成部分，代表着充填技术的发展方向，既能满足采矿安全要求，减少地质灾害，又有利于环境保护。可以有效降低采矿贫化率和损失率，提高有用矿物的回收率，具有良好的经济效益和社会效益。

在胶结充填采矿法中，目前尾砂胶结充填占有相当大的比重，能充分利用尾矿资源，减少固体废料向地表排放，是实现节地、节能、环保的有效途径，但并不是所有矿山尾砂都适宜用作充填骨料。

河北某铅锌矿原采用无底柱分段崩落法开采，采用该采矿方法开采过程中存在矿石贫化损失严重、切割井及切割槽形成困难、爆破后悬顶严重、矿体含泥及裂隙水导致井下泥石流等问题，基于矿山的实际生产状况，提出崩落法转充填采矿法。根据北京矿冶研究总院选厂尾砂分析报告，本矿山尾砂不适宜用作充填骨料。考虑充填成本，进而提出就地取材，采用风化山砂胶结充填，以山砂作为充填骨料，经过破碎、筛分达到−10 mm的粒级组成，与水泥混合制备的胶结充填料浆能够满足采矿方法对强度的要求，同时也能满足泵送的要求。

1 充填材料试验

充填料浆由风化山砂、胶结料、调浓水组成。 风化山砂：比重2.62 t/m3，−10 mm风化山砂试样200目粒径以下颗粒含量不足10%，细颗粒含量较少。2 mm以下颗粒含量累计79%～87%之间，0.5 mm以下颗粒含量累计为35%～41%。

胶结料：PC32.5R水泥。 水：普通自来水。

流变参数：灰砂比1:6，浓度在78%时塑性粘

度系数0.1745 Pa∙s，屈服应力40.039 Pa；浓度80%时塑性粘度系数0.3775 Pa∙s，屈服应力34.804 Pa；80%时塑性粘度系数0.1883 Pa∙s，屈服应力47.394 Pa。

泌水率：灰砂比1:6，浓度在78%时泌水率为

3.49%；浓度80%时为2.49%；浓度82%时为1.52%。泌水率随料浆的质量浓度的增大而减小。

灰砂比：根据充填料浆流动性及泌水试验， 76%浓度的充填料浆不适合井下输送，易发生堵管事故。78%～80%浓度的充填料浆充填时，灰砂比

不应小于1:6；82%浓度充填时，灰砂比不应低于1:

10。

塌落度：灰砂比1:6，浓度在78%时塌落度27.5

cm，扩散直径94 cm；浓度80%时塌落度28.5 cm，扩散直径93 cm；浓度82%时塌落度26 cm，扩散直径63.5 cm。

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采 矿 技 术 2019,19(5)

单轴抗压强度：养护期为28 d时，灰砂比1:6，

浓度在78%时强度为3.19 MPa；浓度80%时为3.54 MPa；浓度82%时为4.7 MPa。

根据采矿工艺对充填体强度及充填能力的要求，并结合充填材料试验，推荐采用78%～80%浓度的充填料浆进行充填，灰砂比不应小于

1:6。 2 充填工艺方案

充填系统设计能力为80 m3/h，

整个充填系统由山砂制备及供料系统、胶结料供给系统、调浓水供给系统、配比搅拌系统、充填管网系统及相配套的控制系统组成。充填工艺流程如图1所示，主要设备有：颚式破碎机、冲击破碎机、振动筛、10 m3配料机（含1.5 m3计量斗）、800 mm带宽皮带输送机、3 m3骨料缓存仓、1.5 m3水泥计量称、1.5 m3水计量称、3 m3强制式双轴搅拌机、Φ273螺旋输送机、200 t水泥仓、30 m3方形缓存待料仓、ZBG120/8充填泵（泵送量

120 m3/h，出口压力8 MPa）

。

图1 充填工艺流程

2.1 山砂制备及供料系统

风化山砂由原料仓进入颚式破碎机，粗破后，用皮带输送机输送至二级破碎工序，采用冲击破碎机破碎后经皮带输送机输送至振动筛进行筛分，−10 mm粒级的山砂将通过皮带输送机输送至配料机，

大于10 mm山砂则通过反向皮带输送机返回再

次冲击破碎至合格。山砂由储料仓卸入计量斗中，累积计量，计量好后启动供料小皮带，将料卸入始终运转的皮带运输机，并输送至骨料待料仓。 2.2 胶结料供给系统

胶结料为散装水泥，由水泥罐车运至充填站后，通过吹灰管吹入水泥仓中。水泥仓直径4.5 m，高度12 m，可储存水泥200 t，以满足充填系统连续运行要求，水泥仓顶设置人行检查孔、雷达料位计及透气式除尘器。

水泥仓底部设置螺旋输送机，充填时启动螺旋输送机，将水泥输送至水泥称，再由水泥称向搅拌机定量供给水泥，灰砂比在1:6~1:20可调，以满足不同充填体强度。 2.3 调浓水供给

充填站设一条供水管路，由高位水池供给，以调节充填料浆浓度、冲洗设备、疏通管道，调浓水量由高位水池供给水计量称进行计量。 2.4 充填料浆制备与输送

当山砂、水泥、水计量完毕后，打开骨料待料斗卸料口，将骨料卸入搅拌机内，延时5 s后，将计量后的水泥、水等一起卸入搅拌机内搅拌，搅拌好的料浆由卸料口输出，完成一个工作循环程序，工序约耗时90 s。为了保证充填的连续性，设计增加料浆缓存仓。即料浆经搅拌机搅拌均匀后，存入料浆缓存仓，通过导料槽卸料至充填泵。

充填料浆最终通过充填泵的压力输送，经充填钻孔及井下充填管网输送至井下采空区进行充填。充填主管为DN125陶瓷复合钢管。 2.5 系统自动化控制

为了保证充填料浆浓度、配比的准确并且稳定，实现料浆顺利输送，充填站设立较为完善的自动化控制系统，完成从配料至充填泵的所有电器设备的自动化控制。该自动化控制系统由以下四部分组成。

（1）电机控制系统：构成生产线所有电机的主回路系统。

（2）PLC控制系统：采用可编程控制器和以太网通讯，实现对操作台、生产线电器设备的控制。

（3）上机位监控系统：采用配有监控组态软件的台式机进行实时监控。

（下转第45页）

贺 君: 浅谈数字矿山在露天矿的发展 45

个露天矿山的管控一体化，其基础是以3DGIS技术支持的数字矿山海量信息集成平台。而目前行业内并没有一个统一的信息标准，数据的兼容性差，容易产生信息孤岛。因此必须将各类信息标准化，设计合理的数据接口，并保证数据的安全性。

（2）在硬件方面，今后的研究重点在于智能设备的研制和高速网络建设。设备智能化是指设备可进行自身运行参数和运行线路的检测，并能够自动控制完成预设的采矿任务，其接口亦可实现人机交互。通过研发新型传感设备实现矿井信息网络的稳定传输和全覆盖是当今的研究热点。目前，我国矿山的智能化程度较低，距离实现真正的智能化矿山还有很长的路要走。

[8]

十年的研究，虽然已初步形成一定规模，但距离真正实现智慧矿山还有很长路要走。在当今科技和信息大变革的时代，矿业企业只有顺应浪潮不断革新，才能焕发出新的生机。

参考文献:

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李洪克.双三维数字矿山建模方法研究与应用[D].北京:中国地质大学(北京),2016.

4 结 语

无论从资源日益枯竭的形势来看还是从政策导向来说，矿山数字化都是矿业企业的必然趋势。数字矿山意在通过建立整个矿山的海量信息集成平台，对整个矿山实行科学决策和统一管控，大大提高工作效率和经济效益。

[7] 吴立新,殷作如,钟亚平.再论数字矿山:特征、框架与关键技术[J]. 煤炭学报,2003,28:4-5.

[8] 吕鹏飞,郭 军.我国煤矿数字化矿山发展现状及关键技术探讨[J]. 工矿自动化,2009(9):16-19.

(收稿日期: 2019-03-13)

作者简介: 贺 君（1981—），男，湖南常宁人，工程师，主要从事信息技术工作，Email：hejun@cgnpc.com.cn。

数字矿山的建设需要一个漫长的过程，经过几

（上接第40页）

（4）就地手动控制系统：用于主要设备的就地调试、检修及事故急停。

[3]

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3 结 论

（1）根据充填材料试验，以风化山砂作为充填骨料，制备的砂浆浓度高，泌水少，基本无水泥离析现象，可形成高强度的充填体。

（2）针对矿山尾砂不适宜用作充填骨料，为降低充填成本，考虑就地取材，研究开发出风化山砂胶结充填工艺与技术，与高浓度全尾砂（泵送）充填系统相比，该系统简单易操作，占地面积小，建设周期短，投资相对小。特别适用于尾砂不宜用作充填料或者尾砂量不足的充填采矿法矿山，具有良好的社会效益和推广价值。

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(收稿日期:2019-01-22)

作者简介:刘明荣(1985—)，男，湖南长沙人，硕士，工程师，主要从事充填工艺设计及矿山机械工程设计，Emal:liu_ mingrong@163.com。