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膏体泵送充填在铜录山矿的成功 经验和今后在国内应用的前景 刘育明 摘要文章介绍了铜录山矿膏体泵送充填系统设计的基本情况和在工业试验及生产中出现 的问题，以及改造的情况，对膏体泵送充填和普通胶结充填的相对成本进行了比较，作者根据铜 录山矿的成功经验提出了对膏体泵送充填今后发展的一些看法。作者认为，由于有了铜录山矿 的成功经验，今后的膏体泵送充填系统可以通过合理配置，减少充填站建设投资，在大中型充填 法矿山推广应用前景广阔。 关麓词膏体泵送充填胶结充填全尾砂 S u c c e s so fP a s t eP u m p i n ga n d F f l H n gi nT o n g l u s h a nM i n e a n dP r o s p e c to fi t sF u t u r eA p p l i c a t i o ni nC h i n a A b s t r a c tT h i sp a p e rd e s c r i b e st h eb a s i cf a c t sa b o u tt h ed e s i g no ft h ep a s t ep u m p i n ga n df i l l i n g s y s t e mi nT o n g l u s h a nM i n e ．p r o b l e m sr i s i n gf r o mi t sc o m m e r c i a lu s ea n d i t sm o d i f i c a t i o na n da sw e l la s r e s u l t so fr e l a t i v ec o s tc o m p a r i s o nb e t w e e nt h ep a s t ep “p i n g f i l l i n gm e t h o da n do r d i n a r yc o n s o l i d a t e f d l i n g ．A c c o r d i n gt ot h ee x p e r i e n c eg a i n e di ns u c c e s s f u lo p e r a t i o no ft h ep a s t ep u m p i n ga n df i l l i n g ，t h e a u t h o rg i v e si t sv i e w so i li t sf u t u r ed e v e l o p m e n t ，ie ．i ti sp o s s i b l et or e d u c ec a p i t a lc o s tf o rt h ef i l l i n g m i x i n gs t a t i o nb yr e a s o n a b l ea r r “g e m e n to ft h ef u t u r ep a s t ep u m p i n ga n df i l l i n gs y s t e ma c c o r d i n gt o t h ee x p e r i e n c ea c c u m u l a t e di nT o n g l u s h a nM i n es ot h a ti th a sab r o a dp Ⅻp e c ti ns p r e a d i n gi nl a r g e a n dm e d i u m s i z e dm i n e s ． K e yw o r d sp a s t ep u m p i n ga n df i l l i n g ；c o n s o l i d a t e d6 U W t u lt o i l i n g s 1 概述 众所周知，膏体泵送充填由于具有充填料浆浓度高、不产生离淅、采场不需脱水、充填接 顶好、充填体质量高、在同等抗压强度下水泥单耗少的特点，使得它越来越受到人们的关注， 也由于膏体泵送充填基建投资较大，目前在国内应用的矿山较少，使得人们又对它敬而远 之。在国外普遍采用膏体充填工艺已有十多年的时间，北京有色冶金设计研究总院、金川有 色金属公司、大冶有色金属公司开展膏体充填研究工作也有十余年的时间，为此做了大量的 工作，真正用于生产中是近几年的事，期间经历了许多摸索的过程。铜录山矿的生产实践表 明，膏体充填真正体现了它的特点，创造了它的价值。 2 铜录山矿的生产实践 2 ．1 铜录山矿膏体泵送充填系统的设计情况 铜录山矿是我国最早开展膏体泵送充填工艺研究的两个矿山之一，从1 9 9 2 年开始研究 恩菲科技论坛 到2 0 0 1 年全面投入工业生产，历时9 年时间。 膏体充填料制备站的设计充填能力为满足1 5 0 0t ／d 的矿石生产能力，充填能力定为 4 0 m 3 ／h ，是生产所需的平均充填能力的2 倍，日平均充填时间定为9 1 l h 。日平均充填量 为4 5 5 m 3 ，年充填量为1 5 万m ’。 充填材料定为全尾砂、水碎炉渣 或碎石 加水泥。全尾砂与炉渣比为6 0 4 0 ，灰砂比 按胶结充填体单轴抗压强度Ⅱ。≥3 M P a 确定，灰砂比约为1 1 0 ，年耗水泥量为2 ．7 ～3 ．2 万t 。 设计采用的工艺流程见图1 。选厂的全尾砂经过高效浓密池浓密，使底流浓密达到 4 0 ％以上，通过砂泵将尾砂扬至容积为1 0 0 0 m 3 的立式砂仓。全尾砂通过砂仓泵人压滤机压 滤，使滤饼浓度含水率小于2 0 ％，滤饼通过皮带送进搅拌机，炉渣 或碎石 通过斗式提升机 送至炉渣仓，通过圆盘给料机由皮带送进搅拌机；水泥则通过螺旋输送机送至搅拌筒，通过 搅拌筒搅拌制成浓度为6 5 ％的水泥浆，通过泵扬至搅拌机。在搅拌机中将尾砂、炉渣 或碎 石 、水泥和水一同搅拌成膏体料浆，料浆重量浓度为全尾砂 水泥为7 8 ％～8 0 ％；全尾砂 碎石 水泥为8 3 ％左右；全尾砂 炉渣 水泥为8 4 ％左右。然后通过K S P 8 0 H D 双缸柱 塞泵泵送至井下。地表标高为 4 0 m ，钻孔底部为一1 8 5 m 水平，钻孔总深度为2 2 0 m ，两个 钻孔，从一1 8 5 m 水平通过6 0 h a 高的天井下至一2 4 5 m 水平，目前正在充填一3 0 5 m 中段的 V C R 法采场，总的管道长约9 3 0 m 。充填管为咖1 6 8 x1 0 和q b _ 1 6 8 9 的锰钢管。 A 水 图1 膏体泵送充填系统流程图 系统还配备了检测和控制仪表，主要仪表有流量计、浓度计、料位计、调节阀、压力表。 控制室采用计算机控制，可以对系统全自动控制，并配有模拟屏，带有信号灯和显示表，显示 现场工作状态。 2 ．2 膏体系统的改进 铜录山矿膏体充填站建成后，进行了地表系统的全面试验和井下充填试验。之后正式 膏体泵送充填在铜录山矿的成功经验和今后在国内应用的前景 2 3 投入了生产。经过试验和试生产的摸索，针对存在问题的环节进行了较大的改造。改造后 的工艺流程见图2 。 A 图2 改造后的膏体泵送充填系统流程图 2 ．2 ，1 尾砂压滤的改变 设计采用3 台过滤面积3 2 m 2 的压滤机进行全尾砂的过滤，实际安装了2 台3 2 m 2 的压滤 机和1 台2 5 m 2 的压滤机，但国产压滤机质量较差，故障频繁，受尾砂的粒级组成影响很大， 当尾砂较粗时，压滤效果较好；当含泥较多时，效果很差，有时泥浆弄得到处都是。因此压滤 机实际生产能力只达到设计的1 ／2 ，远小于设计所需的生产能力。全尾砂的压滤成为制约 膏体充填能否成功的关键。国外一般采用真空水平带式过滤机，效果很好，而国内的真空水 平带式过滤机还需要进一步改善并且还需要增加投资，因此改用沉淀池进行全尾砂自然脱 水。沉淀池两座，位于尾砂仓旁，单个容积为4 0 0 m 3 。尾砂仓的尾砂通过管道放到沉淀池， 砂仓放出的尾砂浓度为6 0 ％一7 2 ％，装满一池尾砂约需3 h ，经过2 4 h 的自然脱水，尾砂含水 率为1 7 ％。每池尾砂量为4 7 1 t ，基本上可满足一天的用量 1 5 0 0t ／d 的矿石生产能力 ，两个 沉淀池交替过滤。 配备1 台Z L 5 0 型前装机铲装全尾砂，全尾砂经中型铁板给料机给料，由皮带送至搅拌 机。铁板给料机采用变频调速控制，可根据需要量给料。沉淀池的溢流水里含有大量的尾 砂，也带走了大量的细粒级尾砂，为使这部分尾砂得到充分利用，在沉淀池旁设置了一个污 水池和泵站，通过污水池和泵站将污水扬至立式砂仓，整个过程除了尾砂仓溢流清水外，不 外排污水。 2 ．2 ．2 水泥添加系统的改进 设计水泥浆浓度为6 5 ％，由于水泥浆很稠，阻力大，泵送量很小，且管道清洗困难，经常 堵管堵泵。从水泥浆至搅拌槽，高差只有6 m ，长度仅l O m 多，尽管及时清洗，但管道很难清 洗干净，在很短的时间内管道就堵塞，这可能和采用的水泥性能有关系 公司自产水泥 。 改进后，将水泥浆制备筒置于双轴叶片式搅拌机之上，水泥通过螺旋输送机从水泥仓送 至制备筒，制备好的水泥浆自流至搅拌机内。这样从根本上解决了水泥浆堵管的问题。制 备简直径为4 , 1 ．5 m ，高1 ．5 m 。 恩菲科技论坛 2 ．2 ．3 高效浓密池的改变 高效浓密池进行了试验，添加絮凝剂以后，效果较好，溢出的清水含泥很少。但并没有 使用下去。一方面是矿山认为添加絮凝剂成本太高，不划算；另一方面是选厂所产的尾砂量 大，而高效浓密池是按满足1 5 0 0t ／d 矿石生产能力设计的，因此选矿厂尾砂流过来后，由于 流量太大使浓密机转不动，造成电机烧坏。由于这两方面的原因，矿山改用原有的一个直径 4 , 3 0 m 的普通浓密池，虽然底流浓度低一些，但效果也不错。 2 ．2 ．4 采用尾矿库干尾砂充填 在炉渣仓旁增加了添加尾矿库干尾砂的系统，即增加了一个料仓、一台圆盘给料机、一 台振动筛。通过这套系统，利用了尾矿库的尾砂，解决了全尾砂不足的问题，也可以解决尾 矿库库容不足的问题，减少了尾矿库的维护费用。 2 ．3 铜录山矿膏体充填站的使用效果 膏体充填站从2 0 0 0 年下半年使用以来，当年充填了1 万t l l 3 ，2 0 0 1 年计划充填l o 万 m ’，至9 月份实际充填了6 万I n 3 ，中间有一段时间因为没有采场而没有充填。充填空区为 一3 0 5 m 中段的V C R 法采场。充填主要以全尾砂加水泥或尾矿库干尾砂加水泥为主，灰砂 比一般在1 6 一l 7 ，重量浓度在7 8 ％一8 0 ％，充填到采场后没有水分脱出，采场也不需设 泄水管，效果较好。充填泵出口压力为3 3 ．5 M P a 。2 0 0 1 年4 月在搅拌机后取样，当尾矿 库干尾砂 水泥为6 1 时，o 。 2 ．4 7 M P a ；当碎石 尾矿库于尾砂为2 8 ，灰砂比为1 7 时，a Ⅱ 5 ．6 7 M P a 。 2 ．4 铜录山矿膏体系统的一些启示 1 铜录山矿全尾砂最终由立式砂仓放到沉淀池，通过沉淀池自然过滤，装满一池尾砂 约需3 h ，经过2 4 h 的自然脱水，尾砂含水率为1 7 ％。另外，通过用尾矿库的干尾砂代替全尾 砂进行充填。从铜录山矿来说，过滤已不是问题，但要求经常清理过滤层，否则过滤效果差。 但这也是节省投资的一个好方法。 2 原设计添加水泥有地表添加和坑内管道中添加水泥浆两种方式，可以根据充填的 工序交替使用，配合井下的阀门可以使无水泥膏体在管道中贮存一天或更长的时间。但由 于水泥浆输送困难，并且充填管道中也需要用水泥来保持有足够的细粒级，来满足可泵性的 要求，因此在井下添加水泥浆一直未进行试验。这样在每次充完后还需清洗管道，尽管水不 是太多，但还是需流到采场附近。 3 在试验中充分体现了细粒级在膏体中的重要性，细粒级含量太少则满足不了可泵 性的要求，容易出现堵管。根据德国格隆德铅锌矿和金川公司工业试验的经验，一2 0 I x m 的 含量不得小于2 0 ％，但一些资料也表明，某些矿山在一2 0 1 z m 的含量为7 ％一8 ％时还可以顺 利充填，但一般应大于1 0 ％。可见选择合理的物料配比，保持合适的细粒含量，是可泵性的 关键。 2 0 0 1 年我们对铜录山矿的全尾砂、干尾砂、粉煤灰、碎石进行了粒度测定。全尾砂是取 自沉淀池沉淀的尾砂，干尾砂是取自汽车从尾矿库运来的尾砂，粉煤灰是从黄石电厂购买 的，碎石是从附近马叫碎石厂购买的合适的碎石。其粒级组成见表1 和表2 。从表1 、表2 中可以看出，铜录山矿的全尾砂和尾矿库的干尾砂中一2 0 p , m 的含量都很少，因此要形成良 膏体泵送充填在铜录山矿的成功经验和今后在国内应用的前景 2 5 好的泵送膏体都需要通过添加水泥或粉煤灰来增加其细粒级含量，以及增加它的活化性。 全尾砂细粒级含量少的主要原因是在沉淀的过程中细粒级流失过多所造成的．并且由于沉 淀不均匀所致，如底下粗粒级多，而细粒级形成泥处于上面。 衰1 全尾砂、干尾砂、粉煤灰粒级组成表 粒级组成／％粒级组成／％ 粒径／一 粒彬r a m 全尾砂干尾砂粉煤灰全尾砂于尾砂粉煤灰 0 ．8 500 803 50 ．0 9 0 00 7 52 40 9l l1 02 05 7 08 5 05 501 51 ．2 l一0 ．0 7 5 00 4 01 76 935 23 83 5 05 5 ～O2 501 229 500 4 0 00 2 023 605 21 88 4 02 5 0 1 52 46 85 02 500 2 0 0 ．0 1 013 305 51 53 0 01 5 01 1 51 74 62 l3 200 1 0 ，0 ．0 0 50 ．9 407 648 7 一O l l 5 一O l O lO0 30 ．o oO ．0 0 510 30 ．宕22 ∞ 一01 0 1 0 ．0 9 01 00 46 ．6 5 衰2 碎石粒级组成衰 粒径／r n m 2 02 0 一 1 6一1 6 一 1 0一1 0 一 55 一 2525 粒级组成／％0 ．53l 6 003 470809 4 管道磨损情况。从现在的充填情况看，垂直管道的磨损较大，如钻孔的底部、充填 井中的垂直管道磨损较大，水平管的磨损较小。根据经验可以肯定，垂直管内并不是满管充 填，水平管是满管。因此井下设阀门、钻孔 及垂直管 上部设排气阀，保持管道为满管，可 以减少管道的磨损。另外垂直管宜采用内衬陶瓷的耐磨钢管。 3 膏体充填与普通胶结充填的相对成本比较 膏体充填除了采场不需脱水、充填接顶好、充填体质量高等优点外，还表现在由于浓度 的提高，以及可以添加粗骨料，提高了抗压强度，从而降低了水泥单耗，节省了充填成本。表 3 中是几组配比的试验结果。 裹3 膏体充填与普通胶结充填的比较 序号充填料配比重量浓度／％口2 8 ／M P a 相对成本／元m ‘3 l 碎石 全尾砂 水泥 2 8 l2 58 l35 32 5 2 干尾砂 全尾砂 水泥 3 7 1 ．2 57 820 74 90 4 膏体 3 碎石 全尾砂 水泥2 8 08 3 38 l l5 83 84 3 4 干尾砂 全尾砂 水泥 3 7 l8 017 44 30 9 5 全尾砂 水泥 l 47 02 ．7 3 6 5 ．9 6 ，考虑沉缩率 普通 1 0 ％后为7 32 9 5 02 ，考虑沉缩率 6 全尾砂 水泥1 57 0 18 1 0 ％后为5 57 8 上述相对成本中只计算了水泥、碎石和干尾砂运到充填站的成本，虽然膏体充填中人工 费和设备维修费高一点，但高不了多少，因此表中暂未考虑。 恩菲科技论坛 将第1 项和第5 项相比，膏体充填节省成本2 0 ．0 4 元／m 3 ，按年充填1 5 万1 1 1 3 计，节约费 用3 0 1 万元。将第2 项和第6 项相比，膏体充填节省成本6 ．7 4 元／m 3 ，年节约费用1 0 1 万 元。将第4 项和第6 项相比，膏体充填节省成本1 2 ．6 9 元／m 3 ，年节约费用1 9 0 万元。可见 通过降低水泥单耗，效益是很明显的。根据铜录山矿的经验，普通胶结充填的浓度往往达不 到7 0 ％，只有6 0 ％多，因此实际节省的费用应更高。 4 膏体充填在国内的发展方向和推广应用前景 影响膏体充填在我国的推广主要有两方面一方面是进1 3 膏体充填泵费用高，投资大； 另一方面是国产的全尾砂过滤设备不是很过关，投资也较大。 国内生产的混凝土输送泵，一般输送的距离短，在3 0 0 m 左右，像用于井下充填达到 1 0 0 0 m 或以上的泵尚没有。而国内现在有许多矿山充填线路长、倍线大，自流输送充填不过 去，以及采场要求接顶好，最适合采用膏体泵送充填，如云南的会泽铅锌矿等。因此开发研 究国产膏体充填泵，降低设备投资，是非常必要的，也是很有前景的。 国产的全尾砂过滤设备应改进和完善，使之真正能适合矿山全尾砂过滤。特别应完善 真空水平带式过滤机，提高其可靠性，真空水平带式过滤机有利于连续供料，而压滤机则需 通过其他环节来使其均匀供料。 取消过滤机 压滤机 过滤也是今后的重要方向。用立式砂仓放砂 或加絮凝剂 达到 较高的砂浆浓度，然后添加少部分干尾砂 或碎石 ，以及添加干水泥或粉煤灰，形成膏体。 这样就完全摆脱了过滤这一环节，这对于膏体充填的应用非常重要。铜录山矿进行了这方 面的试验，将立式砂仓的尾砂直接放到搅拌机中，砂浆重量浓度达到7 0 ％，直接加干水泥， 并加少部分于尾砂，形成了满足泵送的膏体料浆，效果较好。只是砂仓距离搅拌机太远，并 且搅拌机位置较高，使得时间较长时放砂不稳定。新设计的充填站完全可以根据要求来配 置，使砂仓放砂口高于搅拌机，并靠近布置。 碎石仓也可采用简易的钢料斗，节省投资。铜录山矿原设计的炉渣仓是钢筋混凝土的， 但斗式提升机坏了以后一直没修，由于矿山新增了一个钢料斗，由装载机将碎石或干砂直接 倒到料斗中，效果不错。 充填站中较大的投资是液压双缸柱塞泵。铜录山矿购买了两套设备，包括一些备件、清 扫阀、门阀及部分仪表等，根据现在的情况看，可以多购买一些备件，减少一套设备是完全可 以的，可以节省投资。 总的说来，通过优化、合理配置，在投资上可以大幅度减少，根据充填站规模大小的不 同，其膏体泵送充填站的建设总投资可以控制在1 0 0 0 ～2 0 0 0 万元之内，大中型矿山均可采 用，特别对充填难度大、接顶要求高的矿山，如采用下向胶结充填法、Y C R 法的矿山．其意义 尤为重要。 【作者简介】刘育明男，教授级高工，中国有色工程设计研究总院矿山分院副总工程师，主要从事采矿 设计和研究工作。 膏体泵送充填在铜录山矿的成功经验和今后在国内应用的前景膏体泵送充填在铜录山矿的成功经验和今后在国内应用的前景 作者刘育明 作者单位中国有色工程设计研究总院矿山分院 本文读者也读过10条本文读者也读过10条 1. 林愉 砂浆管道输送尾砂型料的构思与设计[会议论文]-2000 2. 陈卫国 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