安庆铜矿不同颗粒级配尾砂优化组合膏体充填技术

安庆铜矿不同颗粒级配尾砂优化组合膏体充填技术许文远;郭利杰;杨小聪【摘要】Tailingsgradation is the key factor that influences the backfill quality.The segregation of backfill slurry in An-ging Coppermine due to an inappropriate tailinggradation seriously affected the filling quality.In view of this,an ideal tailinggradation has been confirmed through the fillingmaterials ratio tests,namely the underflow coarse sands and the overflow fine sands aremixed at the ratio of 17 : 3 after the cyclone classification of the ore.Based on the existing backfill system,the under-flow coarse sands and the overflow fine sands of themine have been thickened respectively by using the current vertical tailings tank,and a paste fillingmaterial with a bettergranular composition was prepared aftermixing and blending the classified tail-ings with the concentration of 72% and the overflow fine sands with the concentration of 58%.Practices showed that:the quali-fied paste fillingmaterials that couldmatch both the strength of filling body and the transmissibility of filling slurry with agood homogeneity was produced.Furthermore,this scheme also satisfies the needs of the paste cemented backfill and the sand-water non-cemented filling,and agood economic benefit is obtained.%尾砂级配是影响充填质量的关键因素,安庆铜矿因尾砂级配不合理导致充填料浆离析,严重影响充填质量.对此,通过开展充填料配比试验确定了理想的尾砂级配,即将矿山旋流分级后的底流粗砂与溢流细砂按17:3的比例混合.根据矿山充填系统工艺,利用现有立式砂仓对底流粗砂与溢流细砂分别进行了浓缩,浓缩后的72%浓度的分级尾砂与58%浓度的溢流细砂混合搅拌后制备出具有较优级配的膏体充填料.实践证明:该方案可制备出兼顾充填体强度与充填料浆输送性的合格膏体充填料,充填体均匀性好,同时,该方案可满足膏体胶结充填与水砂非胶结充填需求,实现了较好的经济效益.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2018(000)001【总页数】5页(P16-20)【关键词】尾砂;级配;膏体;充填;充填质量【作者】许文远;郭利杰;杨小聪【作者单位】北京矿冶研究总院,北京102628;北京矿冶研究总院,北京102628;北京矿冶研究总院,北京102628【正文语种】中文【中图分类】TD853安庆铜矿是铜陵有色金属集团控股有限公司“八五”期间建设的一座大型地下铜矿，矿山矿体厚大，采用大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿方法进行开采，采选生产能力为3 500 t/d。

矿山采用充填法开采，充填工艺为分级尾砂自流充填。

矿山现有3套独立的充填系统，每套充填系统由1座立式砂仓、1座水泥仓、1台双管螺旋输送机、1台冲板流量计及1台高浓度搅拌桶组成，单套充填系统充填能力为90～100 m3/h，平均充填量约800 m3/d。

矿山分级尾砂充填为典型的两相流充填，采用的是上世纪90年代的立式砂仓充填技术，受技术制约，充填浓度为62%～72%，充填浓度不稳定，料浆离析比较严重，严重影响了井下充填质量。

对此，根据矿山尾矿工艺，在试验研究的基础上，以尾砂级配优化、实现最佳级配充填为主要技术思路进行了矿山充填工艺技术改造，实现了矿山膏体充填，大幅提高了矿山充填质量[1-2]。

1 矿山充填现状与改造技术思路安庆铜矿采用分级尾砂充填，分级尾砂粒级中 -38 μm占到19.13%，-74 μm占到36.29%，+38～74 μm粒级部分含量少，+74 μm粗粒级含量占到63.71%，含量高，尾砂总体粒度较粗，其制备的充填料浆属于典型的两相流浆体，充入采场后充填料浆离析比较明显，这是影响矿山充填质量的本质工艺问题。

为此，对矿山充填尾砂粒级组成进行优化，使制备的充填料浆在料浆输送性、料浆均匀性及充填强度性能这3个重要指标方面达到最佳平衡，是矿山充填工艺技术改造的主要方向。

安庆铜矿在选矿环节将中段产生的尾矿进行分级，底流的分级粗砂与溢流的细砂分别进行尾矿再选，底流粗砂再选后的最终尾矿(分级尾砂)用于矿山充填，溢流细砂再选后的最终尾矿排往尾矿库。

由此可知，安庆铜矿不存在全尾砂，矿山尾砂有分级粗砂与溢流细砂2种尾砂，将一部分溢流细砂添加到分级粗砂中，对充填尾砂粒级进行优化，实现不同颗粒级配尾砂的优化组合膏体充填，是矿山充填改造总体技术思路。

2 尾砂级配优化试验将选厂排放的分级粗砂与溢流细砂按一定比例混合，制备出满足充填料浆流动性、充填料浆均质性与充填体强度性能的最佳级配尾砂是充填工艺改造的关键。

对此，通过开展不同混合比例条件下的充填料浆泌水试验及充填强度配比试验，确定了最佳混合比例及充填工艺参数，为充填工艺改造奠定了基础。

2.1 试验方案针对不同尾砂混合比例、砂灰比及充填浓度分别开展充填料浆泌水试验与充填强度配比试验，以综合确定最佳尾砂混合比例及充填浓度等关键工艺参数。

具体试验方案如下[2-4]。

材料：分级尾砂、溢流细砂、水泥。

细砂比例：0(不含细砂)、10%、15%、20% ，为便于分析，对不同尾砂混合比例，用细砂含量指标代替，细砂比例=细砂含量/(细砂含量+分级尾砂含量)。

砂灰比：4、6、8、10。

料浆浓度：68%、70%、72%。

试验内容：泌水试验、充填体强度配比试验。

2.2 试验结果分析(1)泌水试验。

按照设计方案开展了48组泌水试验，并根据试验结果绘制了不同细砂含量下，充填料浆浓度与泌水率的关系曲线见图1。

图1 料浆浓度与泌水率关系曲线Fig.1 Curve of the relationship between the density of slurry and the bleeding rate◆—细砂比例0%；■—细砂比例10%；▲—细砂比例15%；●—细砂比例20%根据图1可知，料浆浓度70%，细砂含量15%～20%时，平均泌水率为4.8%；料浆浓度为72%，细砂含量15%～20%时，平均泌水率为3.5%。

根据经验，充填料浆泌水率小于5% 时，可认为充填料浆不泌水或泌水少，可以达到尾砂结构流流态。

因此，从泌水率指标分析，15%～20%的细尾砂含量，在充填大于70%条件下，可制备出满足充填料浆均匀性的浆体[5]。

(2)充填体强度配比试验。

细尾砂含量的增加，优化了尾砂粒级组成，使充填料浆更均匀，进而减小了采场充填料浆离析，使原位充填体整体质量更均匀。

因此，细尾砂增加所带来的主要作用体现在采场原位充填质量方面，通过开展实验室小试块配比试验，如果能验证细尾砂含量增加对充填试块强度没有明显降低或者有一些增长，就可以证明细尾砂含量增加对充填质量提高的作用。

对此，开展了不同浓度、砂灰比、细砂含量条件下，28 d养护龄期的充填体强度配比试验。

根据试验结果，绘制的不同浓度、砂灰比条件下，细砂含量与充填体强度的关系曲线见图2。

图2 细砂含量对充填体强度影响规律Fig.2 Effect of the overflow fine sands on strength of filling body●—料浆浓度68%；■—料浆浓度70%；▲—料浆浓度72%从图2可知，充填物料中细尾砂含量对充填体强度产生一定影响，但这种影响与充填料浆浓度、砂灰比及胶凝材料种类关系较大。

在充填浓度68%～70%，砂灰比为4时，充填试块强度随着细砂含量的增加先增加后降低，即存在最优的细尾砂添加量。

在充填浓度达到72%时，由于充填料浆已经达到或接近于结构流，细尾砂含量的增加导致充填试块强度略微降低。

在砂灰比大于4后，由于充填体强度整体偏低，细砂含量对充填体强度的影响较小。

因此，可以证明细尾砂含量的增加在试块试验中，对充填体试块强度有一定的增加作用，同时，也可以预计，其制备的充填料浆充入采场后，将大幅提高充填体整体均匀性。

结合充填料浆泌水试验，推荐最佳的细尾砂添加量为15%～20%，充填浓度为70%～72%[5]。

3 充填系统技改工艺方案根据充填技改技术思路及尾砂配比试验结果，安庆铜矿充填工艺思路为在现有分级尾砂中增加15%～20%的溢流细砂，配置成浓度70%～72%的充填料浆，实现膏体充填。

对此，结合安庆铜矿立式砂仓充填系统，有2种可行的充填系统技改工艺方案[6]，分别为：①方案一：粗细尾砂分别浓缩后混合充填系统。

②方案二：粗细尾砂先混合后浓缩充填系统[6]。

(1)方案一：粗细尾砂分别浓缩后混合充填系统。

该方案具体工艺流程：将现有3座砂仓中的2座球形底立式砂仓作为分级粗尾砂仓，将1座锥形底立式砂仓作为细尾砂仓，即将3座立式砂仓分类，用于粗、细2种物料分别浓缩存储，将现有3套独立运行的充填系统改造为2套独立运行的充填系统。

改造后，从选厂出来的粗尾砂和细尾砂分别采用2条管路泵送至充填站，分级粗尾砂泵送至分级尾砂仓(现有球形底砂仓)进行自然沉降浓缩，溢流细砂泵送至细砂仓(现有锥形底砂仓)进行絮凝沉降浓缩。

充填时，2个仓内浓缩的高浓度粗、细尾砂浆经造浆后按一定比例放砂至搅拌桶，与水泥及水混合，经均匀搅拌制备成尾砂结构流充填料浆后，通过充填钻孔自流至井下采场进行充填。