银矿全尾砂胶结充填技术试验研究报告.docVIP

研究报告南京铅锌银矿全尾砂胶结充填技术试验研究报告长沙矿山研究院南京铅锌银矿二年十一月南京铅锌银矿全尾砂胶结充填技术试验研究报告1 现有系统改造问题的提出南京铅锌银矿地处南京市郊栖霞山风景区，矿山目前年产矿石量约25万吨，年产尾砂量约13万吨，矿山不具备尾砂外排及堆存条件，目前是将选厂尾砂分级后，粗砂用于分层充填，而尾泥则掺入水泥与添加剂经搅拌制备后，泵送至原有老采空区充填。尽管矿山现有充填方式暂可将尾砂全部充入井下，但从长远的角度来看，矿山现有充填系统与充填工艺存在如下问题： 全尾砂分级后，粗砂充入现有分层充填法采场，但充填砂量不能满足生产要求，不得不外购江砂补充，致使充填成本增加； 由于尾泥中粒级过细，为保证其充入老采空区后凝结硬化，水泥耗量大，充填成本高； 由于充填料输送管路总长达1846m，尤其是地表充填搅拌站至+14m水平以上的充填倍线较大，目前采用4PNJB衬胶泵加压输送，其允许输送料浆最大重量浓度为60%左右。泵送设备技术性能的限制导致充填料浆输送浓度难于提高，低浓度充填料浆进入空区后，必然出现分级、离析严重，强度发展慢等现象，同时加大了跑浆的可能性； 现有立式砂仓放砂性能不稳定，放出的尾泥与尾砂浓度较低且不均匀，难于满足高浓度充填的技术要求； 现有水泥仓出料系统不合理，放料性能不稳定，相关计量与自控仪器仪表未能正常发挥作用，系统基本处于失控状态； 现有搅拌系统搅拌效果较差，不能满足高浓度充填料进行活化搅拌的技术要求。充填料浆能否做到活化搅拌不仅关系到全尾砂胶结充填体的强度能否满足采矿工艺要求，还关系到高浓度全尾砂胶结充填料浆能否通过管道顺利输送到采场； 井下水平充填管路采用增强塑料管因吊挂不规范，形成上下起伏与弯曲，进一步增大了管道输送阻力； 目前老采空区尚有78万m3的体积，待其1.52.0年充满后，每年就有67万吨的尾泥必须充入现分层充填法采场。为解决上述技术难题，有必要进行全尾砂胶结充填新材料新技术研究，将尾砂粗、细粒级均充入现有分层充填法采场，取消外购江砂，实现高浓度全尾砂胶结充填以降低采场充填料的分级离析程度，提高充填体早期强度，确保采场生产能力；研究开发新型高效廉价胶结剂代替水泥以降低充填成本。为此，南京铅锌银矿委托长沙矿山研究院开展全尾砂胶结充填新材料新技术研究，旨在使矿山实现无废开采，适应越来越严格的环保要求，确保矿山高产、稳产，持续发展。2 矿山充填技术沿革与现充填系统概况由于南京铅锌银矿地处南京市栖霞山风景名胜游览区，矿山目前采用地下开采，必须完善采场与采空区充填工艺技术，实现无尾排放，以保护风景名胜与周边环境不受污染。为此，南京铅锌银矿对充填系统工艺流程进行了多次技术改造与试验，曾采用过矸石充填、水砂充填、全尾砂与尾泥高水单浆料固化剂胶结充填、分级尾砂胶结充填、尾泥胶结充填等工艺。目前主要采用分级尾砂胶结充填和尾泥胶结充填，少量采用水砂充填工艺。目前南京铅锌银矿在选矿厂浮选车间西侧+33m水平建有一座尾砂胶结充填制备站，站内建有8m高21m的立式钢砂仓（容积880m3）与方型立式水泥仓（总容积130m3）各一座，在立式砂仓仓顶安装了两台250mm水力漩流器，将选厂泵送过来的全尾砂经300m3中转贮砂池，再由4PNJ-B型衬胶泵扬送至水力漩流器进行分级与浓缩。其中+37m以上分级尾砂直接进入该立式砂仓供采场分层充填，溢流尾泥送站内另一座10m的砼立式尾泥仓（容积800m3）沉降，底流自流至搅拌桶与胶结材料混合制成尾泥胶结浆体，通过4PNJ衬胶泵经由90mm增强塑料管泵送至老采空区进行充填。1993年南京铅锌银矿为满足二十万吨技改扩建后生产采场采充平衡的需要，在采矿工区新建办公楼北侧增建一套水砂充填系统，采用外购江砂作为充填材料。水砂充填系统由卧式砂仓、高位水池、混合箱、溢流池、砂泵池、充填钻孔及输砂管道组成。卧式砂仓分建成两座容积为372m3与408m3的砂池。200m3高位水池标高为+50.14m,其有效容积为165.3m3，剩余34.7m3用于贮泥。原设计在混合箱底部钻有两个孔径110mm的充填钻孔，孔距1.16m，孔深131.5m，孔内下有直径108mm，长6.0m的地质套管，这两个钻孔后因套管磨穿塌孔堵死。新充填钻孔孔径110 mm，内衬90mm增强塑料管。溢流池紧靠混合箱，规格3.02.51.2m，容积为9.0m3。砂泵池规格为2.01.31.4m，安装有一台流量为13m3/h的2PNJ衬胶泵，将溢流砂浆重新泵回混合箱用于充填。3 现有系统全尾砂胶结充填试验南京铅锌银矿为了检验利用现有充填系统能否实现全尾砂胶结充填，分别于2000年10月10日及10月16日利用现有充填系统进行了两次试充，充填地点为702采场空区，总充填体积约600m3。10日试充填设计灰砂比1:6,实际充填干砂量365.08t，消耗水泥60.5t灰砂比1:6.6；16日试充填设计灰砂比1:8，实际充填干砂量244.52t,消耗水泥30t，灰砂比1：8.15。两次试充填的料浆浓度均经取样检验，其实际平均充填浓度分别为66.6%与66%,最低为62%，最高为69%，料浆流量7090m3/h。PNJ砂泵电机电流一般为8085A，最高为95A。由于采用三通阀，充填站与井下充填地点及时电话联系，从而使充填引管水与洗管水均未进入采场，故充填料进入采场后避免了水的不利影响。10日充入采场的料浆基本不需脱水，第二天采场充填体表面无积水，人在其上行走不沉陷，三天即可行走，其表观强度约为0.2MPa。16日试充填时，由于灰砂比较大、放砂浓度与引管水、洗管水控制较差，料浆输送浓度较10日为低，加之702采场无脱水设施及已充充填体渗漏条件较差，故第二天充填体表面仍有一定积水（约为15cm左右），从而使充填体凝固较慢。全尾砂胶结充填试验前后，对尾砂仓、水泥仓与早强剂仓料位进行了校验，记录了试验过程中料浆输送浓度表显值与4PNJ砂泵电机电流值，并通过搅拌桶内取样检验充填料浆输送浓度。两次全尾砂充填试验数据参见表1。两次试充填料浆输送浓度与4PNJ砂泵电机电流时基曲线参见图1、图2。由图1、图2可以看出，两次全尾砂胶结充填试验料浆表显输送浓度基本稳定在7072%以上（相应的实际充填料浆输送浓度约为6566%），4PNJ砂泵电机电流与料浆输送浓度具有良好的正相关性。充填料浆输送浓度较高时，其对应的电机电流亦较高，反之亦然。由试验可知，当充填料浆浓度表显值提高到76%（实际值约为70%）以上时，4PNJ砂泵电机电流急速上升至9596A，且充填料浆输送流量亦明显下降，此现象说明70%的料浆输送浓度基本上是4PNJ砂泵的极限输送浓度，这与4PNJ砂泵设计输送浓度相符。显然，4PNJ砂泵输送能力是进一步提高充填料浆输送浓度的主要技术瓶颈。通过上述两次试充填，实现了全尾砂胶结充填，对现有充填系统的各运行参数进行了测试，积累了经验。通过试充填，亦发现该充填系统用于全尾砂胶结充填存在以下几个问题：、尾砂仓放砂浓度难于进一步提高。充填料浆输送浓度的高低是决定采场充填质量好坏的主导因素，它与砂仓放砂浓度、水泥现系统全尾砂胶结充填试验数据表表1第一次试验第二次试验时 间充填浓度（%）电机电流（A）备 注时 间充填浓度（%）电机电流（A）备 注13：0056.178开机10:1042.960开机13：0161.28010:1562.98513：0568.28210:2063.08013：0772.28810:2569.49013：1073.48810:25:1070.99013：1174.28910:25:2071.99013：1574.08810:25:3072.79013：2070.78310:25:4073.49013：2572.78810:25:5074.09213：3071.88310:2674.59213：3570.78510:3071.09013：4074.28910:30:1574.89513：4572.28510:30:3075.69613：5270.08410:30:4576.09613：5572.88610:3176.69514：0072.88610:3576.89414：0571.08210:4070.48514：1067.48010:4574.48514：1571.48610:5073.48514：2075.39210:5573.08514：2076.29511:0072.88514：2176.59511:0568.27914：2367.47811:1069.48214：4570.78511:1571.08214：5073.38811:2068.58015：0068.08111:2571.08215：0571.38911:3072.28215：1066.58011:3570.78115：1570.18211:4070.18115：2070.08311:4570.18015：3071.387关机11:4768.280关机添加量、搅拌机制备能力、泵的输送压力及输送管道等因素密切相关。在试验过程中曾关闭所有放砂、制备用附加水，但其充填料浆实际输送浓度仍仅为68%左右（浓度计表显浓度为7274%），根据灰砂比反算出其砂仓放砂浓度约为65%,亦即现砂仓最大放砂浓度不超过65%。此外，尾砂仓上部积存的澄清水在砂仓放砂过程中的逐渐掺入亦是砂仓放砂浓度难于提高的重要因素。、充填料浆输送浓度受到限制。如前所述，70%的料浆输送浓度基本上是4PNJ砂泵的极限输送浓度，设备技术性能的局限性制约了充填系统的料浆输送浓度。、水泥添加不稳定。现系统水泥仓给料采用刚性叶轮给料机，其下料口尺寸小，水泥在仓内易于成拱而致下料不畅，经常需人工锤击仓壁方能落料，而原有的仓壁振动电机因仓壁材质及安装方式等方面存在问题，致使水泥下料不畅成为该系统的严重问题。、控制系统不完善。现有系统的检测参数主要有放砂流量、水泥及添加剂给料量、充填料浆流量、放砂浓度、充填料浆浓度及4PNJ砂泵电流。各参数均由人工调控，而其他主要参数如造浆水量、搅拌桶附加水量等均无检测手段，砂仓料位与水泥仓料位则由人工定期检测。充填系统的运行未能实现自动控制。、仪器仪表失灵。现有系统的关键仪器仪表年久失修、长期未经检测标定，其显示值与实际值存在较大误差，基本失去其指导意义。、尾（砂）泥仓结构不尽合理。现系统8m尾砂仓与10m尾泥仓的放砂系统与砂仓底部结构在一定程度上均不合理，有待进一步改进。无论是上述试充结果还是实验室试验结果均表明：提高充填料浆输送浓度、保证充填系统稳定可靠运行是实现高质量、低成本胶结充填的关键。针对现充填系统状况，必须进行综合技术改造方能达到目标。4 充填材料实验室试验结果4.1 试验材料来源室内试验用材料为南京铅锌银矿选矿厂排放的全尾砂、充填站立式砂仓放出的分级尾砂、尾泥仓放出的尾泥。为便于运输，所取样品经晾晒干燥。试验用水泥为长沙市坪塘新星水泥厂生产的425#普通硅酸盐水泥。4.2 充填材料基本性能测定主要测定全尾砂、分级尾砂与尾泥的比重与容重；全尾砂、分级尾砂与尾泥的粒级组成；全尾砂化学成份。分别对全尾砂、分级尾砂与尾泥进行沉降试验，测定其不同时间内的沉降浓度与最大沉降浓度。4.2.1 全尾砂、分级尾砂与尾泥的物理性能测试三种材料的比重、容重与孔隙率见表2。4.2.2 全尾砂、分级尾砂与尾泥粒级组成三种材料的粒级组成参见表3和图3。全尾砂、分级尾砂与尾泥物理性能测试结果表表2材料名称比重（g/cm3）容重（g/cm3）孔隙率（%）全 尾 砂3.131.6347.92分级尾砂3.161.6149.05尾 泥3.14全尾砂、分级尾砂与尾泥粒级组成表表3材料名称全 尾 砂分 级 尾 砂尾 泥粒 径（mm）小于某粒径的重量百分比（%）小计累计小计累计小计累计+0.17033.3133.3132.1732.179.509.500.1700.1109.1742.4812.5044.672.8312.330.1100.08715.8358.3117.0061.675.1717.500.0870.0712.6760.985.5867.251.3318.830.0710.0433.5264.506.4273.672.0020.83-0.04335.5010026.3310079.171004.2.3 全尾砂化学成份测定全尾砂的化学成份参见表4。全尾砂化学成份分析结果表表4材料名称主要化学成份所占百分比（%）SiO2Al2O3MgOCaOFe2O3全尾砂26.791.722.1520.1515.114.2.4 全尾砂、分级尾砂与尾泥沉降试验全尾砂、分级尾砂与尾泥沉降试验结果参见表5。三种材料沉降曲线图参见图4。由表5可知：全尾砂、分级尾砂与尾泥的最大沉降浓度分别为71.01%、76.92%和64.86%，其达到最大沉降浓度所需的沉降时间分别为6h、6h和24h。全尾砂、分级尾砂与尾泥沉降试验结果表表5沉降时间全 尾 砂分 级 尾 砂尾 泥容积(cm3)沉降浓度(%)容重(g/cm3)容积（cm3）沉降浓度(%)容重(g/cm3)容积(cm3）沉降浓度(%)容重(g/cm3)077550.001.5577050.001.5678050.001.54567054.791.6336575.472.1869054.051.612053062.831.8035576.432.2162557.421.671h45068.571.9435576.432.2160058.821.701.5h43569.771.9835576.432.2159559.111.714h42570.592.0035576.432.2156061.221.756h42071.012.0135076.922.2355061.861.767h42071.012.0135076.922.2354062.501.781d42071.012.0135076.922.2351064.521.822d42071.012.0135076.922.2350564.861.836d42071.012.0135076.922.2350564.861.83南京铅锌银矿全尾砂与分级尾砂的比重较大，在沉降开始后的一段时间内，粗重颗粒快速落淤，与此同时，较细颗粒亦缓慢下移，更细的颗粒则悬浮于沉降筒上部，致使浆面与液面界限浑浊不清。在沉降开始后大约20分钟左右，粗颗粒即已基本压缩沉降到相互紧密接触的状态，在以后的沉降过程中，其继续沉降量较小。对于悬浮于沉降筒上部的细颗粒则在大约3060分钟后沉降到颗粒紧密接触的状态。观察结果表明：全尾砂与分级尾砂料浆沉降6小时后即达到最大沉降浓度，这说明南京铅锌银矿全尾砂与分级尾砂沉降速度较快，因此，在现场工业试验与实际生产过程中，应特别注意防止充填料浆在输送管道内出现沉淀而引起堵管事故。由于南京铅锌银矿尾泥-325目以下细粒级占79.17%，其达到最大沉降浓度需沉降24小时以上。显然，细粒级尾泥因持有较多的水分而较难达到密实沉降状态，其最大沉降浓度显著低于全尾砂与分级尾砂。4.3 试块抗压强度试验4.3.1 试验基本条件胶结材料采用425#普通硅酸盐水泥，全尾砂与分级尾砂均分别按1:4、1:6、1:8、1:12、1:15的灰砂比制备试块，其中制备全尾砂试块的重量浓度分别为62%、66%、68%、70%、72%与74%，制备分级尾砂试块的重量浓度分别为65%、68%与72%。为评价矿山现用水泥添加剂的早强效果，按1%（添加剂占总干料重量之百分比）的添加量进行了对比试验。4.3.2 试块的制作与养护采用规格为4040160mm的金属试模，按设计的灰砂配比和重量浓度拌制成浆，将拌好的料浆均匀加入同组各个试模，让其沉降和凝固。为了使试块不受损伤，一般在2436小时后脱模，脱模后的试块及时放入养护池养护。养护池内湿度保持在95%左右，二十八天养护期间的温度均应保持在20左右。4.3.3 全尾砂胶结充填料与试块基本物理参数全尾砂胶结充填试块基本物理参数参见表6。其主要测定内容为料浆容重与脱水率、试块容重与含水率和每m3充填体的材料消耗。全尾砂胶结充填试块基本物理参数表表6试 块编 号灰砂比重 量浓 度(%)料 浆容 重(g/cm3)脱水率(%)试块容重(g/cm3)试块含水率(%)每 m3 充 填 体各材料消耗(kg)全尾砂水泥水0410-011:4621.6725.01.9724.561189297484-021:4661.7317.91.9824.321198300482-031:4681.888.32.0022.731236309455-041:8621.6925.01.9625.241300162498-051:8661.7518.82.0424.241374172494-061:8701.8812.52.0622.731415177468-071:12621.6926.72.0225.961381115524-081:12661.7518.82.0624.071444120496-091:12701.8315.02.0624.071444120496-101:15622.0424.55144396501-111:15662.0625.00144897515-121:15702.0824.55147198511备注：1、脱水率为料浆沉降至最大浓度后，表面自由水体积与料浆原体积的百分比。2、试块含水率为已脱模试块烘干至恒重时，所失水分与试块未烘干时原重量的百分比。4.3.4 试块抗压强度测试各种不同配比的料浆试块按不同的龄期（3天、7天和28天）测定其单轴极限抗压强度值。全尾砂、分级尾砂试块抗压强度测定结果参见表7、表8。不同配比与不同浓度条件下全尾砂、分级尾砂试块抗压强度曲线图参见图5、图6。同一配比不同浓度全尾砂、分级尾砂试块抗压强度曲线图参见图7、图8。水泥添加剂对全尾砂、分级尾砂与尾泥试块抗压强度的影响参见图9、图10、图11。南京铅锌银矿全尾砂试块强度试验结果表表7试 块编 号灰砂比添加剂（%）浓度（%）湿容重（g/cm3）试块抗压强度（MPa）R3R7R280410-011:40621.970.390.611.290410-020661.980.280.421.170410-030702.000.420.601.400719-010721.961.362.213.200719-020742.001.802.823.810719-030762.032.042.944.081011-010682.100.610.911.661011-020702.130.721.131.851011-030722.130.741.192.041011-040742.201.011.322.340417-011621.960.270.401.170417-021661.970.360.461.110417-031702.010.500.661.400417-101:61621.990.220.280.570417-111662.010.250.300.710417-121702.020.240.380.660719-040721.920.691.081.970719-050742.030.971.542.870719-060762.041.152.053.271011-050682.170.400.580.871011-060702.170.420.670.991013-070722.230.490.681.121013-080742.260.500.701.200410-041:80621.960.090.160.310410-050662.040.170.260.500410-060702.060.210.310.740719-070721.940.490.741.360719-080742.000.630.971.840719-090762.040.781.192.171013-100682.070.170.190.451013-110702.110.260.310.521013-120722.140.280.350.681013-130742.160.300.440.900417-041621.990.120.150.350417-051662.000.130.180.380417-061702.020.140.200.440410-071:120622.020.150.190410-080662.060.130.210410-090702.060.160.290417-071620.110.190417-081660.150.200417-091700.200.230410-101:150622.040.140.200410-110662.060.120.130410-120702.080.150.16南京铅锌银矿分级尾砂试块强度试验结果表表8试块编号灰砂比添加剂（%）浓度（%）湿容重(g/cm3)试块抗压强度（MPa）R3R7R28412-011:40652.170.621.071.71-020682.160.880.192.07-030722.211.220.762.44419-011652.171.18*0.362.22-021682.151.32*0.722.41-031722.191.46*2.003.37419-101:61652.180.40*0.640.92-111682.190.54*0.761.23-121722.200.63*0.881.15412-041:80652.200.220.460.50-050682.260.380.420.75-060722.270.490.481.20419-041652.210.47*0.460.88-051682.200.36*0.400.75-061722.200.39*0.490.85412-071:120652.190.16*0.170.28-080682.210.19*0.280.36-090722.290.25*0.410.47419-071652.200.170.220.40-081682.200.170.200.40-091722.230.290.380.44412-101:150682.250.180.200.35-110682.300.170.370.28-120722.240.210.240.27注：标有（*）号的值为四天测试强度。南京铅锌银矿尾泥试块强度试验结果表表9试 块编 号灰砂比添加剂（%）浓度（%）湿容重(g/cm3)试块抗压强度（MPa）R3R7R280711-011：20501.800.821.462.780711-020541.840.871.422.900711-030581.881.061.713.250711-040621.921.181.713.510717-011541.841.111.902.930717-021581.861.141.743.440717-031621.881.252.133.290711-05：0541.860.410.581.080711-060581.820.350.681.220711-070621.880.520.871.500717-041541.840.590.741.090717-051581.860.500.761.260717-061621.880.701.561.840711-08：0541.820.220.350.400711-090581.840.290.420.580711-100621.840.400.540.770717-071541.860.420.551.010717-081581.860.410.701.130717-091621.880.420.631.234.4 坍落度测定对于自流输送充填系统，充填料浆的流动特性是充填料的重要特性。影响充填料浆流动特性的因素主要有：充填料的性质、颗粒、浓度与流速等。在建筑工程规范中往往是用简单的坍落度试验来测定混凝土或砂浆的流动性，并辅以观察浆体实际流动情况。本次试验亦采用坍落度测定来判定全尾砂充填料浆的流动性。手工搅拌不同浓度的料浆，用截锥筒分别测定其坍落度。建筑工程规范规定：当浆体坍落度值达到1820cm时，即可认为浆体能够在管道内进行输送。南京铅锌银矿全尾砂充填料浆坍落度试验结果与料浆浆体性质描述参见表9。由表中可以看出，重量浓度为80%的充填料浆坍落度值为17.5cm，料浆呈膏状体，具良好的塑性，流动性尚可。随着料浆浓度的降低，料浆由膏状体逐渐演变为浆体，流动性随之变好。72%的料浆浓度基本上是充填料浆出现分级、离析与否的临界浓度。重量浓度小于72%的充填料浆，其料浆离析程度随浓度的降低而加强，浓度小于68%的充填料浆已出现严重的分级、离析。全尾砂料浆坍落度与浓度关系曲线参见图11。坍落度试验结果及料浆性态描述表9重量浓度(%)807674727068坍落度 (cm)17.526.528.028.5摊开摊开 料 浆 性 态 描 述 呈膏体，塑性态介于膏体与浆体之间浆体，呈结构流浆体，开始出现离析两相流，离析严重离析4.5 试验结果分析处理与结论4.5.1 灰砂比水泥是充填料胶结的决定因素。当砂浆浓度相同时，试块的单轴抗压强度随水泥含量的增加而提高（参见图5、图6）。在保证充填体强度的前提下，选择合理的灰砂配比对于保证充填质量和降低充填成本具有十分重要的现实意义，应根据采场回采工艺对充填体强度的具体要求来选用合理的灰砂配比。4.5.2 充填料浆浓度当灰砂比相同时，试块的单轴抗压强度随料浆浓度的上升而提高（参见图7、图8）。 显然，应根据尾砂沉降试验、坍落度测定以及试块抗压强度试验结果，选择合理的料浆输送浓度范围。根据试验结果，在确保充填料浆在充到采场后不出现严重的分级、离析现象，保有良好的流动特性的前提下，要求充填料浆重量浓度应大于72%。原则上是工艺可行的情况下，料浆输送浓度越大越好。4.5.3 水泥添加剂由图9、图10可以看出，添加水泥添加剂（早强剂）对全尾砂与分级尾砂表现为不同的效果。早强剂的添加降低了全尾砂试块的抗压强度，但对分级尾砂试块抗压强度却有所提高。因此，采用全尾砂胶结充填时，可以不考虑使用早强剂。5 充填系统改造方案设计原则 将全尾砂充填于现有生产采场，充填体强度满足生产安全要求，特别是铺面层，3天抗压强度应满足现点柱分层充填采矿法生产作业需要。 充填材料为全尾砂与胶结剂。胶结剂暂时仍采用硅酸盐水泥，同时留有矿渣胶结剂替代的方便条件。取消早强剂，根据工业试验情况，可考虑添加减水剂，以改善充填料浆的流动性。 充填料浆浓度不小于70%，力争达到72%或更高，以减轻甚至避免充填料浆在采场的离析现象，从而提高充填体的早期强度，改善充填体的整体性能。 兼顾现生产采场充填及老空区处理。即充填系统经改造后，可实现高浓度全尾砂充填至现生产采场，同时还可实现老空区的全尾砂充填。 满足矿山长远生产需要。根据矿床赋存条件及矿山长远发展规划，充填系统不但应能满足生产要求，同时也应满足矿山长远发展需要。 生产可靠、管理简便。在生产运营过程中，尽可能避免因出现难于处理和解决的技术难题而影响矿山正常生产，同时要求操作简便、易于管理。 满足环境保护要求。生产过程中，避免废水、粉尘等有害物质对环境的污染和破坏，以满足日益严格的环保要求。 尽量利用现有设施，以降低系统改造投资。 降低运营成本。采用成熟可靠、简便可行、能耗低的料浆制备、输送工艺，以降低日常运营成本。6 全尾砂充填系统充填能力与充填量验算本计算旨在验算矿山在现有矿石年产量（20万吨/年）与拟扩建矿石年产量（45万吨/年）条件下，全尾砂充填系统充填能力与充填量的合理匹配关系，指导矿山组织正常的充填生产。已知：矿石年产量Qk1=20万吨/年，扩产后矿石年产量Qk2=45万吨/年，矿石体重k=3.5t/m3，全尾砂比重W=1.63t/m3，采充比Z=1.0，充填作业不均衡系数k=2.5，全尾砂产率49%，矿山年工作日T=308d，充填料沉缩率kV=1.05，充填料流失系数kL=1.05.矿山年充填量：Qn1=ZQk1/k=20000013.5=57143(m3/a)Qn2=ZQk2/k=45000013.5=128571(m3/a)矿山年充填料用量:Qt1=Qn1kVkL=571431.051.0563000(m3/a)Qt2=Qn2kVkL=1285711.051.05141750(m3/a)矿山日充填料用量:Qd1=Qt1/T=63000308=204.54(m3/d)Qd2=Qt2/T=141750308=460.23(m3/d)取Qd1=205(m3/d)Qd2=460(m3/d)充填系统日平均充填量：Qs1=Qn1/T=57143308=185.53(m3/d)Qs2=Qn2/T=128571308=417.44(m3/d)取Qs1=186(m3/d)Qs2=417(m3/d)充填系统日充填能力：Q1=2.5Qs1=465(m3/d)Q2=2.5Qs2=1043(m3/d)矿山全尾砂年产量：Qq1=Qk1/(k1k2)=2000000.49(1.051.05) =88889(t/a)54533(m3/a)Qq2=Qk2/(k1k2)=4500000.49(1.051.05) =200000(t/a)122700(m3/a)全尾砂日产量：Qc1=Qq1/T177(m3/d)Qc2=Qq2/T398(m3/d)砂仓有效容积：V1=1.5Qs1=279(m3)V2=1.5Qs2=626(m3)取V1=280m3V2=630m3根据以上计算可知：采矿生产要求充填系统每天充填205m3的采空区，其中废石充填量按矿山日产矿石量的15%计，即可充填35.8 m3空间，而全尾砂日产量为177 m3/d。亦即矿山日充填料产量约为212.8 m3/d，与需充填采空区体积基本平衡，略显富余。7 充填系统改造方案与说明7.1 国内外概况高浓度或膏体全尾砂胶结充填近几十年来始终是国内外同行所普遍关注的重大研究课题。经过近三十年的研究与发展，不论是从基础理论研究、相关工艺设备研制，还是具体到实际的生产应用，都已形成了一套完整的工艺技术可资借鉴。高浓度全尾砂胶结充填一般包括充填料制备站选址、充填料选择及配比优化、全尾砂脱水、存贮给料、胶结剂添加、物料计量控制、料浆制备及输送等主要工艺流程。国内外各矿山根据自身内外部条件的差异而采用了不同的工艺流程。 充填料制备站选址：在选厂距采矿坑口距离较远时，站址通常都选择在采矿坑口。而在矿山回采空区采用全充填的条件下，站址选择可不受矿岩崩落界线的限制，有利于充填料浆的自流输送。全尾砂一般均以低浓度输送至采区充填站，然后进行脱水与制备。 充填材料选择及配比优化：对于高浓度或膏体全尾砂充填料而言，由于其呈宾汉体的力学特征，在输送管内可呈柱塞流，故可携带粗颗粒物料而不产生离析、分层及堵管等现象，从而使充填料的选用范围大为扩展。如此便可在充填料中加入破碎废石等其它生产废料，以进一步提高充填料浆浓度，降低水泥用量。胶结剂除了采用硅酸盐水泥外，还注重研究运用各类水泥代用品，以进一步降低充填成本。 全尾砂脱水：一般采用浓密过滤两段脱水。选厂全尾砂输送浓度一般低于20%，先采用普通浓密机或高效(深锥)浓密机浓密，使其底流达到4550，为了加速全尾砂沉降与降低溢流水中细颗粒含量，可加入适量絮凝剂。底流则输送至过滤设备进一步脱水，使滤饼含水率降至20%以下。采用的过滤机类型有圆盘折带式过滤机(凡口铅锌矿)、带式真空过滤机(金川、德国Grund矿)、压滤机(大冶铜录山铜矿、济钢张马屯铁矿)。近年发展起来的盘式过滤机具有能耗更低、效率更高的特点，亦可用于全尾砂过滤。 存贮给料：全尾砂滤饼一般采用卧式砂池存贮，然后用电耙(凡口)、抓斗(张马屯)或链轮斗式给料机(美国Lucky Friday矿)供料，通过振动给料机等控制给料。另外也可采用过滤机滤饼直接向搅拌设备给料的方式，但需解决前述工艺定量给料问题。 胶结剂添加：可采用两种工艺，即直接向充填站搅拌设备添加和在井下添加(加干水泥粉或水泥浆，直接加入管道内或在井下重新搅拌)。目前，直接向充填站搅拌设备添加胶结剂的工艺应用得较为普遍，而在井下添加胶结剂工艺则需增设一套水泥（浆）输送、制备等设施，实际应用矿山尚少。 物料计量控制：全尾砂计量一般采用皮带式电子秤，或容积式称重计量等方式。水泥给料则采用冲板流量计等进行控制计量，并采用工业计算机进行配比控制。 料浆制备：一般采用高浓度搅拌桶、双卧轴搅拌机高速搅拌机(凡口、济钢张马屯、山东湖田铝土矿)、双轴叶片搅拌机双螺旋搅拌输送机(大冶铜录山、金川)和涡浆搅拌机(加拿大Inco公司)等形式制备充填料浆。 料浆输送：通常采用钻孔及管道自流、泵压输送、泵压输送管道自流等三种形式。管道自流输送时，充填倍线一般不大于4(凡口约为3，济钢张马屯最大为4.7)。泵压输送则广泛采用液压双缸活塞泵(大冶铜录山、金川、德国Grund等)，一般采用中等排量(4060m3/h)、中等出口压力(47MPa)的液压泵，最大输送距离为18002000m。当全尾砂充填料浆重量浓度为7276%时，泵送沿程阻力为0.41.0MPa/100m。为减少泵压输送管道的长度，充分利用泵送与管道自流输送方式各自的优点，国外部分矿山（如加拿大Inco公司、美国Lucky Friday矿等)还采用了泵送管道自流的输送方式，即将高浓度充填料浆从制备站泵送至靠近矿体的充填钻孔，钻孔以下则采用自流输送。作为特例，山东铝业公司湖田铝土矿采用赤泥、粉煤灰及活化剂(石灰)作为充填料。自然沉降后的赤泥经压气造浆，采用往复式砂浆泵定量给料，干粉煤灰则用双管螺旋由散装水泥仓定量给料，与赤泥浆一道经双卧轴搅拌机和高速搅拌机两段搅拌后，用国产HB30D型液压双缸活塞泵(四川夹江水工机械厂生产)经主管道输送至井下。活化剂制成浆体后，则通过往复式砂浆泵经副管道输送至井下。在采空区入口附近，由主、副管道分别输送的赤泥粉煤灰浆与石灰浆经充分混合后充入采空区。由于赤泥粉煤灰浆及石灰浆自身均不凝固，故采用上述工艺流程时，主、副管道均可实现长时间的带料停泵(最长达20天)而未出现堵管事故。充填料进入采场后不需脱水，料浆在采场中呈结构流动，不产生分级、离析等不良现象。由于不需要经常清洗充填管道，从而完全避免了水对充填质量的不良影响，充填体28天抗压强度达3.23MPa。7.2 充填系统改造方案选择从国内外应用实例可见，实现高浓度全尾砂胶结充填可采用多种途径。结合南京铅锌银矿具体开采技术条件、工业场地布置情况、现有充填系统工艺流程及运营状况与生产实际的需要，可初步选择两大类技术方案：一大类方案是改造现有充填系统，即高浓度全尾砂料浆仍在现充填站制备，然后用泵压输送至采场进行充填。其主体设备输送泵可采用4PNJ型衬胶砂泵接力输送，亦可选用液压双缸活塞泵输送。4PNJ砂泵出口压力低(最大为50mH2O即0.5MPa)，其允许输送的料浆浓度为6568%左右。当料浆输送浓度达到6870%以上时，往往会出现过电流跳闸现象，同时流量下降。虽然有可能采用多级泵接力输送，但由于水封水的进入，多级串联将导致料浆输送浓度的下降，每增加一级泵将使料浆输送浓度降低510%。国内外相关工程的现场实测结果表明：若料浆浓度超过70%，管道输送阻力可达0.3MPa/100m以上。按目前的管道布置型式，两台4PNJ泵串联后，其出口最大压力尚不到1.0MPa，仍然难于克服其管道输送阻力。若充填料浆浓度进一步下降至68%或更低，则料浆进入采场后，必将产生严重的分级、离析现象，导致充填体凝固缓慢而不能满足基本的生产技术要求。液压双缸活塞泵出口压力则可达69MPa，为4PNJ砂泵的1218倍，最大可达16MPa，完全可以克服现有充填管道的沿程阻力。水泥的添加也可采用两种方式，既可直接添加至搅拌桶与全尾砂一起制备成水泥全尾砂胶结充填料浆，经单管道泵压