甘肅某鉛鋅礦尾砂充填采空區(qū)的治理方案

尾砂是采礦后的不可避免產(chǎn)物，具有小粒徑、大表面的特點。礦山產(chǎn)生的尾礦除極小部分被利用外，絕大部分存放在地表尾礦庫中甘肅某鉛鋅礦現(xiàn)有尾礦庫即將達(dá)到服務(wù)年限，新建尾礦庫存在征地難、費用高，而且受地方政策限制，因此，尋求新的尾礦處置方式成為礦山亟待解決的問題。礦山主要采用淺孔留礦法進(jìn)行開采，經(jīng)過30多年的開采，目前井下存在大量采空區(qū)，標(biāo)高在1780～1470m之間，總采空區(qū)體積在257萬m1充填料漿的制備某鉛鋅礦選礦后產(chǎn)生尾砂約1500t/d，約62.5t/h。與之相匹配，充填系統(tǒng)處理尾砂量為62.5t/h。選廠產(chǎn)生的全尾砂自流進(jìn)入濃密機(jī)給料筒，與絮凝劑制備設(shè)備泵來的絮凝劑充分混合，在濃密機(jī)內(nèi)部快速沉降濃縮，底流質(zhì)量濃度達(dá)到65%左右，從濃密機(jī)底部排出。底流經(jīng)渣漿泵泵送至充填制備站廠的攪拌桶，與水泥或膠結(jié)料充分?jǐn)嚢韬笾苽涑珊细竦某涮盍蠞{。對于部分采空區(qū)，充填料漿可以采用自流方式進(jìn)行輸送，同時配備2臺渣漿泵，用于不能滿足自流輸送采空區(qū)的充填作業(yè)。2全尾砂密度、容重及孔隙率本次試驗所用全尾砂取自本礦山選廠車間，采用比重瓶法測定礦山尾砂密度、容重和孔隙率。測試結(jié)果見表1。由表1可知，該鉛鋅礦的全尾砂密度較大，有利于沉降。采用Mastersizer2000激光粒度分析儀測試尾砂粒徑結(jié)果見表2和圖1。3砂膠結(jié)填充試驗3.1灰砂比對料漿性能的影響本次試驗選用水泥作為膠結(jié)料，為制備滿足要求的充填材料（利于輸送和膠結(jié)），本次試驗選用五種濃度（62%、65%、68%、70%、73%）的尾砂，測試了在不同灰砂比（1∶4、1∶8、1∶12、1∶16、1∶20）情況下料漿的性能。利用該礦山提供的水泥及尾砂樣品，共設(shè)計25組實驗，主要檢測充填料漿的凝結(jié)、沉縮、容重、坍落度和強(qiáng)度性能，為充填料漿濃度和配比的選擇提供了依據(jù)。實驗中充填料漿的配比見表3，試驗結(jié)果見表4。3.2試驗結(jié)論3.2.1尾礦漿沉降特性沉降試驗表明，65%濃度的尾礦漿經(jīng)過20h以上的沉降后水漿分界面才會停止下降，沉降特性較慢。停車再啟動試驗表明，65%濃度的尾礦漿在15%坡度的實驗管段內(nèi)未發(fā)生明顯的水漿分離，也未發(fā)生明顯的固體顆粒向下滑移的現(xiàn)象。流變特性試驗表明，當(dāng)濃度超過65%后輸送阻力隨濃度變化較大，65%左右是較適宜的尾砂輸送濃度。3.2.2尾砂濃度根據(jù)本次充填配比試驗，確定最佳的尾砂濃度及充填料漿的灰砂比，尾砂濃度定為65%。采用水泥為膠凝材料，根據(jù)以上試驗結(jié)果，正常充填采空區(qū)時推薦灰砂比1∶12，充填料漿濃度約為67%，此時28d抗壓強(qiáng)度約為0.12MPa，能夠滿足正常膠結(jié)。3.3充填材料試驗本次試驗選用新型膠結(jié)材料（堿激發(fā)膠凝材料）替代水泥作為膠凝材料，根據(jù)前述試驗得出的結(jié)論，選用65%尾砂濃度，采用同利用水泥作為膠凝材料相同的試驗方法分別檢測充填料漿的凝結(jié)、沉縮、容重、坍落度和強(qiáng)度性能，試驗結(jié)果見表5。4兩種填充方案的結(jié)果分析4.1充填料漿凝結(jié)時間和強(qiáng)度1）從28d強(qiáng)度可以看出，在相同配比的情況下，采用新型膠結(jié)料配制的料漿比使用水泥配制的料漿強(qiáng)度提高4倍以上。2）相比利用水泥作為膠凝材料，摻加新型膠結(jié)料的充填料漿凝結(jié)較慢，在不同灰砂比的情況下，凝結(jié)時間均較長。制備的充填料漿隨著灰砂比的降低，即膠結(jié)料的減少，凝結(jié)時間呈增加的趨勢。3）由于凝結(jié)時間較長，料漿泌水時間較多，造成充填料漿沉縮較大。相比于利用水泥作為膠凝材料，利用膠結(jié)料的充填料漿沉縮變大。本次充填處理采空區(qū)對凝結(jié)時間和強(qiáng)度要求較低，只需要保證充填料漿正常膠結(jié)，而新型膠結(jié)料在滿足同等強(qiáng)度的前提下，使用量大大降低。因此，推薦采用新型膠結(jié)料作為膠凝材料。4.2新型膠結(jié)充填材料根據(jù)上述試驗，本次充填方案推薦采用65%的尾砂濃度，采用水泥作為膠結(jié)材料時，灰砂比選用1∶12,28d強(qiáng)度可達(dá)到0.12MPa。當(dāng)采用新型膠結(jié)充填材料時選用灰砂比為1∶30,28d強(qiáng)度可達(dá)到0.16MPa。均可以滿足本次充填體正常膠結(jié)。由表6可知，在滿足充填體正常膠結(jié)的情況下，采用新型膠結(jié)材料作為膠凝材料相比采用水泥作為膠凝材料時的灰砂比更小，充填作業(yè)成本更低，降低了11.74元/m5新型膠結(jié)材料膠凝材料充填料漿配比1）本礦山尾砂濃度為65%左右是較適宜的尾砂輸送濃度。2）水泥作為膠凝材料時，正常充填采空區(qū)時推薦灰砂比1∶12，充填料漿濃度約為67%，此時28d抗壓強(qiáng)度約為0.12MPa，能夠滿足正常膠結(jié)。新型膠結(jié)材料作為膠凝材料時推薦灰砂比為1∶30，充填料漿濃度約為66%，