脫水尾砂精準(zhǔn)配伍強(qiáng)制均化制備結(jié)構(gòu)流充填料漿工藝研究

0充填材料研究從2015年到2015年，中國(guó)的剩余礦和廢石累計(jì)儲(chǔ)量接近600億噸，其中尾礦沉積儲(chǔ)量146億噸，但大量生產(chǎn)，使用有限。通過(guò)大量的試驗(yàn)研究和生產(chǎn)實(shí)踐,在同樣強(qiáng)度要求下,提高充填料漿濃度能大大減少水泥用量,降低充填成本,并解決采場(chǎng)脫水等一系列問(wèn)題近年來(lái),長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司根據(jù)礦山需求,開(kāi)發(fā)了充填流量40～220m由于礦山骨料的多樣性1工藝的典型方案如圖1所示,該工藝由給料及計(jì)量子系統(tǒng)、攪拌制備子系統(tǒng)、料漿輸送充填子系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成。1.1填充材料、供應(yīng)和測(cè)量充填物料包括:骨料、膠結(jié)劑(≥1種)、水和外加劑(計(jì)量和給料方式,粉體外加劑與膠結(jié)劑類(lèi)似,液態(tài)外加劑與水類(lèi)似,不贅述)。1.1.1斗式計(jì)量船系統(tǒng)骨料為脫水尾砂,具體為陶瓷過(guò)濾機(jī)、板框壓濾機(jī)、帶式過(guò)濾機(jī)等機(jī)械方式脫水后的濾餅,尾礦庫(kù)堆存尾砂,機(jī)制砂和河沙等天然砂石料,以及其他呈固態(tài)的物料。骨料堆存于充填站骨料堆場(chǎng),充填時(shí)采用裝載機(jī)或抓斗起重機(jī)往骨料儲(chǔ)存斗上料,儲(chǔ)存斗下設(shè)給料設(shè)備,為皮帶或振動(dòng)給料機(jī)等具有給料功能的設(shè)備。骨料儲(chǔ)存斗內(nèi)置帶葉片的螺旋破拱裝置,必要時(shí)儲(chǔ)存斗倉(cāng)壁外置振動(dòng)電機(jī)輔助破拱,破拱裝置根據(jù)給料設(shè)備的給料流量設(shè)定值自動(dòng)啟停。計(jì)量采用靜態(tài)斗式計(jì)量秤,系統(tǒng)設(shè)補(bǔ)扣秤功能循環(huán)調(diào)偏,根據(jù)卸料情況,確定下一循環(huán)計(jì)量的補(bǔ)扣秤重量,提高長(zhǎng)時(shí)累計(jì)計(jì)量精度。斗式計(jì)量秤下設(shè)給料設(shè)備,其功能是將斗式計(jì)量秤內(nèi)骨料卸料給轉(zhuǎn)載設(shè)備。斗式計(jì)量秤和攪拌設(shè)備間設(shè)轉(zhuǎn)載設(shè)備連接,轉(zhuǎn)載設(shè)備為斗式提升機(jī)或皮帶輸送機(jī)等具備轉(zhuǎn)載功能的裝備,功能是將稱(chēng)量好的骨料輸送到卸料等待位置,然后等待卸料指令,將骨料卸入攪拌設(shè)備。當(dāng)攪拌設(shè)備上設(shè)有中間儲(chǔ)存斗時(shí),轉(zhuǎn)載設(shè)備卸料到中間儲(chǔ)存斗,轉(zhuǎn)載設(shè)備卸料后運(yùn)轉(zhuǎn)到斗式計(jì)量秤受料位置,中間儲(chǔ)料斗進(jìn)入等待卸料狀態(tài)。充填時(shí),采用裝載機(jī)上料至骨料儲(chǔ)存斗,由骨料儲(chǔ)存斗下皮帶給料機(jī)給料到斗式計(jì)量秤,稱(chēng)量達(dá)到配料值后進(jìn)入轉(zhuǎn)載卸料等待狀態(tài),轉(zhuǎn)載設(shè)備到達(dá)受料位后斗式計(jì)量秤下的給料設(shè)備自動(dòng)啟動(dòng),向轉(zhuǎn)載設(shè)備卸料,卸料完畢后斗式計(jì)量秤下的給料設(shè)備自動(dòng)停止卸料,同時(shí)斗式計(jì)量秤進(jìn)入下一循環(huán)計(jì)量,轉(zhuǎn)載設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)至等待卸料位置(或卸入中間儲(chǔ)存斗),轉(zhuǎn)載設(shè)備(或中間儲(chǔ)存斗)進(jìn)入等待制備卸料狀態(tài)。1.1.2水泥倉(cāng)干、氣行使被吹灰機(jī)聯(lián)合給料膠結(jié)劑采用水泥倉(cāng)儲(chǔ)存,配連接散裝粉體罐車(chē)的卸料吹灰管;水泥倉(cāng)倉(cāng)頂設(shè)除塵器,安全閥;倉(cāng)底設(shè)卸料閥門(mén)和螺旋給料機(jī)。膠結(jié)劑由散裝粉體罐車(chē)運(yùn)至充填站,由吹灰管輸送至水泥倉(cāng)內(nèi),卸料時(shí)開(kāi)啟倉(cāng)頂除塵器,卸料完畢密封吹灰管,關(guān)閉除塵器。倉(cāng)體錐部設(shè)氣嘴破拱裝置,當(dāng)膠結(jié)劑斗式計(jì)量秤某時(shí)段連續(xù)來(lái)料流速≤設(shè)定值時(shí),氣嘴自動(dòng)噴吹一次,以消除結(jié)拱維持給料速度。螺旋給料機(jī)具備分段高低速運(yùn)轉(zhuǎn)粗精秤給料功能,粗秤時(shí)高速運(yùn)轉(zhuǎn),縮短計(jì)量時(shí)間;精秤時(shí)低速運(yùn)轉(zhuǎn),提高單斗計(jì)量精度。充填時(shí),打開(kāi)倉(cāng)底閥門(mén),膠結(jié)劑經(jīng)倉(cāng)底的螺旋給料機(jī)輸送至水泥計(jì)量稱(chēng),稱(chēng)量達(dá)到配料值后進(jìn)入等待制備卸料狀態(tài)。1.1.3流量管道的設(shè)置調(diào)濃水采用斗式水秤計(jì)量,采取粗精秤兩路管道進(jìn)料,設(shè)閥門(mén)控制開(kāi)閉,粗秤管道為大直徑大流量管道;精秤管道為小管徑小流量管道。粗秤時(shí),粗秤管道和精秤管道同時(shí)打開(kāi),達(dá)到粗秤值時(shí)關(guān)閉粗秤管道繼續(xù)進(jìn)料精秤,達(dá)到水配料值時(shí)關(guān)閉精秤管道,計(jì)量完畢后進(jìn)入等待制備卸料狀態(tài)。1.2充填料漿卸料、骨料、膠結(jié)劑和水封劑的工藝流程充填料漿制備采用兩段攪拌工藝,充填時(shí)兩段攪拌均連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),第一段強(qiáng)制活化攪拌,采用雙臥軸強(qiáng)制攪拌機(jī),采用靜態(tài)強(qiáng)制活化攪拌技術(shù),消除尾砂和膠結(jié)劑干粉絮團(tuán)實(shí)現(xiàn)均化;第二段儲(chǔ)料均化攪拌,采用立式攪拌桶,儲(chǔ)料功能是為減小因尾砂結(jié)拱和黏粘等因素導(dǎo)致的單循環(huán)配料計(jì)量和卸料誤差,同時(shí)也能進(jìn)一步均化料漿,提高充填料漿制備質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)充填系統(tǒng)料漿連續(xù)出料。立式攪拌桶容積大于等于2倍第一段攪拌量和5min充填料漿流量的最大值,充填料漿卸料口位于底部或桶側(cè),卸料口設(shè)可調(diào)節(jié)開(kāi)度的卸料閥門(mén),用于調(diào)節(jié)控制充填流量。骨料、膠結(jié)劑和水等充填物料計(jì)量完畢,全部進(jìn)入等待制備卸料狀態(tài)后,按照水、骨料、膠結(jié)劑順序開(kāi)始卸入強(qiáng)制活化攪拌機(jī)內(nèi)。首先卸入水,在強(qiáng)制活化攪拌機(jī)內(nèi)形成水幕以達(dá)到抑塵目的;卸水開(kāi)始一段時(shí)間后(間隔時(shí)間以形成的水幕能夠明顯抑塵為判斷依據(jù),根據(jù)試驗(yàn)觀測(cè)調(diào)節(jié))開(kāi)始骨料和膠結(jié)劑卸料,全部卸料完成后進(jìn)入攪拌制備計(jì)時(shí),骨料斗式計(jì)量秤、膠結(jié)劑斗式計(jì)量秤和水斗式計(jì)量秤進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)的計(jì)量。為確保攪拌均化時(shí)間,強(qiáng)制活化攪拌時(shí)間設(shè)置從全部卸料完畢時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),以制備的料漿內(nèi)無(wú)尾砂和膠結(jié)劑干粉絮團(tuán)為判斷指標(biāo),攪拌到設(shè)定時(shí)間后,進(jìn)入第一段攪拌卸料等待狀態(tài)。當(dāng)?shù)诙瘟⑹綌嚢柰傲衔桓哂谠O(shè)定料位時(shí),第一段強(qiáng)制活化攪拌機(jī)進(jìn)入等待料漿卸料狀態(tài),充填物料仍處于等待制備卸料狀態(tài)。當(dāng)?shù)诙蝺?chǔ)料均化攪拌的立式攪拌桶料位低于設(shè)定料位時(shí),既能夠容納第一段攪拌卸入的料漿量,第一段強(qiáng)制活化攪拌機(jī)進(jìn)入卸料狀態(tài),卸料完畢后關(guān)閉卸料門(mén),進(jìn)入進(jìn)料等待狀態(tài),當(dāng)下一循環(huán)的充填物料計(jì)量并全部進(jìn)入等待制備卸料狀態(tài)后按前述卸料順序卸料并制備充填料漿,開(kāi)始下一制備循環(huán)。2工程實(shí)例2.1充填采礦法工藝優(yōu)化研究某金礦位于河南省洛陽(yáng)市西南,為緩傾斜礦體,厚度極薄到厚,礦巖均破碎,原采用淺孔留礦法回采,為了提高礦產(chǎn)資源綜合利用率,礦山進(jìn)行了采礦工藝優(yōu)化研究,根據(jù)礦體開(kāi)采技術(shù)條件,確定采用上向進(jìn)路充填采礦法,因此,需要建設(shè)一座充填站。通過(guò)礦山建設(shè)條件分析,采選充平衡計(jì)算,充填材料試驗(yàn)和充填系統(tǒng)配置研究,確定采用脫水尾砂精準(zhǔn)配料強(qiáng)制均化制備結(jié)構(gòu)流充填工藝。礦山采礦生產(chǎn)規(guī)模為15萬(wàn)t,年作業(yè)時(shí)間300d,礦石體重2.65t/m經(jīng)計(jì)算并結(jié)合充填材料試驗(yàn)成果,確定充填流量為60m2.2尾砂儲(chǔ)備方案(1)骨料。由于礦體集中程度高,生產(chǎn)規(guī)模較小,采出空區(qū)個(gè)數(shù)少和體積小,充填的不均衡系數(shù)大,充填系統(tǒng)生產(chǎn)時(shí)間集中,為了解決選礦尾砂產(chǎn)出和充填尾砂需求之間的矛盾,充填系統(tǒng)要具備尾砂儲(chǔ)備功能,因砂倉(cāng)和濃密機(jī)要實(shí)現(xiàn)大量尾砂儲(chǔ)備投資大,經(jīng)尾砂脫水方案比選研究,采用陶瓷過(guò)濾機(jī)進(jìn)行分級(jí)尾砂脫水,在陶瓷過(guò)濾機(jī)下設(shè)堆場(chǎng),脫水尾砂性狀呈絮團(tuán)狀儲(chǔ)備于堆場(chǎng)(見(jiàn)圖2)。(2)膠結(jié)劑。根據(jù)大宗材料就地解決原則,宜采用低標(biāo)號(hào)膠結(jié)劑,故采用42.5(3)調(diào)濃水。礦山生產(chǎn)用水。2.3尾砂給料及計(jì)量(1)骨料。選礦廠排出的尾砂漿使用渣漿泵輸送至分級(jí)站(標(biāo)高505m),全尾砂漿質(zhì)量濃度約26%～28%,流量約60m全尾砂料漿進(jìn)入分級(jí)站后連接旋流器進(jìn)料口,采用旋流器組,旋流分級(jí)后底流產(chǎn)率≥60%,底流濃度≥45%。分級(jí)后底流通過(guò)管道自流至充填站脫水車(chē)間陶瓷過(guò)濾機(jī)儲(chǔ)料槽(標(biāo)高472m),管道長(zhǎng)度約200m,高差33m,為實(shí)現(xiàn)自流輸送,靠旋流器側(cè)前50m管道直徑DN125,后續(xù)管道直徑DN100,底流進(jìn)入陶瓷過(guò)濾機(jī),溢流自流回選礦廠。陶瓷過(guò)濾機(jī)采用TT5C-60型,過(guò)濾面積60m尾砂使用裝載機(jī)上料,采用ZL50裝載機(jī)裝卸尾砂,在脫水車(chē)間底部堆場(chǎng)鏟裝尾砂至充填站配料機(jī),配料機(jī)容積10m配料機(jī)內(nèi)尾砂通過(guò)配料皮帶給入斗式計(jì)量秤,配料皮帶寬800mm,為實(shí)現(xiàn)尾砂精準(zhǔn)計(jì)量,皮帶配變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng),設(shè)粗精秤功能,粗秤時(shí)為縮短計(jì)量時(shí)間,皮帶設(shè)置為高頻50Hz高速運(yùn)轉(zhuǎn);精秤時(shí)為精準(zhǔn)計(jì)量,皮帶設(shè)置為低頻10Hz低速運(yùn)轉(zhuǎn)。斗式計(jì)量秤內(nèi)尾砂計(jì)量達(dá)到配料量時(shí),進(jìn)入等待狀態(tài),待斗式提升機(jī)下放至受料位置,由斗式計(jì)量秤皮帶給入斗式提升機(jī)料斗,斗式提升機(jī)型號(hào)為HZS120.2,提升電機(jī)設(shè)變頻啟停,尾砂通過(guò)斗式提升機(jī)提升至攪拌樓計(jì)量層等待卸料指令。(2)膠結(jié)劑。水泥倉(cāng)容積為100t,水泥倉(cāng)采用鋼結(jié)構(gòu),直徑Φ=3m,水泥倉(cāng)頂設(shè)置人行檢查孔、連續(xù)料位計(jì)及脈沖反吹袋式除塵器。水泥給料使用LSY273單管螺旋給料機(jī),螺旋體外殼直徑為273mm,輸送距離約8m,設(shè)備功率為11kW,水泥計(jì)量使用0.8m充填時(shí),打開(kāi)水泥倉(cāng)底部螺旋閘門(mén),啟動(dòng)單管螺旋給料機(jī),向水泥秤輸送水泥至配料量,卸料時(shí)打開(kāi)水泥秤下氣動(dòng)蝶閥和振打器,水泥自流至攪拌槽。(3)調(diào)濃水。充填用水引自高位水池,倉(cāng)容600m2.4填充料漿，攪拌制備第一段攪拌采用JS2000雙臥軸強(qiáng)制攪拌機(jī),進(jìn)料容積3m第二段攪拌采用Φ2000×2100立式高濃度攪拌桶,有效容積為5m2.5拖泵泵壓監(jiān)控根據(jù)充填系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力和運(yùn)行工況,充填管路長(zhǎng)度約1.2km,高差-20m,料漿輸送選用一臺(tái)HBT8018C-5混凝土拖泵,輸送壓力(低壓/高壓)10/18MPa,輸送流量(低壓/高壓)87/55m將拖泵泵斗體積改至2m在拖泵油缸設(shè)置泵壓監(jiān)控傳感器,泵壓超限時(shí)停泵并將料漿制備流程置于暫停狀態(tài),控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警,等待處置后再恢復(fù)。2.6充分體現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的效果充填站建成后,通過(guò)調(diào)試,系統(tǒng)順利穩(wěn)定運(yùn)行。2019年已完成礦山6條進(jìn)路采空區(qū)的充填工作,累計(jì)充填方量約3500m3充填料漿均質(zhì)充填技術(shù)(1)研發(fā)的脫水尾砂精準(zhǔn)配料強(qiáng)制均化結(jié)構(gòu)流充填工藝,實(shí)現(xiàn)了提前備料、精準(zhǔn)計(jì)量、強(qiáng)制活化周期制備-儲(chǔ)料調(diào)偏連續(xù)出料兩段式攪拌,能夠準(zhǔn)確控制充填物料配合比和充填料漿質(zhì)量濃度,制備出了高濃度似均質(zhì)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)流充填料漿,能控制充填料漿制備質(zhì)量和充填成本。(2)脫水尾砂制備充填料漿解決了砂倉(cāng)和倉(cāng)式濃密機(jī)沉砂濃度限制尾砂充填料漿制備質(zhì)量濃度瓶頸問(wèn)題。(3)