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摘要：阿尔哈达铅锌矿尾砂产出率高，充填料来源充足、广泛，采集方便，成本低，因此，选择采用尾砂作充填骨料。因立式砂仓容积大，自动化控制水平高，操作简便，易管理，可连续均匀地制备较高浓度的充填料浆，充填能力大，充填成本低，是我国矿山目前普遍采用的一种正规的充填系统，故设计选择建设立式砂仓充填站。采用充填采矿法既可以节省尾矿库和废石堆场的建设投资，又可以保护环境，提高社会效益。
关键词：充填材料；充填系统；高寒草原环境；空场法；采空区；老矿山
中图分类号：TD853 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）35-0135-02
阿尔哈达铅锌矿为一个生产多年的老矿山，目前矿山井下存在大量采空区。本次设计推荐的采矿方法，空场法占较大的比例，这类采矿方法回采结束后，也会形成一定数量的采空区。本着“废石不出坑，尾矿少建库，基本实现无废开采”的设计原则，矿山正常生产期间的掘进废石皆回窿到矿山现存采空区，选矿厂粗颗粒尾砂充填到矿山正常生产期间的采空区。这样既可以节省尾矿库和废石堆场的建设投资，又可以保护环境，提高社会效益。
1 充填材料选择
由于该矿尾砂产出率高，充填料来源充足、广泛，采集方便，成本低，因此，选择采用尾砂作充填骨料。根据矿山具体实际，结合地理环境、成本因素、工艺复杂程度等，并借鉴其他矿山的经验，选择充填用胶凝材料为水泥，采用425#普通硅酸盐散装水泥。充填用水为矿山生产用水，水源量可满足充填用水量需求。阿尔哈达铅锌矿+37μm尾砂的比例超过30%，根据矿体容重和尾砂容重，计算在采充比为1∶1（采空区体积与充填体积之比）的情况下，分级尾砂充填时，分级尾砂量上有一定的缺口。由于全尾砂充填系统投资大大高于分级尾砂充填系统，且全尾砂系统工艺复杂，运行成本亦高，当分级尾砂量可满足充填量需要时，则不采用全尾砂充填。该矿全部采用分级尾砂充填采空区尾砂量不足，但由于井下产出的废石50%以上充填到采空区，分级尾砂可以满足采空区充填的要求。因此，设计推荐采用分级尾砂加废石充填。
2 充填系统
2.1 充填系统方案确定
全尾砂经水力旋流器分级后，沉砂进入砂仓进行沉降脱水存储，充填时采用高压水进行造浆，然后通过计量控制系统进行放砂，与水泥（按要求的灰砂比）在高浓度搅拌桶内搅拌后制备成高浓度分级尾砂充填料浆，经高扬程渣浆泵加压后通过管道输送到采场，脱水后形成充填体。因立式砂仓容积大，自动化控制水平高，操作简便，易管理，可连续均匀地制备较高浓度的充填料浆，充填能力大，充填成本低，是我国矿山目前普遍采用的一种正规的充填系统，故设计选择建设立式砂仓充填站。
2.2 充填站建设
由于该矿矿体沿走向延伸较长，充填管线长，因而充填倍线大。充填料浆采用加压输送。根据充填能力，在地表建一座充填站，按3天充填量建1500m3立式砂仓2个、200t水泥仓1个及其他厂房和辅助设施。充填站具有两套充填系统，一套工作，一套备用，两套交替轮换使用。
2.3 充填料浆制备工艺
选厂排出的尾砂进入分级站，由水力旋流器进行分级，水力旋流器底流尾砂存入立式砂仓储备并脱水，溢流尾砂排至尾砂库存放。砂仓底部装有松动喷嘴，充填时通入适量高压水使沉淀的尾砂流态化，通过主砂管放入充填料浆制备搅拌桶。散装水泥罐车将散装水泥运来后通过风力打入水泥仓，水泥仓中水泥通过螺旋给料装置放入搅拌桶。
充填灰砂比（水泥∶尾砂）配比通过电子自动计量装置进行调节，当需充填采矿时可实施胶结充填，采空区充填时采用不加水泥的尾砂充填。为了确定胶结充填灰砂比，对该矿全尾砂进行了混凝土试块强度试验。参照类比其他类似矿山的经验，在分级尾砂胶结充填条件下，初步选定灰砂比为1∶4。充填站还设有贮水池，水池水通过泵送来用作造浆用水和搅拌桶充填砂浆制备用水。水泥、尾砂和水在搅拌桶中搅拌成一定浓度和一定灰砂比的充填料浆后通过管道连续均匀地送至井下采空区充填。
2.4 充填料浆输送
充填料浆采用输送能力大的管道输送方式来进行采空区充填，充填系统宜采用连续充填作业方式。从地表充填站充填料浆出口，通过副井或斜坡道至井下，充填主管和分支管进入各中段，中段充填管再由分支管进入各采空区上部充填口进行采空区充填。充填料浆输送浓度不宜太浓，以便于输送，防止堵管。同时考虑用水量、井下脱水量、井下排水量以及对充填体强度的影响因素，设计选择充填料浆输送重量浓度为65%～70%。
3 结语
分级尾砂充填与全尾砂充填相比，具有明显的优点：（1）工艺简单。由于全尾砂含泥量大、容易结块、沉降速度慢、造浆困难、对各工艺环节要求严格，所要求的工序多，工艺复杂；（2）充填成本低。其充填工艺中若采用分级尾砂充填，不必全部采用胶结充填，而采用全尾砂充填时则必须采用胶结充填，充填成本中水泥消耗占成本构成中的大部分，全尾砂充填成本将大大高于分级尾砂充填成本；（3）对井下作业影响小。分级尾砂充填料脱水容易，脱水时间短，而全尾砂充填脱水困难、脱水时间长。若管理不好，充填体中的细颗粒会进入井下的排水系统，既污染井下生产环境，又增加排泥费用。由于全尾砂充填本身所固有的特点，其应用受到限制，只在矿山尾砂产出率低，而其他充填料来源紧张或来源成本高的情况下才采用全尾砂充填。
参考文献
[1] PENG Kang，LI Xi-bing，WAN Chuan-chuan，PENG Shu-quan.Research on safe mining technology of undersea metal Mine[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China，2012，（3）.
[2] 彭康，李夕兵.基于响应面法的海下框架式采场结构优化[J].中南大学学报：自然科学版，2011，（8）.
[3] 彭康，李夕兵.海底下框架式分层充填法开采中矿岩稳定性分析[J].中南大学学报：自然科学版，2011，（11）.
[4] PENG Kang，LI Xi-bing.A numerical simulation of seepage structure surface and its feasibility verifying
[J].Journal of Central South University of Technology（English Edition），2013，（5）.
[5] 李夕兵，刘志祥，彭康.金属矿滨海基岩开采岩石力学理论与实践[J].岩石力学与工程学报，2010，29（10）.
[6] PENG Kang，LI Xi-bing.A numerical simulation of seepage structure surface and its feasibility verifying
[J].Journal of Central South University of Technology（English Edition），2013，（5）.
[7] 彭康，李夕兵.基于未确知测度模型的尾矿库溃坝风险评价[J].中南大学学报：自然科学版，2012，43（4）.
作者简介：赵杰（1967-），山东龙口人，锡林郭勒盟山金阿尔哈达矿业有限公司工程师，研究方向：采矿技术管理。
关键词：充填材料；充填系统；高寒草原环境；空场法；采空区；老矿山
中图分类号：TD853 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）35-0135-02
阿尔哈达铅锌矿为一个生产多年的老矿山，目前矿山井下存在大量采空区。本次设计推荐的采矿方法，空场法占较大的比例，这类采矿方法回采结束后，也会形成一定数量的采空区。本着“废石不出坑，尾矿少建库，基本实现无废开采”的设计原则，矿山正常生产期间的掘进废石皆回窿到矿山现存采空区，选矿厂粗颗粒尾砂充填到矿山正常生产期间的采空区。这样既可以节省尾矿库和废石堆场的建设投资，又可以保护环境，提高社会效益。
1 充填材料选择
由于该矿尾砂产出率高，充填料来源充足、广泛，采集方便，成本低，因此，选择采用尾砂作充填骨料。根据矿山具体实际，结合地理环境、成本因素、工艺复杂程度等，并借鉴其他矿山的经验，选择充填用胶凝材料为水泥，采用425#普通硅酸盐散装水泥。充填用水为矿山生产用水，水源量可满足充填用水量需求。阿尔哈达铅锌矿+37μm尾砂的比例超过30%，根据矿体容重和尾砂容重，计算在采充比为1∶1（采空区体积与充填体积之比）的情况下，分级尾砂充填时，分级尾砂量上有一定的缺口。由于全尾砂充填系统投资大大高于分级尾砂充填系统，且全尾砂系统工艺复杂，运行成本亦高，当分级尾砂量可满足充填量需要时，则不采用全尾砂充填。该矿全部采用分级尾砂充填采空区尾砂量不足，但由于井下产出的废石50%以上充填到采空区，分级尾砂可以满足采空区充填的要求。因此，设计推荐采用分级尾砂加废石充填。
2 充填系统
2.1 充填系统方案确定
全尾砂经水力旋流器分级后，沉砂进入砂仓进行沉降脱水存储，充填时采用高压水进行造浆，然后通过计量控制系统进行放砂，与水泥（按要求的灰砂比）在高浓度搅拌桶内搅拌后制备成高浓度分级尾砂充填料浆，经高扬程渣浆泵加压后通过管道输送到采场，脱水后形成充填体。因立式砂仓容积大，自动化控制水平高，操作简便，易管理，可连续均匀地制备较高浓度的充填料浆，充填能力大，充填成本低，是我国矿山目前普遍采用的一种正规的充填系统，故设计选择建设立式砂仓充填站。
2.2 充填站建设
由于该矿矿体沿走向延伸较长，充填管线长，因而充填倍线大。充填料浆采用加压输送。根据充填能力，在地表建一座充填站，按3天充填量建1500m3立式砂仓2个、200t水泥仓1个及其他厂房和辅助设施。充填站具有两套充填系统，一套工作，一套备用，两套交替轮换使用。
2.3 充填料浆制备工艺
选厂排出的尾砂进入分级站，由水力旋流器进行分级，水力旋流器底流尾砂存入立式砂仓储备并脱水，溢流尾砂排至尾砂库存放。砂仓底部装有松动喷嘴，充填时通入适量高压水使沉淀的尾砂流态化，通过主砂管放入充填料浆制备搅拌桶。散装水泥罐车将散装水泥运来后通过风力打入水泥仓，水泥仓中水泥通过螺旋给料装置放入搅拌桶。
充填灰砂比（水泥∶尾砂）配比通过电子自动计量装置进行调节，当需充填采矿时可实施胶结充填，采空区充填时采用不加水泥的尾砂充填。为了确定胶结充填灰砂比，对该矿全尾砂进行了混凝土试块强度试验。参照类比其他类似矿山的经验，在分级尾砂胶结充填条件下，初步选定灰砂比为1∶4。充填站还设有贮水池，水池水通过泵送来用作造浆用水和搅拌桶充填砂浆制备用水。水泥、尾砂和水在搅拌桶中搅拌成一定浓度和一定灰砂比的充填料浆后通过管道连续均匀地送至井下采空区充填。
2.4 充填料浆输送
充填料浆采用输送能力大的管道输送方式来进行采空区充填，充填系统宜采用连续充填作业方式。从地表充填站充填料浆出口，通过副井或斜坡道至井下，充填主管和分支管进入各中段，中段充填管再由分支管进入各采空区上部充填口进行采空区充填。充填料浆输送浓度不宜太浓，以便于输送，防止堵管。同时考虑用水量、井下脱水量、井下排水量以及对充填体强度的影响因素，设计选择充填料浆输送重量浓度为65%～70%。
3 结语
分级尾砂充填与全尾砂充填相比，具有明显的优点：（1）工艺简单。由于全尾砂含泥量大、容易结块、沉降速度慢、造浆困难、对各工艺环节要求严格，所要求的工序多，工艺复杂；（2）充填成本低。其充填工艺中若采用分级尾砂充填，不必全部采用胶结充填，而采用全尾砂充填时则必须采用胶结充填，充填成本中水泥消耗占成本构成中的大部分，全尾砂充填成本将大大高于分级尾砂充填成本；（3）对井下作业影响小。分级尾砂充填料脱水容易，脱水时间短，而全尾砂充填脱水困难、脱水时间长。若管理不好，充填体中的细颗粒会进入井下的排水系统，既污染井下生产环境，又增加排泥费用。由于全尾砂充填本身所固有的特点，其应用受到限制，只在矿山尾砂产出率低，而其他充填料来源紧张或来源成本高的情况下才采用全尾砂充填。
参考文献
[1] PENG Kang，LI Xi-bing，WAN Chuan-chuan，PENG Shu-quan.Research on safe mining technology of undersea metal Mine[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China，2012，（3）.
[2] 彭康，李夕兵.基于响应面法的海下框架式采场结构优化[J].中南大学学报：自然科学版，2011，（8）.
[3] 彭康，李夕兵.海底下框架式分层充填法开采中矿岩稳定性分析[J].中南大学学报：自然科学版，2011，（11）.
[4] PENG Kang，LI Xi-bing.A numerical simulation of seepage structure surface and its feasibility verifying
[J].Journal of Central South University of Technology（English Edition），2013，（5）.
[5] 李夕兵，刘志祥，彭康.金属矿滨海基岩开采岩石力学理论与实践[J].岩石力学与工程学报，2010，29（10）.
[6] PENG Kang，LI Xi-bing.A numerical simulation of seepage structure surface and its feasibility verifying
[J].Journal of Central South University of Technology（English Edition），2013，（5）.
[7] 彭康，李夕兵.基于未确知测度模型的尾矿库溃坝风险评价[J].中南大学学报：自然科学版，2012，43（4）.
作者简介：赵杰（1967-），山东龙口人，锡林郭勒盟山金阿尔哈达矿业有限公司工程师，研究方向：采矿技术管理。