全尾砂充填方案論證報告

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安徽草樓礦業(yè)有限責(zé)任公司草樓鐵礦全尾砂充填方案論證

長沙礦山研究院二○○五年八月

目錄

1草樓鐵礦簡介2充填的必要性

3充填方式選擇及技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較4全尾砂充填前期試驗(yàn)5充填系統(tǒng)工藝流程6充填系統(tǒng)建設(shè)投資估算7充填運(yùn)營成本8尾砂量平衡計算9技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)10結(jié)論與建議

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1草樓鐵礦簡介

草樓鐵礦位于安徽省六安市霍丘縣范橋鄉(xiāng)境內(nèi)，105國道及正在建設(shè)的商丘至景德鎮(zhèn)的高速馬路距礦床較近，分別為4.7km和3.5km，東南距霍丘縣約85km，至阜陽65km，南至六安120km，交通較為便利。

礦區(qū)地處淮河流域中上游沖積平原區(qū)，地勢平坦，海拔標(biāo)高30～50m。區(qū)內(nèi)氣候溫柔，四季明顯。根據(jù)霍丘縣氣象局近5年氣象資料，年最高氣溫為37.6℃，最低-12℃，無霜期一般為210～230天，最大凍土深度9cm，最大積雪深度16cm。年最大降雨量1507.8mm,最小降雨量506.4mm，年平均降雨量1064mm。

經(jīng)地質(zhì)普查及加密勘探，采用邊界品位TFe≥20%，工業(yè)品位≥23%圈定礦體，得出礦床總資源量為8605.98萬t，其中332類別的-400m標(biāo)高以上的資源量為5226.98萬t，333類別資源量3378.99萬t，礦石平均品位27.34%，礦石可選性能好，化學(xué)成份單一，硫、磷等有害元素含量低。

礦體被厚度為122～222m的第四系覆蓋，第四系中夾有1～4層中粗砂含水層。主礦體控制長度2400m，礦頭埋深130～208m，礦體沿傾斜方向斜深122m～555m，平均280m。礦體走向南南西轉(zhuǎn)為北北西，呈向東突出的弧形，礦體傾向西，傾角50°左右。礦體假厚度平均為53.09m，最大為92.88m，礦體埋藏于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以下及地下水水位之下，礦床以充水孔隙巖層為主，水文地質(zhì)及工程地質(zhì)條件中等，礦區(qū)地表為農(nóng)田、池塘和村莊，不允許陷落。

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草樓鐵礦初步設(shè)計由邯鄲華北冶建工程設(shè)計有限公司和馬鞍山礦山研究院工程勘探設(shè)計院于2023年3月完成，設(shè)計礦石生產(chǎn)能力為200萬t/年，工作制度為330d/a。設(shè)計采用中央主副井、兩翼風(fēng)井開拓。為了實(shí)現(xiàn)井下安全采礦，第四系以下留50m的礦體作為保安礦柱不予開采，開采范圍為16～23線，-170m至-410m的礦體。

初步設(shè)計選用的主體采礦方法為分段礦房法，為防止第四系粘土層和流砂含水層破壞，留有大量礦柱支撐采空區(qū)，礦石回收率為64%。后由中國有色工程設(shè)計研究總院進(jìn)行采礦方法優(yōu)化論證，推薦采用分段空場嗣后充填采礦法。采用嗣后膠結(jié)充填后，礦石回收率為88%，礦山服務(wù)年限23年。

初步設(shè)計的產(chǎn)品方案為單一鐵精礦，選礦工藝流程為三段一閉路的破碎磨礦工藝，其中中碎之前的篩上產(chǎn)品直接分選拋尾，最終鐵精礦回收率80.01%,品位66.5%，產(chǎn)率32.03%，干選尾礦產(chǎn)率14.12%，尾砂產(chǎn)率53.85%。當(dāng)?shù)V山達(dá)到200萬t/年生產(chǎn)規(guī)模時，鐵精礦年產(chǎn)量64.06萬t、干拋尾礦量28.24萬t、尾砂年產(chǎn)量107.7萬t。

該礦目前正處于基建期，其中主、副井、措施井等主體開拓工程已穿過第四系覆蓋層，2023年上半年即可完成-230中段的開拓工程，2023年計劃進(jìn)行試生產(chǎn)，到2023年達(dá)到200萬t/a的生產(chǎn)規(guī)模。

2充填的必要性

根據(jù)草樓鐵礦礦體賦存條件及內(nèi)外部開采技術(shù)條件，采用膠結(jié)充填采礦法具有如下重要意義：

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①保證礦山生產(chǎn)安全。由于草樓鐵礦上覆第四系覆蓋層平均厚達(dá)170m，且其中含有1～4層流砂層，如采用崩落采礦法，上覆巖層冒落導(dǎo)通流砂層，則存在礦坑涌水、第四系泥砂涌入井下形成泥石流等重大安全隱患。當(dāng)采用空場法時，大規(guī)模開采必然遺留大量空區(qū)，一旦空區(qū)失穩(wěn)則將導(dǎo)致大規(guī)模地壓活動及上覆巖層崩落，同樣引起上述要挾整個礦山安全生產(chǎn)的地質(zhì)災(zāi)難。所以要實(shí)現(xiàn)礦山的安全開采，必需切實(shí)對第四系覆蓋層實(shí)行保護(hù)，防止其產(chǎn)生冒落。在可供選擇的采礦方法中，充填采礦法是最為切實(shí)可行的采礦方法。

②保護(hù)礦區(qū)及周邊生態(tài)環(huán)境。礦區(qū)地勢平坦，地面植被良好，人口較為密集。如礦床上覆巖層崩落，則將對地表生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生破壞，地面村莊、池塘及高產(chǎn)農(nóng)田被毀。同時由于大量尾礦需堆存于地表，不但需大量征地，尾礦庫建設(shè)相對于山區(qū)而言投資更大。平原地區(qū)尾砂堆壩安全問題更為突出。將尾砂充填于井下則可有效地解決上述問題，高質(zhì)量的膠結(jié)充填可有效地保護(hù)礦區(qū)地表及礦區(qū)周邊環(huán)境，大幅度地減少尾礦堆存占地。

霍丘鐵礦區(qū)是我國大型鐵礦區(qū)之一，礦區(qū)南北長32km，東西寬5km，估算全區(qū)鐵礦石總儲量達(dá)16.5億噸，礦區(qū)內(nèi)目前正在開發(fā)利用的還有李樓鐵礦等。資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)是該礦區(qū)所面臨的共同難題，尾砂充填在草樓鐵礦運(yùn)用成功對該區(qū)其它礦山具有十分重要的示范作用。

③可提高礦石資源回收利用率。膠結(jié)充填采礦法可實(shí)現(xiàn)兩步驟順利回采，從而大幅度提高礦石回收利用率，延長礦山服務(wù)年限，使礦

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山獲得最大的總經(jīng)濟(jì)增益和社會效益。

3充填方式選擇及技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

根據(jù)所選用的采礦方法，為了滿足第Ⅱ步驟采場的回采要求，第Ⅰ步驟采場需膠結(jié)充填，充填體強(qiáng)度視采場結(jié)構(gòu)參數(shù)（即充填體暴露面積）而定，一般不小于1.0Mpa。為了第Ⅱ步驟采場回采時能在第Ⅰ步驟采場充填體中布置出礦巷道，同時為了給底柱回采創(chuàng)造條件，采場底部需較高強(qiáng)度的膠結(jié)充填，充填體強(qiáng)度不小于3MPa。

實(shí)現(xiàn)膠結(jié)充填的方式有多種選擇，充填料制備與輸送方式亦各不一致。基于草樓鐵礦的內(nèi)外部條件并遵循最大限度地利用自身所產(chǎn)廢料的原則，可供選擇的生產(chǎn)廢料有掘進(jìn)廢石、干拋尾礦及選礦廠尾砂。掘進(jìn)廢石及干拋尾礦經(jīng)破碎加工可作為建筑材料綜合利用，所以選礦廠尾砂即為最適合的充填材料，相應(yīng)的最適合的充填方式為尾砂膠結(jié)充填。

根據(jù)是否對選廠尾砂進(jìn)行分級，又可分為分級尾砂膠結(jié)充填和全尾砂膠結(jié)充填兩個技術(shù)方案。3.1方案描述

3.1.1分級尾砂膠結(jié)充填

該種充填方式采用兩相流管道輸送，為了解決井下充填料脫水問題，對尾砂充填料滲透系數(shù)要求較高，一般要求滲透系數(shù)>10cm/h，所以需對選廠尾砂進(jìn)行分級。根據(jù)選廠尾砂產(chǎn)率和尾砂粒度組成，分級界限可設(shè)定為27μm,+27μm分級尾砂（粗砂）用于井下充填，-27

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μm細(xì)泥排入尾礦庫。

充填系統(tǒng)由分級尾砂給料、水泥儲存給料、充填料漿制備輸送及自動控制等子系統(tǒng)組成，工藝流程為：

①分級尾砂供料線。

選廠磁選車間排出全尾砂由泵加壓后輸送至水力旋流器進(jìn)行分級，旋流器型號為φ300，共2組，每組10臺。旋流器底流粗砂自流至礦漿池，然后由泵揚(yáng)送至充填站的立式砂倉，而旋流器溢流（細(xì)泥）則由泵輸送至尾礦庫。

立式砂倉直徑為10m，有效容積為1500m3，砂倉基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，砂倉采用鋼結(jié)構(gòu)。砂倉頂部設(shè)料位計，底部設(shè)造漿系統(tǒng)和放砂管路，充填時用高壓水對砂倉中分級尾砂進(jìn)行造漿，然后通過放砂管向攪拌設(shè)備供給尾砂。

②水泥供料線。

散裝水泥車將水泥運(yùn)至充填站后吹卸入容積170m3的水泥倉中,倉頂設(shè)有除塵器及料位計，倉底裝有螺旋閘門及雙管螺旋給料機(jī)。雙管螺旋給料機(jī)電機(jī)采用變頻調(diào)速控制，將水泥按配比輸送至攪拌設(shè)備。

③充填料制備與輸送

攪拌設(shè)備為立式高濃度攪拌槽，尾砂漿及水泥參與攪拌槽后攪拌均勻，然后通過放漿管將制備好的充填料漿放至充填鉆孔及井下充填管道而自流輸送至采場空區(qū)進(jìn)行充填。

④自動控制。

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系統(tǒng)運(yùn)行所檢測的參數(shù)有放砂流量、放砂濃度、水泥給料量、水添加量、充填料漿濃度及流量、砂倉料位及水泥倉料位。系統(tǒng)所進(jìn)行調(diào)理的參數(shù)有放砂流量及濃度、水泥給料量、充填料漿濃度及流量（攪拌桶液位）。

充填系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)為：單套系統(tǒng)生產(chǎn)能力80m3/h

充填料漿制備輸送濃度70%

根據(jù)礦山生產(chǎn)能力要求，設(shè)立四套充填系統(tǒng)，每套充填系統(tǒng)由一個立式砂倉、一個水泥倉、一個高濃度攪拌槽、一個充填站孔及井下管網(wǎng)組成。四套充填系統(tǒng)集中布置于采礦工業(yè)場地西側(cè)，系統(tǒng)建設(shè)總投資2511萬元，其中坑內(nèi)充填管網(wǎng)324萬元，地面充填管網(wǎng)21萬元，充填攪拌站2166萬元。

系統(tǒng)運(yùn)行成本為9.262元/t礦石，年充填作業(yè)量178.4萬t，年充填作業(yè)總成本為1652.4萬元，年水泥用量41032t。

中國有色工程設(shè)計研究總院經(jīng)采礦方案優(yōu)化后，得出草樓鐵礦年尾砂產(chǎn)生量為107.4744萬t，除15.048萬t細(xì)尾砂送往尾礦庫堆存外，其余92.4264萬t粗砂用于采空區(qū)充填。3.1.2全尾砂膠結(jié)充填

全尾砂膠結(jié)充填即是以全尾砂作為充填材料，采用與分級尾砂不同的充填料漿制備及輸送工藝實(shí)現(xiàn)膠結(jié)充填。由于不對選廠尾砂進(jìn)行分級，故充入井下空區(qū)及排入尾礦庫的尾砂均為全尾砂。為了保證井下充填質(zhì)量，解決充填料脫水問題，必需盡量提高充填料漿制備輸送濃度，使充填料漿充入采場后不脫水或少脫水。同時使充入第Ⅱ步驟

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空區(qū)中的全尾砂不產(chǎn)生泄漏。

充填系統(tǒng)工藝流程詳見第4節(jié)，系統(tǒng)由全尾砂沉降造漿放砂、水泥供料、充填料漿攪拌及輸送、自動控制等組成。

①全尾砂沉降造漿放砂

選廠全尾砂經(jīng)濃密后輸送至充填站臥式砂池中自然沉降，充填前，排除全尾砂料面上的澄清水，然后采用壓氣造漿。砂池中全尾砂造漿均勻后，再由放砂管向攪拌機(jī)供給全尾砂漿。

②水泥供料線

散裝水泥運(yùn)至充填站后卸入散裝水泥倉，水泥倉底部裝有螺旋閘門、雙管螺旋給料機(jī)及螺旋電子秤，水泥經(jīng)雙管螺旋給料及電子秤計量后向攪拌機(jī)供料。

③充填料制備與輸送

攪拌機(jī)選用雙臥軸攪拌機(jī)+高速活化攪拌機(jī)兩段連續(xù)攪拌。全尾砂漿及水泥攪拌均勻后制備成具有結(jié)構(gòu)流特性的充填料漿，通過測量管及下料漏斗進(jìn)入充填鉆孔，然后通過井下輸送管道自流輸送至采場空區(qū)充填。

④自動控制

充填站設(shè)置較完善的自動檢測及調(diào)理系統(tǒng)。系統(tǒng)檢測的參數(shù)有：全尾砂放砂流量、水泥給料量、調(diào)濃水量、充填料漿流量及濃度、水泥倉料位等。系統(tǒng)調(diào)理的參數(shù)有：放砂流量、水泥給料量、調(diào)濃水量等。

系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)：單套系統(tǒng)制備能力70～90m3/h

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充填料漿濃度70～72%單套系統(tǒng)一次最大制備能力800m3

根據(jù)礦山生產(chǎn)能力要求，全礦設(shè)立3套獨(dú)立運(yùn)行的充填系統(tǒng)。根據(jù)全尾砂結(jié)構(gòu)流體自流輸送要求，其最大充填倍線需控制在3.5～4.0之內(nèi)，所以設(shè)立南北兩個充填料制備站，北區(qū)充填站設(shè)立兩套系統(tǒng)，南區(qū)充填站設(shè)立一套系統(tǒng)。每套系統(tǒng)由兩個臥式沉降池、一個水泥倉、一套攪拌機(jī)、一個永久性充填鉆孔及相應(yīng)的控制系統(tǒng)組成。系統(tǒng)建設(shè)總投資1283萬元，生產(chǎn)前期可于北區(qū)先行建設(shè)兩套系統(tǒng)，建設(shè)投資802萬元。

充填運(yùn)營成本為9.78元/t礦石，年充填作業(yè)量178.4萬t，年充填作業(yè)總成本為1744.75萬元，年水泥用量54267t。

經(jīng)尾砂總量平均計算，草樓鐵礦年尾砂產(chǎn)生量為107.4744萬噸，年充填總體積58.82萬m3，每m3充填體加權(quán)平均消耗全尾砂1.3698t，則年用于充填的全尾砂總量為Q=58.82×1.3698×k1×k2

k1為沉縮比，取1.1，k2流失系數(shù)，取1.05。得Q=93.06萬t

即93.06萬t全尾砂充填于井下，另有14.4144萬t全尾砂排放于尾礦庫堆存。3.2技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

上述兩種充填方式均技術(shù)可行，國內(nèi)外均有成功的生產(chǎn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。結(jié)合草樓鐵礦內(nèi)外部條件，可進(jìn)行以下技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析及比較：

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①技術(shù)可靠性。分級尾砂膠結(jié)充填是國內(nèi)目前運(yùn)用最為廣泛的充填方式，其系統(tǒng)工藝流程、裝備、自動控制等均有成功經(jīng)驗(yàn)可供借鑒，與之相配套的各種采礦方法也已在眾多礦山得到成功運(yùn)用。而全尾砂膠結(jié)充填則由于其突出的優(yōu)點(diǎn)是國內(nèi)外礦山所希望實(shí)現(xiàn)的充填方式。經(jīng)近三十年的發(fā)展，其基礎(chǔ)理論、系統(tǒng)工藝流程、裝備、自動控制等不斷創(chuàng)新和完善，特別是全尾砂脫水、儲存、給料、充填料漿制備輸送等工藝技術(shù)不斷得到發(fā)展，系統(tǒng)技術(shù)可靠性不斷提高，建設(shè)投資及運(yùn)行成本不斷下降，目前已日益廣泛地運(yùn)用于礦山生產(chǎn)之中，并取得了預(yù)期的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。

針對草樓鐵礦的具體條件，為了驗(yàn)證全尾砂充填關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)—全尾砂沉降脫水-壓氣造漿-管道放砂的可靠性，長沙礦山研究院與草樓鐵礦合作于2023年8月進(jìn)行了地表模擬試驗(yàn)并取得了預(yù)期效果，結(jié)合國內(nèi)類似礦山的成功經(jīng)驗(yàn)，全尾砂膠結(jié)充填在草樓鐵礦實(shí)施技術(shù)上亦是可靠的。

②充填系統(tǒng)生產(chǎn)能力

所選用的充填方式必需具有與采礦生產(chǎn)能力相配套的生產(chǎn)能力，以避免由于充填欠帳而帶來的技術(shù)難題。兩種充填方式均具有足夠的生產(chǎn)能力，按系統(tǒng)規(guī)劃建成充填系統(tǒng)后，日最大充填能力均可達(dá)到2000m3/d以上。但在保證充填質(zhì)量方面，全尾砂膠結(jié)充填更具優(yōu)越性。由于全尾砂沉降并采用壓氣造漿后，可連續(xù)10小時穩(wěn)定地向攪拌機(jī)供給全尾砂漿，而立式砂倉由于高壓水造漿及砂倉頂部沉降水貫穿等原因，放砂濃度穩(wěn)定時間有限，從而使配比難于確鑿控制，充填質(zhì)量

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受到影響。

③充填質(zhì)量

充填質(zhì)量是眾多因素綜合作用的最終表達(dá)。這些因素包括：尾砂物理化學(xué)性能及粒級組成、水泥（或其他膠結(jié)劑）性能、灰砂比（即水泥添加量）、配比的確鑿性、充填料漿濃度、攪拌制備的均勻性、井下養(yǎng)護(hù)時間和條件等。上述兩種充填方式中對充填質(zhì)量影響差異最大的是充填料漿濃度。分級尾砂充填料漿采用兩相流輸送，管內(nèi)流速一般為2m/s以上，即使在較高濃度下輸送，充填料漿充入采場后仍需脫水，充填料在采場中不可避免地產(chǎn)生離析分層等現(xiàn)象，從而使充填質(zhì)量降低、整體性變差。在大空場充填且采場積水的狀況下，上述狀況更為嚴(yán)重。全尾砂充填時，若濃度過低，同樣存在上述現(xiàn)象，且細(xì)顆粒對充填體強(qiáng)度產(chǎn)生更大的負(fù)面影響。但當(dāng)實(shí)現(xiàn)全尾砂結(jié)構(gòu)流體或膏體充填時，則充填料漿在管道及采場空區(qū)中可呈結(jié)構(gòu)滾動，可完全不脫水或只少量泌水，從而不存在離析、分層等不良現(xiàn)象，充填體結(jié)構(gòu)完整性好，質(zhì)量均勻穩(wěn)定。

④系統(tǒng)建設(shè)投資

系統(tǒng)建設(shè)投資可由充填站建設(shè)投資及相關(guān)整體設(shè)施（主要是尾礦庫建設(shè)）兩部分組成。

分級尾砂充填系統(tǒng)采用地面構(gòu)筑立式砂倉及水泥倉的主體結(jié)構(gòu)形式，系統(tǒng)建設(shè)投資概算為2511萬元。而全尾砂充填采用半地下臥式砂池的主體結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)建設(shè)投資概算為1283萬元，兩者相差1228萬元。

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兩種充填方式所充入井下的尾砂量及排入尾礦庫的尾砂量基本一致，分級尾砂充填排入尾礦庫的尾礦量為15.048萬t，全尾砂充填排入尾礦庫的尾礦量為14.41萬t。但充填時是否對尾砂進(jìn)行分級對尾礦庫的建設(shè)具有重大的意義。當(dāng)采用分級尾砂充填時，排入尾礦庫的-27μm細(xì)泥自身不能筑壩，只能采用人工筑壩，其筑壩費(fèi)用、尾礦壩占地面積及所需庫容等均大幅度增加。而采用全尾砂充填時，充入井下及排放至尾礦庫的均為全尾砂，根據(jù)選礦工藝流程及相鄰礦山實(shí)際生產(chǎn)狀況，全尾砂粒級較粗，尾砂自身即可堆壩，所以其筑壩費(fèi)用、尾礦庫占地面積及所需庫容均大幅度降低。由于草樓鐵礦地處沖積平原，附近沒有山谷可供利用，只能采用平地堆壩，所以采用全尾砂充填意義更為突出。

⑤充填運(yùn)營成本

分級尾砂充填運(yùn)營成本9.262元/t礦石。年充填總成本1652.4萬元，全尾砂充填運(yùn)營成本9.78元/t礦石，年充填總成本1744.75萬元。后者較前者分別高出0.518元/t礦石及92.35萬元。這主要是在計算中，在充填體強(qiáng)度要求較高的部位，分級尾砂充填按灰砂比1∶6計算，而全尾砂充填按灰砂比1∶4計算，從而使年水泥用量由分級尾砂充填的41032噸增加至54267噸，增加13235噸，計算中水泥用量的提高更能保證充填體強(qiáng)度滿足采礦作業(yè)要求。

由上所述，在技術(shù)可靠性、充填能力、充填質(zhì)量方面，全尾砂充填均存在一定的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，而在充填系統(tǒng)及尾礦庫建設(shè)方面，全尾砂充填的優(yōu)勢十分突出，實(shí)現(xiàn)全尾砂充填不但可減小充填系統(tǒng)建設(shè)投

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資，尾礦庫占地面積、所需庫容及筑壩費(fèi)用均可大幅度下降，從而具有突出的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益。

4全尾砂充填前期試驗(yàn)

為了給全尾砂充填方案論證提供衣?lián)?，進(jìn)行了全尾砂試驗(yàn)室前期試驗(yàn)及地表造漿放砂模擬試驗(yàn)。

由于草樓鐵礦正處于基建階段，目前暫不產(chǎn)生尾砂。但霍丘地區(qū)鐵礦床成因、礦石性質(zhì)、選礦流程相近，所以在相鄰礦山所產(chǎn)生的粗細(xì)尾砂進(jìn)行了取樣，并根據(jù)草樓鐵礦選礦試驗(yàn)提供的全尾砂粒級分布進(jìn)行搭配，在試驗(yàn)室測得其基本物理參數(shù)及不同配比試塊各齡期強(qiáng)度如下：

全尾砂基本物理性能參數(shù)測定結(jié)果如表1。

全尾砂基本物理性能表1

比重（g/cm3）2.84松散容重（g/cm3）1.07實(shí)容重（g/cm3）1.60孔隙率（%）43.66自然安眠角39°可行性研究報告所提供的磁選車間排出全尾砂粒徑組成如表2。

尾砂粒徑（μm）分計比例（%）累計比例（%）可研報告所提供的全尾砂粒徑分布表2

10～2020～3030～4343～7676～100-1010.4210.427.8718.292.2720.564.8125.3723.2948.6617.2265.88100～200+20023.5989.4710.53100

相鄰鐵礦所取尾砂分粗砂及細(xì)泥，經(jīng)對粗砂及細(xì)泥分別測定其全粒級分布，并依照模擬全尾砂中-20μm含量與表2中-20μm含量一致的原則進(jìn)行搭配，得出粗細(xì)尾砂比例為1∶4，將該混合尾砂進(jìn)行全粒度測定，測得結(jié)果如表3。

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混合尾砂（模擬全尾砂）粒徑分布表3尾砂粒徑（μm）分計比例（%）累計比例（%）調(diào)整累計比例（%）11.031.030.97286.7221.632.6625.08348.4942.635.294.99385.5262.017.306.88436.4381.829.128.60508.01101.79132.86163.06204.42233.6410.9113.7716.8321.2524.8910.2912.9915.8720.0423.47566.13636.50716.39752.75803.04尾砂粒徑（μm）分計比例（%）累計比例（%）調(diào)整累計比例（%）31.6040.0945.6052.0360.0466.1772.6779.0681.8184.8529.8037.8043.0049.0656.6262.4068.5374.5577.1580.01852.64902.27951.941001.651254.761401.141600.582000.1710094.324010094.330010094.3尾砂粒徑（μm）分計比例（%）累計比例（%）調(diào)整累計比例（%）87.4989.7691.7093.3598.1199.2599.8382.5084.6486.4788.0392.5293.5994.1431594.335594.340094.342510094.345010094.350010094.3+5005.70100尾砂粒徑（μm）分計比例（%）累計比例（%）調(diào)整累計比例（%）100100100由表3可知，混合尾砂-20μm含量為20.04%，稍高于可研報告中-20μm含量為18.29%的比例。

用上述尾砂按灰砂比1∶4、1∶8、1∶12，濃度分別為68%、70%、72%制作7.07×7.07×7.07cm3的標(biāo)準(zhǔn)試塊，測得其3天、7天、28天單軸抗壓強(qiáng)度如表4。

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水泥—全尾砂試塊強(qiáng)度表4灰砂濃度(%)比（g/cm）3試塊容重試塊抗壓強(qiáng)度(MPa)3d0.720.840.760.940.991.101.501.321.250.450.400.500.700.750.820.860.900.850.250.300.250.300.320.280.350.450.500.770.900.850.871.301.251.401.551.551.650.650.550.781.080.991.181.501.601.450.600.500.540.750.820.800.951.051.007d0.8728d2.982.873.053.023.123.163.463.303.3.321.101.281.281.601.441.401.801.881.870.960.900.901.101.181.091.261.381.382.96681.9021:4701.9491.011.323.10721.9591.361.583.36681.8710.450.661.221:8701.9290.761.081.48721.9530.871.521.85681.9160.270.550.921:12701.9420.300.791.1272

1.9720.431.001.34

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對試塊進(jìn)行測定，得出每m3充填體各材料消耗如表5。

灰砂比1∶41∶81∶12每m3充填體材料消耗表5試塊容重每m3充填體的材料消耗（kg）（g/cm3）水泥尾砂1.9531212491.9117013621.951201438試驗(yàn)過程中，全尾砂凈漿及水泥—全尾砂充填料漿的滾動性見照片1～4。

為了研究確定全尾砂充填系統(tǒng)工藝流程，對其關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)之一——全尾砂沉降造漿放砂進(jìn)行了地面模擬試驗(yàn)。試驗(yàn)用全尾砂采自相鄰的類似鐵礦，其試驗(yàn)裝置見照片5。將全尾砂揚(yáng)送至試驗(yàn)裝置后，使其自然沉降脫水，然后用潛水泵抽出全尾砂液界面以上的澄清水，從而使砂倉中全尾砂達(dá)到最大沉降濃度。在試驗(yàn)裝置底部安裝有壓氣造漿噴嘴及放砂閥。造漿均勻后開啟倉底放砂閥可均勻穩(wěn)定地放出全尾砂漿，見照片6。經(jīng)取樣測定放砂濃度為72.4%。

從以上前期試驗(yàn)室及地表模擬試驗(yàn)可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：①全尾砂可作為充填材料。較其它有色金屬礦山而言，草樓鐵礦全尾砂粒徑較粗，其-20μm含量僅為18.29%，同時由于成礦原因，尾砂中不含有對充填體質(zhì)量起負(fù)作用的化學(xué)成份，如硫等。所以全尾砂是合格的充填料。

②充填試塊凝結(jié)硬化正常。當(dāng)料漿濃度為70%左右時，不同灰砂比的充填試塊強(qiáng)度增加穩(wěn)定，與其它礦山全尾砂相比，其強(qiáng)度相對較高，強(qiáng)度增長符合水泥添加量越多，濃度越高，其強(qiáng)度越高的一般規(guī)

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律。當(dāng)灰砂比1∶4，水泥消耗312kg/m3，濃度為70%以上時，試塊28天強(qiáng)度可達(dá)3MPa以上。灰砂比1∶12，水泥消耗120kg/m3，濃度70%以上時，試塊28天強(qiáng)度可達(dá)1MPa以上。采用上述配比可滿足采礦方法不同地段對充填體的強(qiáng)度要求。

③充填料漿制備輸送濃度可設(shè)定為70～72%。當(dāng)充填料漿濃度低于68%時，料漿易于產(chǎn)生離析分層現(xiàn)象，且采場泌水量增大，而濃度大于72%時，滾動性變差，輸送阻力增大。所以最正確制備輸送濃度可設(shè)定為70～72%。這時料漿在管道及采場中可呈結(jié)構(gòu)滾動，不產(chǎn)生離析和分層現(xiàn)象，且料漿滾動性好，在草樓鐵礦的礦體賦存條件下，可順利實(shí)現(xiàn)自流輸送。

④可采用全尾砂自然沉降壓氣造漿及管道放砂的工藝流程。由于全尾砂粒徑較粗，沉降速度快，但全尾砂沉降后仍可順利實(shí)現(xiàn)壓氣造漿及管道放砂。從而在工業(yè)生產(chǎn)中可采用這一工藝流程，以節(jié)省投資、降低充填成本、提高充填系統(tǒng)制備輸送能力。

5充填系統(tǒng)工藝流程

充填系統(tǒng)工藝流程如圖1。主要由全尾砂儲存供料線、水泥儲存供料線、調(diào)濃水供給線、充填料漿制備與輸送、自動控制系統(tǒng)等組成。5.1全尾砂儲存供料線

選礦廠日產(chǎn)總尾砂量為3256.6t，合135.7t/h，總尾礦漿濃度11.88%，漿體密度1.08t/m3,則尾砂漿量為25383m3/d，合1057.6m3/h。由于選廠排尾濃度過低，所以于選礦廠設(shè)立濃密機(jī)（1）對其進(jìn)行濃

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密，濃密機(jī)溢流水直接回選廠循環(huán)使用，而其底流濃度可提高至40%左右。濃密機(jī)底流由砂泵（2）通過輸砂管（3）輸送至充填站的臥式全尾砂池（8）中，每套充填系統(tǒng)設(shè)置兩個砂池，砂池容積1100m3，兩個砂池交替使用，以充分發(fā)揮系統(tǒng)生產(chǎn)能力。為了使砂池中全尾砂粒度均勻，采用多點(diǎn)放砂并由尾砂分派閥（4）控制砂池及放砂點(diǎn)的放砂量。砂池中全尾砂加滿后，即可隨其自然沉降以達(dá)到最大沉降濃度，充填前開啟排水設(shè)施（5），以排除全尾砂料面以上的澄清水，澄清水進(jìn)入500m3回水沉淀池（6）中，沉淀池中澄清水通過回水泵（7）排送至選礦廠重復(fù)使用。

澄清水排完后，即可開啟壓氣造漿噴嘴（9）以對砂池中全尾砂進(jìn)行壓氣造漿。待池中全尾砂造漿均勻后，則開啟放砂閥（10）通過放砂管（11）向攪拌機(jī)供給全尾砂漿，其放砂量由放砂管上電磁流量計（12）進(jìn)行檢測，放砂流量由電動夾管閥（13）進(jìn)行調(diào)理。5.2水泥儲存給料線

可選用普通硅酸鹽水泥或礦渣水泥作為膠結(jié)劑。散裝水泥由散裝水泥缶車（14）運(yùn)至充填站后，通過吹灰管（16）吹卸入散裝水泥倉（7）中。為了防止各種雜物進(jìn)入水泥倉，吹灰管上設(shè)置有過濾裝置（15）。散裝水泥倉直徑5.5～6.0m，高15m，有效容積240m3，可儲存水泥300t，以滿足充填系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行要求。水泥倉頂設(shè)置人行檢查孔（18）、料位計（19）及袋式收塵器（20）。

水泥倉底部設(shè)置有螺旋閘門（21）及雙管螺旋給料機(jī)（22）。充填時開啟螺旋閘門，啟動雙管螺旋給料機(jī)即可向攪拌機(jī)定量供給水

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泥。水泥給料量由螺旋電子秤檢測。雙管螺旋電機(jī)采用變頻調(diào)速，改變螺旋轉(zhuǎn)速即可改變水泥給料量，以滿足不同灰砂比及生產(chǎn)能力的要求。

5.3調(diào)濃水供給線

充填站設(shè)置一條供水管道，由高位水池或泵加壓供給壓力水，以供沖洗設(shè)備、疏通管道及調(diào)理充填料漿濃度。當(dāng)充填料漿濃度過高時，供水管（24）上安裝有調(diào)濃水閥。調(diào)濃水經(jīng)電磁流量計（27）檢測，調(diào)濃水量由電動調(diào)理閥（28）進(jìn)行調(diào)理。5.4充填料漿制備與輸送

全尾砂漿、水泥及適量調(diào)濃水經(jīng)各自的供料線進(jìn)入進(jìn)料斗（29）后供給攪拌機(jī)，攪拌機(jī)選用雙臥軸攪拌機(jī)（30）+高速活化攪拌機(jī)（32）兩段連續(xù)攪拌。兩段攪拌機(jī)用連接斗（31）進(jìn)行連續(xù)。充填料經(jīng)兩段連續(xù)攪拌均勻后制備成濃度適中、滾動性良好的充填料漿，而進(jìn)入測量管（33）。測量管上安裝有電磁流量計（34）及γ射線濃度計（35）以檢測充填料漿流量和濃度。

充填料漿最終進(jìn)入充填料下料斗（36），并通過充填鉆孔（39）及井下充填管網(wǎng)（40）自流輸送至井下采場空區(qū)進(jìn)行充填。為了便于沖洗管道，下料斗下方設(shè)置有閘閥（37）、沖洗水閥及壓氣供應(yīng)管道。

充填鉆孔可布置為雙層套管式的永久性鉆孔。其內(nèi)層套管內(nèi)徑110mm，可整體更換。一旦內(nèi)層套管磨損，只需更換該套管，從而使充填鉆孔可永久使用。井下充填管道選用內(nèi)徑為110mm的鋼編高強(qiáng)塑料管以便于鋪設(shè)和更換。管道接頭采用哈夫聯(lián)接。中段巷道與采場出

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料口之間可采用普通塑料管。5.5系統(tǒng)自動控制

為了保證充填料漿制備濃度、流量及配比的確鑿及穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)料漿的順利輸送，充填站設(shè)立較完善的自控系統(tǒng)，以對充填系統(tǒng)各運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行檢測和調(diào)理，系統(tǒng)檢測的參數(shù)有：

全尾砂放砂流量：電磁流量計檢測，就地及控制室數(shù)字顯示。水泥給料量：螺旋電子秤檢測、控制室瞬時流量及累計給料機(jī)數(shù)字顯示。

調(diào)濃水量：電磁流量計檢測，操作室數(shù)字顯示。充填料漿流量：電磁流量計檢測，控制室數(shù)字顯示。充填料漿濃度：γ射線濃度計檢測，控制室數(shù)字顯示。水泥倉料位：超聲波料位計檢測，控制室數(shù)字顯示。系統(tǒng)調(diào)理的參數(shù)有：

全尾砂放砂量：電動夾管閥調(diào)理，控制室手動操作或自動調(diào)理。水泥給料量：變頻調(diào)速器調(diào)理，控制室手動操作或自動調(diào)理。調(diào)濃水量：電動調(diào)理閥調(diào)理，控制室手動操作。

上述系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)還可由電子計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存貯、模擬顯示、制表、打印，以便于對充填系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控和管理。5.6系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)

單套充填系統(tǒng)制備輸送能力70～90m3/h充填料漿濃度70～72%單套系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時間10～12h

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單套系統(tǒng)一次最大充填量800～1000m3灰砂比1∶4～1∶20可調(diào)充填體強(qiáng)度（28天）灰砂比為1∶4時≥3MPa

灰砂比為1∶12時≥1.0MPa

6建設(shè)投資估算

前期北區(qū)充填站建設(shè)2套獨(dú)立運(yùn)行的充填系統(tǒng)。由于北區(qū)充填站位于采礦工業(yè)場地已有征地范圍內(nèi)，根據(jù)工業(yè)場地整體規(guī)劃，充填站盡量布置于西側(cè)，以縮短井下充填管道長度。較分級尾砂充填而言，全尾砂充填占地面積較小。在不計征地及外圍基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的條件下，北區(qū)充填站建設(shè)投資估算為802萬元。按建設(shè)設(shè)施構(gòu)成如表6。

設(shè)施名稱臥式砂池散裝水泥倉攪拌機(jī)雙管螺旋給料機(jī)自動控制系統(tǒng)鉆孔及充填管道非標(biāo)準(zhǔn)加工件供電及照明地面其它配套設(shè)施

北區(qū)充填站建設(shè)投資估算表6單價總價規(guī)格數(shù)量（萬元）（萬元）鋼筋混凝土4個50200容積1100m3鋼制容積300t2個3060LE250×20002套2臺2套2套2套2套2套21

說明4個連體雙軸攪拌機(jī)+高速活化攪拌機(jī)包括一次、二次儀表及儀表柜等包括2個雙層套管鉆孔及井下管道2000m包括噴嘴、連接件等2套系統(tǒng)共用空壓機(jī)及風(fēng)管、水管、32.52.53620655.0721204040120廠房及道路工程合計80280避雷等

南區(qū)充填站位于礦區(qū)征地范圍外，需另行增加征地，鋪設(shè)管路，修建道路及外圍供電供水等費(fèi)用，預(yù)計單套系統(tǒng)需增加投資80萬元，其充填料制備設(shè)施投資同表6，為401萬元，則南區(qū)充填站建設(shè)投資合計為481萬元。

全礦充填系統(tǒng)建設(shè)總投資為1283萬元。7充填運(yùn)營成本

灰砂比為1∶4時，每m3充填運(yùn)營成本表7成本構(gòu)成單耗單價成本（元）說明一、材料1、水泥0.312t/m3260元/t81.122、其它2.0包括油料、備品配件等二、動力1、電2.5度/m30.50