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[摘 要]通过对大冶铁矿充填制备系统的改进和充填物料的研究和探讨，解决了充填料浆制备工艺存在的问题，顺利完成充填任务，取得了较好的充填效果。
[关键词]充填料浆 塌落度 泌水率
中图分类号：TQ327.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）30-0390-02
大冶铁矿东采车间充填站于2010年6月建成投入生产使用。充填系统主要由立式砂仓、水泥仓、搅拌桶、充填管道及相应的控制系统组成，采用全尾砂自流胶结充填工艺，对-180m阶段矿体兼顾尖山2#挂帮矿体等进行充填，在改造前，累计完成胶结充填量约1万m3，造浆尾砂浓度可控制在60-65%间，充填料浆浓度可达到65-70%，充填料浆的流量可控制在50-60m3/h，单个砂仓可达到连续充填4-5个小时，充填料浆试块28d的抗压强度在0.84-1.8MPa。经过系列技术改进，于 2012年5月起顺利运行，截至2014年3月，完成13万m3充填任务，能很好满足7万方的目标。
1 充填系统改进
从2011年7月起，从以下几个方面对该工艺流程系统进行改进：
1.1 增加了机械脱水工序，在砂仓顶部平台安装水力旋流器和卧式螺旋固液分离离心机。改造后，选厂20%～30%浓度的尾砂经旋流器和离心机脱水处理，制备成浓度达到60%以上的尾砂浆。整套机械脱水系统每小时能制备尾砂浆30m3左右，并能根据生产需要长时间运行，确保尾砂浆供应充足，有效的提高尾砂的制备能力。
1.2 改进造浆系统，对造浆系统进行改进，调整造浆管道位置，将造浆管集中到沙仓椎体附近，使造浆由全仓造浆，变为砂仓底部集中造浆，达到了砂浆混合均匀级配更优、放出的砂浆浓度更加稳定的目的。
1.3 改进搅拌系统，将原充填工艺的立式高浓度搅拌机改为双轴叶片卧式搅拌机配合高效活化搅拌机。双轴叶片卧式搅拌机确保了尾砂与灰充分的接触与混合，而高效活化搅拌机将双轴搅拌机搅拌出的物料进行再次混合，达到灰砂混合均匀的目的。
1.4 改进检测仪表，将灰仓冲板流量计改为园盘电子计量秤；在充填料浆输送管上安装浓度计；对阀门仪表等位置进行优化，增加造浆环管放砂、给水电动阀门；改造砂仓、灰仓的料位计装置等。（如改造前、后的工艺流程图）（图1）
2 充填材料性能试验
通过对充填材料性能的试验，掌握充填材料性能的变化规律，为充填料浆的制备提供可靠的依据和优化方向。
2.1 充填材料配比的试验
充填体强度的主要影响因素有充填骨料性质、灰砂比、料浆浓度、养护龄期。通过全尾砂胶结充填配比试验，优化实际充填的配比。
2.2 浓度密度标定
2.2.1 尾砂浓度标定。直接从选矿厂取尾砂若干，首先进行沉淀，待沉淀后进行脱水并烘干，制成干料作为基本实验材料。选择一不吸水光滑易于搅拌及有刻度的容器，称取一定量的干尾砂，按比例依次加水分别配制成70%、65%、60%、55%、50%的尾砂浆，同时从容器上读取其体积。多次测定，取其平均值，保证结果误差在0.1%内。
2.2.2 不同配比充填料浆浓度标定。从选矿厂取尾砂若干，首先进行沉淀，待沉淀后进行脱水并烘干，制成干料作为基本实验材料，取水泥灰若干并风干备用。有利于确定所需要加入水泥和水的量，并最终使搅拌桶内充填浆料浓度得到有效控制。
2.3 充填料浆坍落度性能测定
自流充填料浆必须具备良好的流动性，以保证获得良好的输送效果。测定坍落度主要是为了掌握充填料浆流动性，坍落度愈大表示料浆的流动性愈大。塌落度试验可以掌握料浆的流动性，为制备充填料浆浓度的选取提高科学的依据，经试验表明1：8充填料浆的最佳浓度为70-72%。在充填倍线较小时，可适度放宽到74%，但需确保浓度控制稳定，避免过高时造成堵管。
2.4 充填料浆泌水率及有效充填率
充填料浆中只有少部分水参与水泥水化反应，大部分都泌出充填体，充填料浆泌水率与胶结剂添加量和充填料浆浓度相关，成反比例关系，胶结添加量越多，浓度越大，泌水率就越低，泌水量越少。以大冶铁矿按灰砂比1：8配制的料浆作为试验对象，从中发现的当料浆浓度大于80%时，就基本不泌水了。可将80%的料浆浓度作为泌水的临界值，由此可得，单位体积不同浓度的料浆的泌水率B=（1-） ×100%。
B —— 料浆的泌水率，泌水的体积与料浆的体积之比
X —— 料浆的浓度值
—— 料浆在浓度为X时的密度值
充填料浆有效充填率是指充填料浆形成充填实体体积与充填料浆体积之比，充填料浆的有效充填率主要受充填料浆的流失、泌水沉降、压缩沉降等的影响，在正常充填的情况下充填料浆流失主要是随滤水携带的细泥物料，其比例较小，现用泌水后的充填料浆体积与充填料浆总体积之比大致表示充填料浆的有效充填率η。
η —— 料浆的有效充填率
X —— 料浆的浓度值
—— 料浆在浓度为X时的密度值
—— 料浆在浓度为80时的密度值
经测得1：8灰砂比料浆料浆浓度80%时的密度为1.9850 g/cm3。
3 结论
3.1 对于采用自然沉降脱水制备高浓度尾砂浆的系统，在料浆制备效率低、制备时间过长而不能满生产的情况时，可以采取增加机械脱水设备来加快料浆制备过程，提高料浆制备的效率。
3.2 充填体的强度随着灰砂比的提高大幅增强，同时充填料浆的浓度对充填体的强度也有显著影响，在同一配比条件下，75%浓度料浆比65%的强度高2倍以上，因此，可以通过提高浓度的方式来降低胶结剂的添加量和改善充填经济效益。
3.3 充填料浆的浓度越高，其泌水率越小、有效充填率越高，同时料浆的流动性也越小。对于采用自流充填方式时，应在满足输送要求的前提下提高浓度，一般要求充填料浆塌落度大于20cm，则当选用1：8灰砂比时，料浆的最高浓度宜控制在72%左右。
3.4 综合充填体的强度、充填的经济效益、充填料浆的自流可输送性、泌水率、有效充填率的等方面看，在充填料浆灰砂比1：8时，制备成70-72%的浓度充填料浆是最经济、合理可行的。
参考文献
[1] 于润沧主编 采矿工程师手册 北京：冶金工业出版社，2009.3
[2] 周爱民 矿山废料胶结充填 北京：冶金工业出版社，2011
作者简介
黄健生（1983.4），男，湖北黄石人，现在武钢资源集团大冶铁矿从事采矿技术管理工作
[关键词]充填料浆 塌落度 泌水率
中图分类号：TQ327.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）30-0390-02
大冶铁矿东采车间充填站于2010年6月建成投入生产使用。充填系统主要由立式砂仓、水泥仓、搅拌桶、充填管道及相应的控制系统组成，采用全尾砂自流胶结充填工艺，对-180m阶段矿体兼顾尖山2#挂帮矿体等进行充填，在改造前，累计完成胶结充填量约1万m3，造浆尾砂浓度可控制在60-65%间，充填料浆浓度可达到65-70%，充填料浆的流量可控制在50-60m3/h，单个砂仓可达到连续充填4-5个小时，充填料浆试块28d的抗压强度在0.84-1.8MPa。经过系列技术改进，于 2012年5月起顺利运行，截至2014年3月，完成13万m3充填任务，能很好满足7万方的目标。
1 充填系统改进
从2011年7月起，从以下几个方面对该工艺流程系统进行改进：
1.1 增加了机械脱水工序，在砂仓顶部平台安装水力旋流器和卧式螺旋固液分离离心机。改造后，选厂20%～30%浓度的尾砂经旋流器和离心机脱水处理，制备成浓度达到60%以上的尾砂浆。整套机械脱水系统每小时能制备尾砂浆30m3左右，并能根据生产需要长时间运行，确保尾砂浆供应充足，有效的提高尾砂的制备能力。
1.2 改进造浆系统，对造浆系统进行改进，调整造浆管道位置，将造浆管集中到沙仓椎体附近，使造浆由全仓造浆，变为砂仓底部集中造浆，达到了砂浆混合均匀级配更优、放出的砂浆浓度更加稳定的目的。
1.3 改进搅拌系统，将原充填工艺的立式高浓度搅拌机改为双轴叶片卧式搅拌机配合高效活化搅拌机。双轴叶片卧式搅拌机确保了尾砂与灰充分的接触与混合，而高效活化搅拌机将双轴搅拌机搅拌出的物料进行再次混合，达到灰砂混合均匀的目的。
1.4 改进检测仪表，将灰仓冲板流量计改为园盘电子计量秤；在充填料浆输送管上安装浓度计；对阀门仪表等位置进行优化，增加造浆环管放砂、给水电动阀门；改造砂仓、灰仓的料位计装置等。（如改造前、后的工艺流程图）（图1）
2 充填材料性能试验
通过对充填材料性能的试验，掌握充填材料性能的变化规律，为充填料浆的制备提供可靠的依据和优化方向。
2.1 充填材料配比的试验
充填体强度的主要影响因素有充填骨料性质、灰砂比、料浆浓度、养护龄期。通过全尾砂胶结充填配比试验，优化实际充填的配比。
2.2 浓度密度标定
2.2.1 尾砂浓度标定。直接从选矿厂取尾砂若干，首先进行沉淀，待沉淀后进行脱水并烘干，制成干料作为基本实验材料。选择一不吸水光滑易于搅拌及有刻度的容器，称取一定量的干尾砂，按比例依次加水分别配制成70%、65%、60%、55%、50%的尾砂浆，同时从容器上读取其体积。多次测定，取其平均值，保证结果误差在0.1%内。
2.2.2 不同配比充填料浆浓度标定。从选矿厂取尾砂若干，首先进行沉淀，待沉淀后进行脱水并烘干，制成干料作为基本实验材料，取水泥灰若干并风干备用。有利于确定所需要加入水泥和水的量，并最终使搅拌桶内充填浆料浓度得到有效控制。
2.3 充填料浆坍落度性能测定
自流充填料浆必须具备良好的流动性，以保证获得良好的输送效果。测定坍落度主要是为了掌握充填料浆流动性，坍落度愈大表示料浆的流动性愈大。塌落度试验可以掌握料浆的流动性，为制备充填料浆浓度的选取提高科学的依据，经试验表明1：8充填料浆的最佳浓度为70-72%。在充填倍线较小时，可适度放宽到74%，但需确保浓度控制稳定，避免过高时造成堵管。
2.4 充填料浆泌水率及有效充填率
充填料浆中只有少部分水参与水泥水化反应，大部分都泌出充填体，充填料浆泌水率与胶结剂添加量和充填料浆浓度相关，成反比例关系，胶结添加量越多，浓度越大，泌水率就越低，泌水量越少。以大冶铁矿按灰砂比1：8配制的料浆作为试验对象，从中发现的当料浆浓度大于80%时，就基本不泌水了。可将80%的料浆浓度作为泌水的临界值，由此可得，单位体积不同浓度的料浆的泌水率B=（1-） ×100%。
B —— 料浆的泌水率，泌水的体积与料浆的体积之比
X —— 料浆的浓度值
—— 料浆在浓度为X时的密度值
充填料浆有效充填率是指充填料浆形成充填实体体积与充填料浆体积之比，充填料浆的有效充填率主要受充填料浆的流失、泌水沉降、压缩沉降等的影响，在正常充填的情况下充填料浆流失主要是随滤水携带的细泥物料，其比例较小，现用泌水后的充填料浆体积与充填料浆总体积之比大致表示充填料浆的有效充填率η。
η —— 料浆的有效充填率
X —— 料浆的浓度值
—— 料浆在浓度为X时的密度值
—— 料浆在浓度为80时的密度值
经测得1：8灰砂比料浆料浆浓度80%时的密度为1.9850 g/cm3。
3 结论
3.1 对于采用自然沉降脱水制备高浓度尾砂浆的系统，在料浆制备效率低、制备时间过长而不能满生产的情况时，可以采取增加机械脱水设备来加快料浆制备过程，提高料浆制备的效率。
3.2 充填体的强度随着灰砂比的提高大幅增强，同时充填料浆的浓度对充填体的强度也有显著影响，在同一配比条件下，75%浓度料浆比65%的强度高2倍以上，因此，可以通过提高浓度的方式来降低胶结剂的添加量和改善充填经济效益。
3.3 充填料浆的浓度越高，其泌水率越小、有效充填率越高，同时料浆的流动性也越小。对于采用自流充填方式时，应在满足输送要求的前提下提高浓度，一般要求充填料浆塌落度大于20cm，则当选用1：8灰砂比时，料浆的最高浓度宜控制在72%左右。
3.4 综合充填体的强度、充填的经济效益、充填料浆的自流可输送性、泌水率、有效充填率的等方面看，在充填料浆灰砂比1：8时，制备成70-72%的浓度充填料浆是最经济、合理可行的。
参考文献
[1] 于润沧主编 采矿工程师手册 北京：冶金工业出版社，2009.3
[2] 周爱民 矿山废料胶结充填 北京：冶金工业出版社，2011
作者简介
黄健生（1983.4），男，湖北黄石人，现在武钢资源集团大冶铁矿从事采矿技术管理工作