山东黄金矿业（莱州）有限公司焦家金矿 山东莱州 261441
摘 要：焦家金矿通过对充填站风造浆系统进行改造，设计应用砂仓风水两用防堵喷嘴，改进风造浆管路系统，“三相流”实现整个砂仓充分活化，设计使用巴斯夫絮凝剂等技术手段，解决砂仓浓密沉积尾砂按粒级分配方式以层状结构在砂仓内堆积的自然分级问题，解决放波动大，浓度不稳定的难题，实现立式砂仓全尾砂高浓度充填放砂，可为同类矿山提供借鉴。
关键词：立式砂仓；充填；全尾砂； 高浓度
1. 立式砂仓现状及存在的问题
焦家金矿充填站建有五座砂仓： 1#、2#砂仓直径 8m、高度13m、容积 445m3；3#砂仓直径 9m、高度 17m、容积 900m3；4#砂仓直径 10.8m、高度 23.1m、容积 1500m3。目前五座砂仓均采用高压水活化尾砂。[2]砂仓放砂工作时，若放砂口长时间未放砂可能会板结，因此在打开放砂阀前，先用高压顶起水松动放砂口，即将堵在砂仓底到放砂总管这段管子上的尾砂顶松，同时用高压造浆水活化砂仓，使底层饱和尾砂活化成流态[1]。充填系统采用高压水造浆方式具有工艺成熟、操作简单、砂仓放砂与打砂影响小等优点，但也普遍存在如下主要问题：
（1）砂仓放砂浓度偏低且浓度不稳定，影响充填体的强度；
（2）采用水造浆系统，增加了井下排水量，影响矿石贫化，且恶化井下工作环境；
（3）充填浓度不稳定，导致胶固粉离析，增加了灰耗；
（4）砂仓内尾砂沉降时间较长，放砂过程中会出现拱顶现象，受水的动能限制，砂仓内水造浆范围有限，形成拱顶时水的活化效果受限，很难消除拱顶；水造浆系统的性能决定了充填过程中容易出现以上问题，受“气液两态流”的区别，采用风造浆系统时，砂仓内通入高压风不会影响放放砂浓度，同时气体向上走，在充气量合理的情况下，可以在砂仓内形成类似“气体搅拌”，既不会降低放砂浓度还可以实现放砂系统浓度的稳定，因此采用风造浆系统能很好的消除以上水造浆系统的弊端。
焦家金矿充填站早期设计就采用“风水联合”“水造浆为主、风造浆为辅”的造浆方式，风造浆主要起消除拱顶的作用，后期在使焦家金矿充填站立式砂仓高浓度造浆风系统 设计方案用过程中因为风系统设计不完善，且风造浆喷嘴结构不合理等原因导致风造浆喷嘴及造浆环管堵砂严重，逐渐失去了风造浆系统的作用。如果重新采用风造浆系统，必须解决该问题。
2. 方案措施
2.1砂仓风水两用喷嘴设计应用
方案措施：设计并发明一种立式砂仓高压风水两用防堵造浆喷嘴，可以同时进行高压风水造浆，稳定造浆浓度，提高造浆质量；利用压缩弹簧和活塞形成隔绝空间起到防止尾砂浆进入喷嘴内室，使用周期和使用寿命从半年延长至2年。该喷嘴可以同时进行高压风水造浆，实现全尾砂高浓度稳定放砂、防止砂仓内积料挂壁、防止造浆喷嘴堵塞，不需要经常更换喷、清理高压风水环形管，降低维修砂仓成本和难度，防止砂仓内尾砂挂壁积料，显著提高充填效率和充填质量。喷嘴设计图和实物图如图1。
效益与效果：改进后喷嘴的内部结构如右图所示，根据焦家金矿充填站生产实际情况，密封钢球采用不锈钢材质，承压弹簧采用特殊耐腐蚀材质，正常工作载荷为 40N，最小工作载荷为 20N，最大工作载荷为 80N，其正常工作行程≥7mm。因该喷嘴出水（风）孔较小，如果作为水造浆喷嘴使用，造浆水需过滤澄清，避免水中杂质堵塞出水（风）孔。
减少堵管以及清理砂仓时的能源消耗，如泵体电能消耗减少，排水费用减少，约降低费用20万元/年。减少劳动人员的工作强度和频率，减少维修材料消耗，约降低费用20万元/年。同时提高了下砂浓度，提高了整体井下充填质量，减少尾砂贫化，提高了出矿质量。从此方面看，创造经济效益约为5565吨/月×12个月×1%贫化率×2.08克/吨×300元=41.7万元/年。
2.2改进风造浆管路系统
方案措施：利用1#砂仓进行改造，为了保证整仓活化效果，砂仓内设计三路（或者四路）风造浆环管，环管上安装造浆喷嘴，喷嘴间隔距离20mm左右，安装角度交错布置，3路风造浆环管共配置 180 只造浆喷嘴。3路风造浆环管引自充填站供风系统母管。
风造浆管路出现回砂时，高压风排污能力一般，设计在风造浆管路设置高压水洗管及排污功能。砂仓风造浆开始前先进行风造浆管路冲洗及排污程序，风造浆管路冲洗干净后再对砂仓进行风造浆活化。风造浆管路、排污管路及冲洗水管路分别配置电动阀门。风造浆管路安装压力监测仪表，监视造浆风风压以及喷嘴堵塞情况。
为了避免风造浆管路水砂回流进入主供风系统，各路风造浆管路分别安装相应的逆止设备。
3.结论
通过设计应用砂仓风水两用防堵喷嘴，改进风造浆管路系统，“三相流”实现整个砂仓充分活化，设计使用巴斯夫絮凝剂等技术手段，解决砂仓浓密沉积尾砂按粒级分配方式以层状结构在砂仓内堆积的自然分级问题，解决放波动大，浓度不稳定的难题，实现立式砂仓全尾砂高浓度充填放砂。
全尾砂充填技术不仅可以有效解决采空区问题，而且能将大部分尾砂回填井下，从而实现地表尾砂最大程度地减量排放，减轻尾矿库压力；全尾砂充填技术不仅能降低生产成本，增加经济效益，而且可以减少环境污染，实现绿色开采；全尾砂充填技术最大限度地回收矿产资源，提高资源回收率，改变过去的粗放式开采现状，既能有效利用资源，延长矿山服务年限，又可带来较好的经济效益和社会效益；全尾砂充填技术增加土地面积，避免地表沉降，并可在地下采矿中大力推广。
参考文献：
[1] 刘殿华，吴贤振 全尾砂充填技术的应用与发展 世界有色金属 2012（08） 44-45
[2] 焦家金矿基本情况介绍（内部资料）
[3] 焦家金矿采掘工程质量管理规定（内部资料），2006
[4] 周爱民 矿山废料胶结充填 北京：冶金工业出版社，2007
[5] GB16424-2006 金属非金属矿山安全规程
论文作者:陈振
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第09期
论文发表时间:2019/7/23
标签：喷嘴论文; 管路论文; 系统论文; 浓度论文; 金矿论文; 高压论文; 风水论文; 《工程管理前沿》2019年第09期论文;