专题-充填工艺的分类及其适应性分析.doc

1、专题部分充填工艺的分类及其适应性分析摘要：随着充填采矿法应用的日益广泛，充填的种类很多。怎样适应现代矿业类充填实现充填料浆浓度控制、采场脱水、胶凝材料选取等相关充填工艺的改进可以提高充填质量。本文介绍了在高浓度充填中，选择合适的充填挡墙改善采场脱水、采用低水化热高强度的充填胶凝材料等技术，以建立可靠、高效的充填系统，保证矿山安全生产。关键词：充填的种类；高浓度充填；级配；胶凝材料虽然在2O世纪韧，我国就有充填采矿的实践，但充填采矿法得到推广应用嚏在20世纪5O年代前后的事情，那时主要是用于干式充填采矿法。由于充填采矿法具有能有效地支撑围岩和控制地压，对矿体变化适应牲强等扰点，所以它得到了越来越

2、广泛的应用，充填工艺也跟着得到了发展近些年来，经过我国矿山工作者不断努力地探索和实践，充填工艺技术又取得了不少新的进步。一、充填工艺的进展。充填工艺的发展主要体现在块石胶结充填、全尾砂膏体胶结充填、高水速凝固化充填等充填工艺的试验和应用上。1块石胶结竟填。长沙矿山研究院与丈厂矿务局胡坑锡矿于1988年提出了9；。矿体块石破结竞媾的试验研究，被列入了。八五国家重点科接攻关项目。谈项目9鸯8拜雇道龃彳中国有色金属工业总嗣组织的技术签定。此前粕孱虽有块石胶结充填的实践，但对其工艺莳系统研究在我国还是空白铜坑镥矿原有一个水泥棒磨砂充填暴统，该矿新建了一个由采石、破碎、筛分、运输组成的块石输送蒹统：块石

3、与胶结剂混后亮入采场进行充填。块石的块度是一300mra。块石砂浆比用3，l。充填采场下部不加块石，灰砂眈是1-8。采场中部与上部的灰砂比分别是1lJO和ltl5矿浆浓度在536Z之间。改造后充填能力提高了253倍，达到了254mh每月能充填采空区168224万11。，为偿还20多万Ill的充填欠帐创造了条件。铜坑锡矿的块石胶结充填试验结果显示：比之于水泥棒磨砂充填，使充填体物理力学性能得到提高，其自立高度和允许暴露面积达到了高大矿柱回采的要求；提高了充填能力降低了充填成本，年效益达到660990万元。除铜坑锡矿外，块石胶结充填工艺分别在遂昌金矿、峪耳崖金矿、东坪金矿、鱼儿山金矿、金山金矿等黄

4、金矿山得到了应用。分别用于留矿法平行矿脉底板层嗣后充填、充填体取代矿柱、分层充填采矿法等，都取得了较好的效果。2垒尾砂膏体胶结充填全尾砂膏体泵送胶结充填新工艺，是一项先进的工艺技术，目前世界上只有少数几个国家掌握它。金川有色金属公司与北京有色冶金设计研究总院合作，于1990年下半年开始进行工业试验，并于1991年获得成功。金ill-矿区的充填料是尾矿、一25ram碎石、水泥经双轴叶片搅拌机搅拌混合，而后经双轴螺旋输送机第二道搅拌，搅拌后制备成的膏状胶结充填料由PM泵压送到井下进行采场充填。膏状浆体的重量浓度一般在708，水泥耗量在180200kgm充填能力达7o,-8omh垒尾砂膏体胶结充填与

5、分级尾磅胶结充填相比有明显的优点其尾砂利用率高(达90以上)，充填料在输送过程中稳定性好，水泥耗量少，采场不需排水，坑内污染少，还减生了井下排水费用。这是一种有发展前景的工艺。预计金Jq_-矿区二期工程采用全尾砂膏体胶结充填工艺后，单是减少雇砂与水据项可获年效益3000万元。3高水速艇固化充填工艺高水速凝固化材料由甲料(高铝水泥+缓凝剂)和乙料(膨润土+石膏+石灰+速第l6卷1995年第7期25凝耕)组成。两种材料分别加水制成料浆，两种材料1 l混台后立即水化凝结，形成坚硬的人工石。高水速凝固化材料有许多优点t(1)水灰比范围大，可在0330之间任意调整。固化体中水体积比可达9O。(2)可泵时

6、间长，甲、乙两种料浆分别静置24h以上不凝结，不堵管。(3)速凝早强度高。甲、乙两种料浆混合后，根据水灰比的不同，初凝时间可在16s至30arm调节，60arin后抗压强度为32Pa05MPa。(1)采场内不需平场、脱水减少井下捧水，改善井下作业环境。(5)有利于实现料浆制备机械化、输送管道化、计量仪表化及控制微机化。高水充填可结合全尾砂充填，全尾砂浆不需分级不需脱水。砂浆浓度可在O70范围内根据需要调节，加入d28的固化剂。混合搅拌后泵送到充填采场，只需052h即可使水砂一起凝结。由于高水速凝固结充填有上述种种优，所以被誉为是。充填采矿的一场技术革命”。目前招远金矿、焦家金矿已经应甩。鹤壁矿

7、务局四矿、六矿、八矿，新没矿努局翟镇煤矿，邢台矿务局显禧旺煤矿等煤炭系统矿山巳应甩于巷旁充填和防火工程。还有些矿山如t凡口铅锌矿、安庆铜矿、凤凰山铜矿等也开展了有关试验研究。我国充填工艺技术起步虽然较晚，但发展迅速，从1970年代中期开始一直处于世界先进水平之列。1950年代末，曾占相当比重的干式充填基本处于被淘汰状态。1964年从瑞典为凤凰山铜矿引进分级尾砂充填(未设砂仓)技术，为我国掀开了应用尾砂充填的序幕，之后，在凡口铅锌矿试验成功利用卧式砂仓的分级尾砂胶结充填。1970年代末，国内先后出现了焦家金矿球型底立式砂仓、南京栖霞铅锌银矿锥型底立式砂仓、铜绿山铜矿用虹吸方式的立式砂仓，这3种不

8、同类型的分级尾砂胶结充填立式砂仓的工业试验均取得了良好的效果，为胶结充填技术的快速发展奠定了基础，并在凡口铅锌矿、金川镍矿等矿山与大型无轨设备相结合，使充填采矿法发展进入高效率采矿方法的行列，为21世纪中无废开采的发展提供了技术支撑。胶结充填工艺的发展主要遵循3个方向：首先是经济因素，胶结充填带来的综合经济效益能平衡或超过其生产成本的增加；其次是料浆浓度因素，控制胶结充填质量的胶凝材料的节约，对降低充填成本具有头等重要的意义；最后是环境因素，对矿区环境保护的日益严格要求，成为拓展胶结充填技术应用范围的重要推动力。从主流工艺看，胶结充填主要经历了以料浆浓度及其流变性分界的水力充填、高浓度充填和膏

9、体充填3个阶段。2采轨机械化采矿法。1980年代末，凡口铅锌矿试验成功了全尾砂结充填工艺，并于1990年建成了我国第一个全尾胶结充填系统，尾砂利用率达90以上。全尾砂利用在胶结充填发展史上具有特殊重要的意义，方面，全尾砂中有较多的微细粒级，脱水难度增加对充填体强度产生负面影响，解决这些技术难题进了胶结充填技术的进一步发展；另一方面，全尾的利用加上废料资源化，为实现无废开采开辟了效的途径。地处南京栖霞山风景区的南京银茂铅矿业有限公司便是依靠全尾砂充填和废料资源化现无废石场、无尾矿库、无废水外排的无废矿山。1994年，湖田铝土矿利用氧化铝生产中的废赤泥开发成功赤泥胶结充填技术，并实现了特定件下的无

10、水泥胶结充填。1990年代初，借鉴英国煤矿沿空留巷巷旁支的经验，我国研制成功高水速凝同化充填材料，并一些矿山特别是煤矿试验、使用，在充填领域独树帜。由于材料价格偏高、后期强度有时不够稳定，量推广应用尚有一定困难，但在某些特定情况下，下向充填法接顶、局部快速维护等具有独特的作用1994年，金川镍矿试验成功膏体充填并建成我国第1套膏体充填系统，标志着我国胶结充填术迈上了一个新的台阶。1999年，铜绿山铜矿建了我国第2套全尾砂膏体充填系统。为了解决膏充填时全尾砂传统脱水工艺带式过滤机脱水地面积大等问题，会泽铅锌矿在2006年引进了深浓缩机，建成了输送管路长达4000m的全尾砂膏充填系统。该膏体充填系

11、统相当先进，但深锥浓缩机价格昂贵，推广难度较大。冬瓜山铜矿利用传统锥形底立式砂仓，对其内部结构按照控压助流原理进行适当改造，研发成功底流放砂浓度能满足高浓度全尾砂充填和膏体充填要求的新型立式砂仓，并且做到了边给料边放砂，成本费用大为降低，为推广膏体充填做出了重要贡献。膏体充填已经成为国外广泛应用的技术，目前在国内也因其非常有利于降低胶凝材料用量、保证充填体质量和改善坑内环境而得到日益增强的关注。2我国充填工艺尚需深入研究的课题目前为止，我国充填工艺的发展主要还是立足于经验技术，但建立能够最高浓度自流输送并在采场无需脱水的经济效果最优、充填质量最好、生产运于润沦：我国充填工艺创新成就尚需深入研究

12、的课题仿真技术研究与实现对此作了初步的研究，但仍有值得提高之处。全尾矿脱水技术和装置的优化。高浓度和膏体充填工艺中，全尾矿脱水是一个非常关键的环节，在深锥浓缩机诞生之前，国外多用带式过滤机进行全尾矿脱水，金川的膏体充填也是采用这种脱水方式，它存在很多缺点。随着一批千万吨级以上年产能的铁矿山采用充填采矿法，矿山年充填规模也越来越大，为了适应这种发展，国外已生产出直径达401qq的深锥浓缩机付诸使用，但深锥浓缩机的推广应用还有缺陷，仍有待对全尾矿的脱水技术和装置进行优化，以便获得更令人满意的技术成果。此外过去的膏体充填系统，单系统对应的矿山生产能力为20003000ild，现在面对年生产规模千万吨

13、级的膏体充填，无论系统设置还是配套设备研制都是全新的课题。降低成本是充填技术发展的永恒主题。在胶结充填成本中，胶凝材料占很大比重，所以国内外很多同行均在寻找更廉价的胶凝材料，在调整回采工艺、降低胶凝材料消耗方面不断钻研，取得了大量高水平的成果，但这种研究应是无止境的。另外值得注意的是，自从我国开始采用胶结充填技术以来所用的灰砂比一般都比国外高，这是否正确呢?尽管目前国内已有不少研究充填体性能的文章，但仍然缺少系统的现场监测资料，尤其是对不同条件的分层充填、不同条件的嗣后充填现场的长期系统监测资料，因而很难有根据地去调整灰砂比，以显著地降低充填成本，因此，应该加强这方面的研究。将膏体充填技术推广

14、到尾矿干堆。从流变学角度，膏体充填和尾矿干堆技术有共同之处，现在每年举行1次的“国际膏体充填学术会议”都把这项技术视为一项综合技术。矿山需要充填时，将尾矿膏体料浆送人井下，不需要充填时，将尾矿膏体送往尾矿库，虽然它们要求的浓度有些许差别，因为尾矿排出必须考虑排出速度、滩流坡度和距离，以及尽量减少脱水。目前尾矿干堆在国外获得了迅速发展，尤其是在干旱缺水的地区。尾矿干堆技术的发展反过来也促进膏体充填，大直径深锥浓缩机开始就是为尾矿干堆设计的，将其用于膏体充填将奠定系统充填能力提高的基础。19731975年，金川镍矿与设计、科研单位合作，按照工业生产所用管径在实验室利用棒磨砂进行了胶结充填料浆环管输

15、送试验，积累了海量的试验数据，并据此回归出计算水平直管单位长度料浆水力坡度的金川经验公式：i：i0I1+108m f r lLCJ其计算误差远低于国际上流行的杜兰德公式。1975年，金川镍矿与北京有色冶金设计研究总院、长沙矿山研究院合作进行的充填试验进入棒磨砂高浓度料浆试验阶段，试验表明，高浓度并非相对的概念，而是有特定含义的物理概念，即超过“临界流态浓度”的料浆浓度即为高浓度。试验提出的“临界流态浓度”的概念为：料浆基本不会发生离析，输送时无需考虑临界流速，可以在低流速下稳定输送的料浆浓度。输送物料的矿物成分、粒级组成、乃至化学成分都会影响“临界流态浓度”，这对于合理设计充填系统具有重要意义

16、。也是在这个时期，国外同样开始重视充填料浆浓度问题。在采用高浓度胶结充填的同时，金川还在下向进路式充填采矿法中首次使用了双机液压凿岩台车、6m铲运机等大型无轨设备，使盘区生产能力从5060td提高到8001000td，从而将传统上低效率的下向进路式充填采矿法改造成为高效率的无技术，转最可靠的理想膏体充填系统，要求人们超越传统经验技术，加强对若干理论性、关键性问题的研究。纵观国外近几年膏体充填技术的迅速发展和每年1次的国际膏体充填学术会议(IntenrationalSeminaronPasteandThickenedTailings)发表的研究论文，为了保持我国在该领域的先进地位，今后仍面临诸多需要深入研究的重要课题。(1)膏体充填料浆流变性能的研究以及膏体充填技术的推广应用。从国外充填技术发展的趋势来看，膏体充填将逐渐成为充填的主流技术。膏体充填料浆流变性能的研究