金属矿山充填技术与装备的现状和未来

意翁纛盘：甏，￡麓，
中国金属矿山充填技术与装备的现状和未来
郭利杰，余斌
（』匕京矿冶研究总院．北京１０００７０）
如１Ｉ｝５月
摘要：随着国民经济的快速发展，Ｉ业发展与环境保护之间的矛盾日益尖锐。矿产资源
开发将面临越采越严格的国家环保要求，创新采矿技术成为解斑可持续采矿、生态环境厦
潜在灾害等问题的重要途径。矿＾充填技术创新是实现绿色、妄全、可持续开采的主要驱 动力。介绍７近年来中国空属矿＾充填工艺技术、充填材料应用及充填装备方面所取得
兰的奇好（Ｃ，ｅｈｏ）的双缸隔膜泵。我国金川镍矿和
铜绿山铜矿膏体充填分别选用的是施维因公司生产
的ＫｓＰ一１４０ＨＤＲ液压双缸活塞泵和ＫＳＰ８０ＨＤ双缸
活塞泵，云南会泽铅锌矿膏体充填系统选用奇好泵。
截止目前，尚未有国产泵能满足泵送膏体料浆要求。
经过醉细的高炉ｍ，渣和铜、镍冶炼炉渣作为克垃日
料的一部分能有效政捭允填料浆活性和提高克填 料浆浓度，如大冶＝ｆ『色金属公－４锕绿…日“利Ｈ１制水
淬清作亢垃骨料，云南会洋铅钟矿利用全圮砂水
淬渣进｝ｒ臂体亢填 地质聚舟物是一建新挝的胶凝材料，合成地质
聚台物的原料以尤机非金属矿物和１业废栅为丰， 主芟响教成仆为铝一非酸盐，Ｈ千Ｊｕ ＪＨ；＊度较－岛，耐
心．形成胶结料浆包裹废百充填山寨。过种充填方
式较好的实现丁艘石与胶结料浆在不同现场条件的 协嗣允填。 １．５其他充填技术
忭、流动性和ｒ】『泵性，再生强魔性能、柑料无薄．无
害、无腈蚀性能等优点．村料成本低于水泥成本．是 替代水泥的矿山允填优搏腔结材料．
２
３新型矿渣胶凝材辩
万方数据
北京矿冶研究总院与加拿人日物能掠技术中心
尾砂浆脱水而制成。目前国内建有３座膏体充填系
４０％）ｆｉ＂接制备成高浓度（７４％以上）砂浆，然后采 用深扑管道自流输送降压系统以及采场泄永技术，
万方数据
邦“±．等：
十目盒属ｒｍｉ填ａ木々暮年∞ａ状十耒采
统．分别为金川镍矿膏｛本充填系统、大冶铜绿山铜矿 克填系统及云南含泽铅锌矿膏｛｛＝泵送系统。
会泽铅锌矿膏体充填系统是我国Ｉｌ前报先进的
填采奎Ｋ。
１
圈２康石尾砂腔结充填蕞统
下式充填工艺由于其劳动强度大、技牢槛低．¨
前很少应用．只在擞个别矿山配合低效率的采矿工
４废石腔结充填技术
近年米，废石腔结充填技术以其町以处理潲纳 井下矿坑废石，进步实现废石不出坑艘结宽壤的 技术优势备受关注，同时能为企业节省提升废石环
艺小规模应用。磨砂胶结允填已逐步减少．主螫应 用枉金．ＩＩ二矿、龙首矿。高水ｌＭ化胶结充填主要应 川枉蔓山岛食矿、新城金矿及迥儿山金矿等矿ｌ忆
川泡沫技术将人量泡沫加入宽填料浆巾，减少水泥
使用最，政裨允填料浆流动性．提高充填料浆浓度，
在徘证充填强度质姑的前提下可碱少用水最和水泥 用｛ｉ｝，节约允填成木，目前泡沫砂装亢填技术已在
凡Ｈ＃噼矿的井下采场充填成功应片ｌ。
２矿山充填材料的应用
２．Ｉ水泥 水泥Ｈ前仍是矿ｌＩ Ｊ胶结充填的主肆胶凝材料。
铜矿、．・ｉ林镍矿、新桥硫铁矿和铜坑锡矿等，而部分
路充填时形成斜壁自立面，采用不加任何胶结剂的 分级尾砂充填后，能实现充填体在分层暴露高度内 的自立，且大大降低充填成本。
参考文献： ［１］勰世俊．金属矿床地下开采［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，
１９９２．
了鑫汇金矿深部顶柱矿体回采中的安全性差、生产 能力小、作业效率低、贫化损失大、充填成本高等综
合技术难题，其工艺先进，配套性好，实现了复杂条
盐水泄，其中应用普通硅酸盐水泥最为广泛。在脏
艺不同．井Ｆ废打尾砂腔结克填技术从以下２种＾ 窠中选样：Ａ案一，废石料从允填溜井卸料充填打 案．即ｎ采蚜Ｊ。方计凿充填溜井．其位置砬能缱充填 料均匀连续分布，废石料通过充填溜井进入充ｊｆＩ卒 【ｚ．耐腔结料浆则迎挝充填管滤进充填空区．＾寨
■．废“料通过小捌变述皮带抛掷口Ｌ抛掷废石料进 入充填审医方案，即通过抛掷方式将废竹料充填＾ 采窑Ⅸ．ｍｊ胺结辩浆通过充填管流进充填宅区．根据 抛掷方式不¨．废石料枉采场中形成的旌打堆形状 小同．此方案可打敛史现将废钉料抛掷至采空隧巾
（下转第”页）
抖。奥图泰公州制造的ＳＵＰＡＦＬＯｏ膏体浓密机
罘ｊ口创新的自动稀释系统、科学的耙架结构设计、高
技的驱动系统及精确的自动控制技术，解决丁尾矿
万方数据
白复锌，等：
复杂顶柱高效回采综合技术的研究与应用
３７
５
结论 （１）上向分层组合进路充填采矿法有效地解决
分采用非胶结尾砂充填的进路在充填时，且在宽进
的创新成果．展望Ｔ矿＾充填技术厦装备的未来发展趋势。
关键词：矿＾充填；无魔开采；充填材料；充填Ｓｔ－艺；充填装备
矿山充填工艺技术发展概况
１．１分级尾砂充填技术
对深井冬瓜山采场进行丁克填。突破了极细粒级高 浓度全尾砂浆的立式砂仓制备技术和深井开采全尾 砂高浓度充填料浆自流管输降压的关键技术，解决
ｒ全尾砂低成本脱水的国际性难题，克服了矿…五
［５］胡伟。周爱民．进路法回采顶柱其顶板安全厚度的数值分析
方法［Ｊ］．矿业研究与开发，２００１，２１（２）：１４—１７．
爆破参数，改善了回采落矿效果，同时又尽量减轻爆 破对顶板的破坏，使采场顶板的稳定性与安全性
增强。 （４）采用人工隔墙分级尾砂充填工艺，使大部
（收稿日期：２０１１一０２—１３） 作者简介：白复锌（１９６０一），男，吉林通化人，高级工程师， 硕士，长期从事矿山生产技术和管理工作。
膻刚废打的矿山则较多．如凡ｒ１铅钭矿．金川二州和 鸯Ｉ上铜矿等。
北京矿冶研究总院在安庆铜矿开展废石尾砂脞 结觅填技术试骑研究．利用井Ｆ掘进的自然级配腹 打‘ｊ地嵌充填站制备的尾砂胶结料浆，采用多元化
的混合打式危人采场（见图２）。根据废石料充填】：
适Ｈｌ于矿山胶结充填的水泥品种一般为３２ ５缎的 粹通砘酸盐水泥、矿渍硅酸盐水泥盐火儿Ｉ灰质硅酸
件下顶柱矿体的安全、高效、低贫损、低成本回采。 （２）采用下盘脉外采准布置和分层回采工艺， 新增工程量小，设备利用率和出矿效率高。分层进
路回采工艺可灵活调整回采边界、剔除夹石和控制 合适的顶板暴露面积，有效提高出矿品位。 （３）采用光面落矿技术，使崩矿爆破与光面爆 破同时完成，工艺简单。通过正交试验优化确定的
［２］黄应盟，胡建华，陈庆发，等．破碎环境下空区结构形变的尺寸 效应研究［Ｊ］．采矿技术，２００９，（２）：１５—１７． ［３］艾显恒，谢建兵，朱和玲．地下矿山采场顶板厚度数值模拟研
究［Ｊ］．采矿技术，２００９，（２）：３０—３２．
［４］钱鸣高，缪协兴，许家林，等．岩层控制的关键层理论［Ｍ］．徐
州：中国矿业大学出版社，２０００．
刷新材料，具有广阔的垃用ｄ“景。
Ｆ—■帮
圈３新型矿女腔凝材料
鹪
囤４镕镕膏体浓缩机结构 图５ ＳＵＰＡＦ］Ｄｏ膏体浓密机
２
４其他胶凝材料
粉煤版扯替代部分水泥时能卉烛歧善充填料活
性驶渡动性，同肘也环撂节约，皿．疆渐得到推厂。
（；Ｌ Ｊｌｊ。
捕蝻炉渣已ｒ＿泛啦玎ｊ于水泥丁业制造矿渣水 泥，Ｉｌ前刑内矿ＩＩＩ片ｊ炉渣作为允填料主要址利州没
物料脱水采用普通浓密机难以解决的挑战。这种浓 缩机是般据不Ｉ刊物料特性技川户盟求进行量身定 制．具柯禁凝有效性高．高技的液压驱动、低阻山耙
僻驶最少匝耙事故等优点，ｎｒ以制备出最岛维度达 ７０％的尾矿浆体（见图５）。
（ＣＡＮＭＥｌ’）合作研究．１｝在Ｊｒ发矿Ｉ。Ｉ充填新型胶结 材料（可替代胶结剂）（见图３），这种胶结剂是利川 矿山虚料和冶金睃渣制成，是完全可以替代水泥的 胶结充填材料，且成本低廉，能碱少废料排放和环境 破蜘、。新犁矿汝股凝材料属于资源节约、环境友蚶
治菲妙浆充填是一种全新的腔结龙填技术，利
节的刿玑解决部分矿山充填尾砂不足。
麈卉腔结充填的实质是以矿Ｉｌ『的掘进废，ｆ或分 采废打作为充填集料，以木泥浆或胶结尾砂浆作为
胶结介质．经充分混台后充人采夺Ｋ的１：芝畸技术． 包括废打水抛装腔结宽填技术和废７ｉ尾砂浆腔结充 填技术。中国规模墟用废石胶结允填的矿山有Ｉ二Ｊｌｊ
过活化搅拌，在高浓度状态下输送到采场．该工艺
将仝部尾砂作为充填料．无需建尾矿库，为无废丌
来奠定ｒ基硎｛。 冬瓜山锕耐充填系统足目Ｆｉｌｌ凼山较为先进的高 浓度垒尾砂腔结充填系统（见图１），首次采用市式
砂仓喷咀全昆砂造浆挂水，实现争尾高浓度连续放
砂充填。，通过特殊的市式砂仓、创新的喷咀活化造
目１冬瓜山铜矿ｉ式砂仓活化造浆§统
结克填中．水泥材料赞用一般占充填成本的６０％一 ７０％以上，闻此减小水泥丹ｊ蛄或寻求廉价胶结荆是
社约充填戚书的主要建径。
２．２高水固化胶凝材料
高水圊化材料址以铝矾｝为主辩眦以多种无 ＃Ｌ原料和撵加利等经过破碎、烘十、配料均化，烧制 以盟粉磨等工艺．制成甲乙２种固体粉料主甚包 括高铝水泥打肌、ｒｄ膏、逯凝刺、解凝剂、悬浮剂等， 一般加＾全昆砂作为填料。 新水材料具有高水性能、速凝早强性能、怂浮
砂仓水力联合造浆技术．其输送料浆质量浓度为 ６５％～７２％。随着先进控制技术、自动检测及智能
通讯反馈技术的发展．分级尾砂充填实现ｒ免填参
数自动检洲与数据调整的智能卧同控制。 １．２高浓度全尾砂充填技术 高浓度全尾砂充填技术是１９８０年代末发展起
来的新型矿Ｉｌｌ充填技术，在充填矿山日益得到广泛
应用。该技术的特点是以全尾砂作为充填甘料，通
分级尾砂充填技术工艺成熟，是目前应ｆｆ］最ｒ 泛的充填工艺技术．包括分级尾砂胶结充填和分级
尾砂非胶结充填，届于水山充填，以自流输送为主。
废，Ｆ采的技术瓶颈．形成了立式砂仓流态化全尾砂 高浓度连续充填拄术。
尾砂分级界限一般为３７“ｎ，．克填料浆的渗系数
应达到１０ ｃｍ／ｈ，分级尾砂的利州率在５０％左右。 仆级尾砂充填主要采用旋流分级与立式／卧式