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某矿山全尾砂膏体充填配比试验研究戴超群;吴爱祥;李会强;李公成【摘要】针对某矿山膏体充填物料,先对其物理化学性质进行测定,然后分别对66％～79％不同质量浓度的全尾砂料浆进行流变特性试验分析,并得出在0～120 s-1剪切速率下的流变模型,根据流变模型推导出可输送膏体的临界浓度.在临界浓度附近通过全面试验法研究膏体充填材料的综合性能,最后在满足矿山生产要求的情况下确定膏体充填材料的最优配比范围并对影响配比的因素进行分析.根据矿山要求一步骤充填强度达到1 MPa以上,二步骤充填强度达到0.5 MPa以上,试验结果得出灰砂比为1:24时,28天单轴抗压强度超过0.5 MPa,满足自立强度要求.灰砂比为1:8时,28天单轴抗压强度在1 MPa左右,满足一步骤充填强度要求.最终结合料浆流动性和试块强度综合考虑,推荐一步骤回采膏体充填料浆浓度75％～76％,灰砂比1:8,二步骤回采膏体充填料浆浓度75％～76％,灰砂比1:24.【期刊名称】《中国钨业》【年(卷),期】2018(033)004【总页数】6页(P9-14)【关键词】膏体充填;物料配比;塌落度;充填材料特性;充填体强度【作者】戴超群;吴爱祥;李会强;李公成【作者单位】金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京 100083;北京科技大学土木与资源工程学院,北京 100083;金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京 100083;北京科技大学土木与资源工程学院,北京 100083;北京昊海建设有限公司,北京 100083;金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京 100083;北京科技大学土木与资源工程学院,北京 100083【正文语种】中文【中图分类】TD853.34随着浅部矿产资源日趋枯竭，国内外矿山进入深井开采阶段。
充填开采技术在维护采场稳定、解决深部地压、控制地表沉陷、保护生态环境等方面具有十分重要的作用[1-4]。
膏体充填技术以其安全可靠、经济高效、绿色环保等方面的优势得到迅猛的发展[5-6]，尤其是在矿岩遇水泥化矿山，膏体充填物料不泌水具有很大优势。
金属矿山高浓度及膏体细尾砂充填技术一、技术类型金属矿山高效采矿技术。
二、适用范围矿山开采，尾矿综合利用、回填与干堆等。
三、技术内容（一）基本原理将不同粒度和性质的尾砂分离开来，分别采取不同的脱水方式,选用不同的脱水设备，以提高整体的脱水效果和降低生产成本；深锥浓密机脱水工艺技术在传统的深锥浓密机基础上进行合理化改造，增加了底流浓度的稳定性和可靠性；充填料均匀搅拌设备及控制技术采用专用的高效和节能搅拌设备进行搅拌，通过软件模拟批量生产工艺过程进行控制，达到各种充填物料的高度均匀和连续制备的目的，减少了充填灰砂比。
（二）关键技术低成本细尾砂脱水及控压助流技术；尾砂分级脱水技术；深锥浓密机脱水工艺技术；充填料均匀搅拌设备及控制技术；充填料满管输送技术；充填采场工艺技术。
（三）工艺流程根据控压助流的技术原理，通过采用中国恩菲的专利脱水装置或采用分级脱水技术、深锥浓密机脱水工艺技术，将细粒级尾砂（－20μm全尾砂可占40%以上）直接低成本地制备成高浓度（74%以上）料浆或膏体从脱水装置底部排出，可以再适当添加水泥、粉煤灰、炉渣等搅拌混合均匀后，通过管道自流或泵送设备输送至井下采矿区或地表尾矿堆场，以达到提高采矿回收率和资源综合利用的目的。
尾砂分级脱水示意图四、主要技术指标对于极细粒级的全尾砂（－20μm全尾砂约占40%以上）直接制备成高浓度（74%以上）砂浆,解决了传统立式砂仓充填工艺存在的上述缺点。
底流尾砂浓度为74%-80%；流量可达到50-200m3/h。
采用此工艺技术用于充填可使采矿回收率达到90%-97%左右。
五、典型实例及成效崇礼紫金矿业有限责任公司，采矿能力2500t/d,充填站及输送系统总投资约2943.08万元，建设周期1年，投资回收期1年，使以前不能回采的残矿得以回收，矿山服务年限得以有效延长，采矿回收率提高约15%以上；减少地表尾矿排放量约60%，年增加经济效益超过2000万元。
冬瓜山铜矿充填系统，建设规模10000t/d, 占地面积1600m2,总投资11600万元，运行费用约3800万元/年，综合利用效益4363万元/年，投资回收年限为4年，开采回采率提高8%以上。
膏体充填流变特性及工艺研究
本文主要对矿山膏体充填的流变特性及泵送工艺进行研究。
在长期科研工作中，我们逐渐认识到高浓度浆体和更高浓度浆体的流变特性测试和研究，对深入了解高浓度(膏体)料浆在管道中的运动状态和变化特点，指导充填工程系统设计和工业生产，调节充填物料配比，确定管输参数，加强充填系统动态管理等都有十分现实的意义。
充填料浆属于粘度较高的非牛顿体，本文对充填料浆的流变特性进行理论及试验研究。
全尾砂膏体充填料浆的流变模型属H-B。
分别对新拌水泥浆体和水泥砂浆的流变特性、新拌混凝土的流变特性进行讨论，重点讨论全尾砂充填料浆的流变特性。
用各种方法对金川全尾砂膏体流变性能的测定结果充分说明下述二方面的事实： (1) 尽管各种方法的测试结果有所差异，甚至有很大差异，但无一例外地都证明全尾砂膏状充填料具有相当大的屈服应力。
(2) 根据测试结果绘制的流变曲线表明：全尾砂膏体浓度较低时的管壁切应力都随切变率的增长而呈曲线增长或当浓度高和添加细石后近似直线增长，而曲线的斜率随切变率增加而减小。
金川全尾砂膏体料浆(未加水泥)虽具有触变性，但不明显。
膏体充填料的可泵性，是膏体充填料泵送的一个综合性指标。
膏体充填工艺技术的研究，在金川公司获得成功。
金川充填胶凝材料研究进展与废弃物综合利用展望杨志强;陈得信;高谦;把多恒;王永定【摘要】矿山废弃物排放面临严峻的环保压力,同时随着开采深度增加,充填采矿成本逐年提高.利用废弃物开发低成本充填胶凝材料和废石作为充填骨料,是提高充填采矿经济效益和实现可持续发展的必由之路.首先简要介绍充填胶凝材料研究进展,分析开发金川矿山充填胶凝材料存在的困难和问题;然后提出利用酒钢矿渣开发低成本充填胶凝材料的技术路线与关键技术;最后针对金川镍矿资源开采和废弃物利用现状,提出以新型充填胶凝材料开发为突破口,开展废石、废渣、尾砂等固体废弃物资源化综合利用的技术途径,展望金川固体废弃物资源化综合利用的发展前景.%A lot of waste discharge faces severe environmental pressure in Jinchuan mine and filling mining cost increase year by year with the mining depth increasing.It is the only road to reduce filling mining cost and realize sustainable development for Jinchuan mine that use waste developing low-cost cementing materials and using waste rock as filling aggregate.First,the research and development of filling cementing materials and analyze existing difficulties and problems for development of new filling gelled material for Jinchuan mine are briefly introduced in this paper.Then,the technical route and key technology for development of new type filling cementing materials using slag was putforward.Finally,considering the status of comprehensive utilization of nickel and cobalt mining resources in Jinchuan mine,the research technique route to develop the new filling gelled material,as the breakthrough point,realize comprehensive utilization of solid wastes suchwaste rock and tailings are put forward and look forward development prospects to realize the resource comprehensive utilization in Jinchuan mine.【期刊名称】《福州大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(045)004【总页数】7页(P610-616)【关键词】充填胶凝材料;矿山;固体废弃物;综合利用【作者】杨志强;陈得信;高谦;把多恒;王永定【作者单位】北京科技大学土木与环境工程学院,北京 100083;金川集团股份有限公司,镍钴资源综合利用国家重点实验室,甘肃金昌737100;金川集团股份有限公司,镍钴资源综合利用国家重点实验室,甘肃金昌737100;北京科技大学土木与环境工程学院,北京 100083;金川集团股份有限公司,镍钴资源综合利用国家重点实验室,甘肃金昌737100;金川集团股份有限公司,镍钴资源综合利用国家重点实验室,甘肃金昌737100【正文语种】中文【中图分类】TD863金川镍矿是世界第三大硫化铜镍矿床，已探明资源储量5.64亿t，镍金属储量550万t. 目前矿山生产能力为910万t， 2018年末提高到1 000万t，年充填量340万m3，是目前我国乃至世界上最大分层胶结充填有色矿山. 金川硫化铜镍矿床以埋藏深、地应力高、矿体厚大和围岩破碎等不利的采矿技术条件著称于国内外，以水泥作为胶凝材料并以棒磨砂作为充填骨料实施下向分层进路式充填法开采[1]，充填材料成本高达165元·m-3. 近年来镍金属国际市场持续低迷，给企业带来巨大的经济压力. 同时，采、选、冶工程每年排放大量废石、废渣等工业废弃物，不仅占用大量土地，而且其有害成分使土地毒化、酸化，从而恶化生存环境，给矿山带来严重的环境问题. 降低充填采矿成本和实现绿色开采，是提高金川企业在国际上的竞争力以及可持续发展的必由之路[2-3]. 金川二矿区从2004年开展废石-尾砂混合骨料的充填采矿技术研究，已获得显著的经济效益和社会效益. 龙首矿从2013年开始废石-棒磨砂混合粗骨料的充填工业试验，也取得了初步成果[4-8]. 金川矿山采用1∶4高灰砂比充填采矿，每年胶凝材料用量超过80万t. 利用固体废弃物开发低成本充填胶凝材料，是降低金川充填采矿成本的重要途径. 为此，金川矿山开展替代水泥的新型胶凝材料开发. 经过3年的室内外和半工业化试验，已经取得了突破性进展[8-12]. 研究结果表明，开发的固结粉新型充填胶凝材料，不仅满足下向分层进路采矿对胶结充填体强度要求，而且对废石-棒磨砂等混合骨料充填具有很好的适应性，从而为废石、尾砂等固体废弃物在金川充填采矿中资源化利用探索出一条有效途径.1.1 水泥充填胶凝材料应用现状充填胶凝材料是充填法采矿的核心，直接影响充填采矿安全、高效和采矿经济效益. 目前以水泥作为胶凝材料充填矿山存在主要问题是：① 水泥价格昂贵，采矿成本高. 据统计，水泥成本约占整个充填采矿成本的1/3～1/2甚至更高. ② 水泥工业能源与资源消耗大，污染严重. ③ 每生产1 t水泥熟料将排放0.8 t的CO2，生产水泥排放大量CO2污染环境. ④ 水泥难以适应含泥量高的全尾砂充填骨料，导致加大充填采矿成本，使充填法采矿面临更大经济压力.为降低充填成本，国内外学者开展了粉煤灰、脱硫灰渣及矿渣微粉等火山灰材料作为掺合料，在充填采矿中应用研究. 金川矿山研究结果表明，粉煤灰是一种良好的火山灰材料，掺入水泥不仅可以降低水泥用量，而且还能够提高充填料浆的流动性. 但由于粉煤灰早期水化程度低，降低充填体早期强度，因此粉煤灰掺量不大于10%[5]. 钢铁冶金工业排放的水淬铁渣是另一种火山灰质材料，当水淬渣粉磨成一定细度后，可以用于水泥掺合料，由此降低水泥胶凝材料成本. 矿渣微粉掺入水泥也存在充填体早期强度低的问题，因此矿渣微粉掺量受到控制，通常掺量不大于40%. 脱硫石膏、灰渣、电石渣和磷石膏等固体废弃物不仅可以用于混凝土掺合料，而且还是开发新型充填胶凝材料的激发剂材料. 但由于这些废弃物的化学成分、粉体粒径级配以及排放方式不同，其物化特性在不同企业存在很大的不确定性，由此给材料选择、材料配方以及应用条件带来诸多技术难题. 目前金川企业的粉煤灰、灰渣及石膏等废弃物除了少量掺加水泥外，大部分均无偿地提供给金昌水泥集团用于生产水泥的原料.1.2 新型充填胶凝材料研究进展新型充填胶凝材料是相对于水泥料而言，其本质是采用碱、盐类或碱与盐类材料合成的激发剂，对矿渣微粉、粉煤灰等一类具有潜在活性的火山灰质材料进行激发，由此开发新型胶凝材料. 国内学者已经开展了大量研究[13-17]. 这种新型胶凝材料国外称之为无机高聚合胶凝材料或地质聚合物，由法国Joseph于1970年首先发现并命名，原意是指由地球化学作用或地质合成作用形成的铝硅酸盐矿物聚合物. 1980年前后，前苏联、前西德、美国等国家均对该类胶凝材料开展大量研究，并取得阶段性成果； 1990年后，澳大利亚墨尔本大学的Deventer对地质聚合物作为有害元素固化处理材料开展研究. 我国建材研究院、建设科学研究院等单位共同开展了石膏矿渣水泥、石灰矿渣水泥、湿碾矿渣混凝土和湿磨矿渣混凝土研究，在包钢、武钢等工程中应用. 在国外研究基础上，中冶集团建筑研究总院开始粒化高炉矿渣微粉的应用研究， 1996年首次用于首都机场扩建工程和地铁复八线建设工程. 随着充填采矿技术的发展，全尾砂作为充填骨料应用于矿山充填. 但由于采矿工艺、充填强度及设备等不利因素的影响，限制了全尾砂水力充填，大多数矿山采用分级尾砂充填，导致矿山生产环境污染严重、充填体强度低、细粒尾砂难以处理等技术问题. 全尾砂充填法采矿作为一种充填骨料，能够最大限度地利用尾矿资源，减少对环境污染，缓解尾矿库压力，为建设无废绿色矿山提供一条途径[18-23]. 为解决水泥胶凝材料难以适应全尾砂充填采矿技术问题，我国以孙恒虎教授为代表的充填材料专家，最早开展了充填胶凝材料研发与应用研究. 湖北三鑫金铜股份有限公司和黄石海易充填材料有限公司共同研发一种称之为“胶固粉”的新型矿山尾砂充填胶结材料， 2004年5月建成年产2万t的胶凝材料生产线， 2005年9月4日通过由中国黄金协会组织的专家鉴定. 该胶凝材料的原料为钢铁厂经高温煅烧后的工业水淬渣、石膏和复合激发剂. 新型尾砂胶结材料主要用于三鑫公司等黄金矿山井下充填. 工业试验结果表明，在相同灰砂比和料浆浓度的条件下，全尾砂胶结充填体早期和后期强度均达到水泥胶结充填体强度的2倍以上，且充填料浆流动性、悬浮性与可泵性好，充填工艺简单，能满足井下充填的需要. 经过多年开发与完善，该种胶凝材料在我国山东黄金矿山获得推广应用.为开发铁矿全尾砂新型充填胶凝材料， 2009—2011年北京科技大学与河钢集团矿业公司共同开展铁矿全尾砂充填胶凝材料研究并获得成功. 开发的全尾砂新型胶凝材料命名为“矿尾粉”，由唐山唐龙新型建材有限公司工业化生产，在东华集团东凯矿业公司矿山中应用，获得显著的经济效益和社会效益. “矿尾粉”胶凝材料开发应用，为正在建设中的河钢冀东地区大型铁矿全尾砂充填法开采奠定了基础[24-26].2.1 金川下向分层充填采矿法对充填体强度要求金川矿山采用下向分层进路充填法采矿，作业人员在充填混凝土假顶下作业，因此充填体强度和整体稳定性直接关系到采矿生产安全. 金川矿山设计的胶结充填体3、 7和28 d强度分别不低于1.5、 2.5和5.0 MPa，与上向分层和阶段嗣后充填采矿法相比，该采矿方法对充填体强度，尤其早期强度要求高. 为达到设计强度，金川矿山采用高成本的棒磨砂作为充填骨料和1∶4高灰砂比，因此大大增大采矿成本. 降低采矿成本是金川矿山最迫切的研究课题. 2005年金川矿山技术人员对新型尾砂胶结材料研发与应用进行考察. 但由于金川矿山对充填体早期强度要求高以及金川铜镍渣活性低，与考察的矿山情况存在显著差异，因此金川矿山新型充填胶凝材料的研究没有取得进展.2.2 金川冶炼铜镍渣矿物成分与活性分析1963年金川企业的采选冶工程建成投产以来，每年排放出大量的废石、尾砂、冶金渣等固体废弃物. 到2012年底累计堆存冶炼炉渣3 300万t，并每年以160万t的速度增加. 在提取约60万t的铁金属之后，每年可产生熔融二次尾渣约120～130万t，是金川亟待开发利用的固体废弃物. 虽然镍渣化学成分与高炉矿渣相似，但其活性与矿渣存在本质差异. 质量系数K由下式计算：表1给出我国不同冶炼企业镍渣的化学成分和质量系数. 由此可见，镍渣主要以SiO2、 Fe2O3和MgO为主，还有少量的CaO、 Al2O3. 熔融相是以FeO2、SiO2为主，与普通高炉矿渣、磷渣、钢渣和粉煤灰等玻璃相组成完全不同. 研究还发现，由于镍冶炼方法和矿石来源不同，其矿物成分与质量存在较大差异. 我国镍渣质量系数最大为0.496，金川镍渣仅为0.292. 根据《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉(GB/T 18046-2008)》[27]规定，可利用的冶炼渣质量系数K 应不小于1.2. 显然金川镍渣活性低，不能直接用于金川矿山新型充填胶凝材料开发.借鉴北京科技大学在河钢集团矿业公司开发矿微粉充填胶凝材料的成功经验，利用金川矿山附近的酒钢公司高炉水淬渣，开展了金川矿山新型充填胶凝材料开发研究.3.1 酒钢矿渣物化特性与可行性分析研究表明，不同铁矿的矿石成分、冶炼工艺以及生产管理水平不同，导致高炉水淬渣潜在的活性存在较大差异. 活性系数H0、碱性系数M0由下式计算：H0=wAl2O3/wSiO2， M0=(wCaO+wMgO)/(wSiO2+wAl2O3).表2给出了我国不同地区矿渣化学成分及评价指标. 由此可见，酒钢矿渣碱性系数为0.935<1.0，属于酸性渣；活性系数为0.295<0.3，属于低活性渣；质量系数为1.411<1.6，是一种合格的矿渣. 但矿渣质量系数>1.2，可以利用开发充填胶凝材料.3.2 金川充填胶凝材料开发技术路线与关键技术3.2.1 金川充填胶凝材料开发技术路线金川矿山充填胶凝材料开发技术路线见图1，由图可知，利用低活性酸性矿渣开发充填胶凝材料技术途径有： 1) 通过机械活化提高粉体细度来增加矿渣微粉的水化活性； 2) 化学激发活化，即开发一定量的激发组分来加快矿渣活性组分的水硬化性； 3) 通过提高温度加快矿渣水化反应，或在提高温度的同时引入改性物质改善矿渣组成与结构来提高矿渣本身的胶凝性能； 4) 通过特定的分选工艺，实现矿渣中活性矿物与非活性矿物的相分离，从而提高矿渣的水化活性. 从实际应用情况来看，最常用活化方法有机械粉磨和化学激发两种，由于分选工艺和热活化法在矿山充填中的操作工艺复杂、成本高难以实现，因此目前应用较少. 针对酒钢公司的低活性酸性矿渣，提出利用酒钢公司低活性酸性矿渣开发金川早强新型充填胶凝材料的技术路线.3.2.2 金川充填胶凝材料开发关键技术金川早强新型充填胶凝材料主要涉及机械粉磨和化学复合激发剂激发与最优配比设计等关键技术：1) 机械活化机理与关键技术. 矿渣微粉只有达到一定细度时才能充分水化，但矿渣微粉活性不仅取决矿渣细度，而且还与矿粉粒径级配密切相关. 提高矿渣微粉细度和优化粒径级配，是提高矿渣微粉活性的关键技术. 研究结果表明，大于60μm的矿渣粉体属于惰性粒子，对胶结充填体强度无积极作用. -30 μm粉体对强度起主导作用，而-10 μm粉体有利于提高充填体早期强度. 提高矿渣微粉细度必然增加矿渣微粉的生产成本. 尤其超细粉对充填体的工作性及自收缩可能产生负面影响，因此当比表面积超过一定值后，对提高胶结充填体性能影的效果不显著，所以确定比表面积的合理范围至关重要. 针对酒钢低活性矿渣，通过调整球磨机钢球的粒径级配以及结构参数与风压，来提高矿渣微粉的粒度和优化渣粉级配，是本研究利用低活性酸性矿渣开发早强充填胶凝材料的关键技术之一.2) 化学活化机理与技术. 化学活化激发就是研发由碱、盐合理配比的复合激发剂，对矿渣微粉实施复合激发，从而提高矿渣微粉的胶结性能. 因此，化学激发剂的选择和优化配比是开发新型充填胶凝材料的关键技术之一. 目前盐类激发剂材料主要有石膏、硫酸钠、碳酸盐类(碳酸钠)等；碱性激发剂多选择氢氧化钙、氢氧化钠等. 研究表明，对于低活性矿渣微粉，采用碱和盐类激发剂能够显著提高矿渣微粉活性.3) 外加剂的选择与配比设计. 外加剂选择与配比是开发金川早强充填胶凝材料的另一关键技术. 随着技术发展，目前可以利用的外加剂种类很多，例如亚硫酸钠早强剂、萘系早强减水剂、水玻璃、促凝剂和增效剂等. 但对于不同矿渣微粉的物化特性，外加剂作用效果存在显著差异. 针对酒钢矿渣物化特性，选择与之相适应的外加剂与合理添加量，是开发金川矿山充填胶凝材料的关键.4.1 金川固体废弃物与资源利用存在的问题4.1.1 金川矿山固体废弃物与利用现状金川集团公司采、选、冶工程自建成投产以来，在生产过程中已经排放大量废石、尾砂、废渣和烟气灰渣等废弃物. 随着金川集团生产能力逐年提高，废弃物排量也在逐年增加. 根据金川集团公司《二次资源调查报告》， 2011年矿山产生废石202.5万t，选厂产生尾砂689.75万t，热电厂产生粉煤灰与脱硫灰渣20.578万t. 建成投产的110万t·a-1铜炉渣选矿工程，每年产生66万t铜渣尾砂. 河西堡瓮福化工集团在地表堆放磷石膏超过700万t，每年还以100万t的排放量增加. 废石作为粗骨料已在二矿区和龙首矿充填采矿中获得少量应用，选矿尾砂在膏体充填技术中也实现了部分充填. 热电厂排放的粉煤灰无偿提供给金昌水泥厂作为水泥混合材，而热电厂脱硫灰渣除了周边砖厂和建筑工地拉运少部分外，其余大部分均在指定地点倾倒处置. 铜渣尾砂的资源化利用目前仍未得到很好的解决，大部分采用堆放处置. 甘肃瓮福集团排放的磷石膏废弃物虽然多家一直在开展资源综合利用研究，但现有技术由于开发利用成本高，利用规模小，大部分废弃物仍地表堆放.4.1.2 充填采矿废弃物资源化利用存在的问题针对金川矿山固体废弃物，将废石替代棒磨砂并以粉煤灰作为掺合料替代水泥，是实现金川矿山废弃物资源化利用的主要途径. 但存在以下主要的问题：1) 废石骨料粒径大，料浆离析严重，充填体强度低，整体稳定性差，并存在堵管、爆管风险.2) 掺加粉煤灰的水泥胶凝材料，会降低胶结充填体早期强度，因此粉煤灰用量小.3) 脱硫灰渣、铜渣尾砂和磷石膏等具有低活性的掺合料，由于研究工作少，目前尚无利用途径.4) 泡沫砂浆充填技术在三矿区进行试验研究，但增加充填工艺，目前在矿山未得到推广应用.4.2 固体废弃物在金川充填采矿中综合利用途径针对金川矿区及周围废弃物利用现状，以开发固结粉充填胶凝材料为契机，提出在金川矿山充填采矿中实现废弃物资源综合利用途径、研究技术路线和亟待解决的关键技术.4.2.1 废弃物资源综合利用途径高浓度充填技术是解决料浆离析的主要途径，同时还能提高充填体强度和整体稳定性. 因此，针对金川废弃物在采矿中综合利用存在的技术难题，提出了“以高浓度充填技术为研究目标，以优化固结粉高浓度充填料浆的流动性为技术手段”，从而实施金川矿山废石、尾砂、废渣和粉煤灰等固体废弃物资源化应用的新途径. 提高充填料浆流动性的关键技术如下：1) 优化废石-棒磨砂-掺合料混合充填料粒径级配. 充填材料的粒径级配对充填料浆的流动性、稳定性以及充填体强度产生重要影响，优化“废石、棒磨砂和掺合料”三组分混合材料的粒径级配，从而确定粗、细、粉三种集料的最优配比，由此获得混合充填料的粒径级配和堆积密实度的合理级配. 同时，发挥低活性掺合料对充填体强度的增强作用以及充填料浆的流动性与稳定性的双重作用.2) 优化固结粉充填胶凝材料的流变性能. 固结粉胶凝材料主要由火山灰质材料组成，因此固结粉充填料浆的流变性一般情况下优于水泥充填胶凝材料的充填料浆. 在利用固结粉新型胶凝材料的基础上，在生产过程中添加如泡沫剂、减水剂等外加剂，进一步提高固结粉胶凝材料本身的流变性能，从而提高固结粉充填料浆的和易性与管输特性.4.2.2 实现废弃物资源化综合利用亟待研究的关键技术实现三组分混合料高浓度充填法采矿亟待研究解决的关键技术如下：1) 混合充填料的粒径级配分析与配比决策优化技术. 在废石、棒磨砂和掺合料三种集料粒径分析的基础上，确定最优级配的三种混合料的最优配比.2) 固结粉和易性改性技术. 选择与之相适应的高效外加剂，并通过在固结粉生产过程中实施添加，从而提高材料特性来改善充填料浆的流动性和强度，避免在充填生产中添加外加剂使充填工艺过于复杂而增加生产与管理程序.3) 混合充填料浆优化设计模型的决策技术. 采矿安全、技术可靠、经济显著和工艺简单是充填采矿技术的所追求的目标; 而为了满足矿山充填体的设计强度, 使充填料浆具有良好的流动性及稳定性，且使充填工艺方便简单，是将废弃物在充填采矿中推广应用的基础. 由于充填料浆的流动性与充填体强度及稳定性有部分对立，因此合理解决他们之间的对立关系，是充填料浆优化设计目标. 在研究中，将以充填料浆流动性作为优化目标，以充填体强度和充填料浆的稳定性为约束条件，建立废弃物充填料浆配比优化决策设计模型，从而获得满足约束条件的充填料浆最优流动度. 如果该流动性满足矿山自流输送要求，则通过数值仿真和环管试验，研究建立充填料浆管输水力坡度计算模型. 否则，调整掺合料的类型与配比，重复上述优化设计过程，直至获得合理的充填料浆配比.4.3 金川矿山废弃物资源综合利用研究技术路线针对废弃物资源综合利用途径和关键技术，提出的研究技术路线如图2所示.由此可见，从优化混合充填料粒径级配和采用固结粉新型胶凝材料两个方面研究，优化充填料浆的流动性，实现混合粗骨料料浆高浓度充填，从而解决粗骨料料浆分层离析问题. 根据矿山充填系统，选择灰砂比1∶5. 在废石、棒磨砂混合料优化设计的基础上，分别掺加铜渣尾砂、脱硫灰渣及磷石膏的三组分混合料的优化设计研究，由此确定在满足矿山安全、可靠和经济的条件下，使废弃物掺加量最大. 最后，在管输特性的环管试验和数值仿真基础上，建立充填料浆管输阻力的计算模型.固体废弃物在充填采矿中资源化利用是目前充填采矿技术的发展趋势. 利用酒钢公司低活性矿渣，已经成功开发出金川矿山早强型充填胶凝材料—固结粉. 该胶凝材料配方已获得国家发明专利，并授权金昌熙金节能建材公司实现工业化生产. 截止2015年10月，固结粉在龙首矿工业用量达到5.4万t. 现场试验结果表明，固结粉胶结充填体强度满足矿山设计要求，可以替代水泥用于金川矿山充填法采矿. 与目前的普通硅酸盐水泥相比，固结粉胶凝材料成本降低15%以上. 针对固结粉在金川矿山工业化应用，提出采用废石替代棒磨砂的充填采矿技术途径和可行性，展望金川矿山固体废弃物资源化综合利用的技术路线和发展前景.【相关文献】[1] 刘同有. 充填采矿技术与应用[M]. 北京: 冶金工业出版社， 2001.[2] 王武名, 鲁安怀, 陶维东, 等. 金川铜镍矿山尾矿砂循环经济研究[J]. 金属矿山， 2006 (4): 81-84.[3] 梁永顺, 索文德. 金川铜镍矿资源综合利用和矿山生态环境建设[J]. 有色金属， 2002, 54(2):111-113.[4] 党明智, 田维, 莫亚斌. 高浓度尾砂胶结充填在金川二矿区的应用[J]. 矿业研究与开发， 2004,24(5): 73-75.[5] 王正辉. 金川矿山废料胶结充填工艺技术研究[J]. 采矿技术， 2011, 11(4): 32-36.[6] 乔登攀, 姚维信. 金川矿山废石-全尾砂高浓度充填工艺试验研究[J]. 有色金属科学与工程，2011, 2(6): 57-61.[7] 杨志强, 王永前, 高谦, 等. 金川镍矿尾砂膏体充填系统工艺技术改造与应用研究[J]. 有色金属科学与工程， 2014, 5(2): 1-9.[8] 杨志强, 高谦, 王永前, 等. 金川全尾砂棒磨砂混合充填料胶砂强度与料浆流变特性研究[J]. 岩石力学与工程学报， 2014, 33(增刊2): 3 985-3 991.[9] 杨志强, 肖柏林, 高谦, 等. 基于金川棒磨砂充填料开发新型充填胶凝材料试验研究[J]. 有色金属(矿山部分)， 2014, 66(5): 65-68.[10] 王佳佳, 刘广宇, 倪文, 等. 激发剂对金川水淬二次镍渣胶结料强度的影响[J]. 金属矿山， 2013 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全尾砂胶结充填技术在金属矿山的应用与发展摘要：全尾砂胶结充填是充分利用尾矿资源，实现矿山无废开采，同时也是将尾砂视为一种远景资源储存于井下，待将来技术经济成熟再对其进行二次开发利用来满足国民经济发展的需要，是现代采矿工业中一项有利于矿业可持续发展的新技术。
全尾砂胶结充填是以没有进行分级脱泥的的全粒级尾砂作为充填骨料，与一定比例的胶结材料和水混合均匀搅拌后充入井下采空区的一种充填方式。
分级尾砂充填工艺是对尾砂先进行分级脱泥处理，这样使得充填体料浆进入采场更迅速地脱水，充填体的强度也可以得到明显的提高，因此，分级尾砂充填工艺已被国内外矿山广泛应用，但此工艺造成了充填骨料的来源不足，同时生产出来的细泥尾砂给堆坝增加了难度，提高了尾矿库的建设成本。
随着技术经济的发展，推广全尾砂胶结充填作为一种新型高效的充填方式，最大限度的利用尾矿资源，以减少对环境的污染和资源的浪费。
1.全尾砂充填的意义随着现代科技和工业生产的高速发展，矿产需求量迅速增加，金属矿产资源的开发利用引发的地表破坏和尾砂排放，将带来资源、环境和安全等诸多问题。
通过利用全尾砂对采空区进行有效充填，可以从根本上解决矿产资源开采带来的环境和安全问题，同时还能充分地回收矿产资源，对促进采矿工业与资源、环境、安全和经济的协调发展有着重要的意义。
1、减少矿山固体废料排放，实现无尾化矿山生产，避免了尾砂的工业占地，节省尾矿库征地、建设和维护费用，同时也避免了可能造成的对大气、水体、土壤的污染，对保护地表生态环境具有重要的意义。
2、可以有效地阻止岩层发生明显的移动，防止地表塌陷，实现“三下”安全开采和优先开采下部或下盘富矿而不造成矿产资源的破坏，保护远景资源。
3、可以有效地控制地压，控制局部和区域岩层片落破坏，提高回采作业的安全性，减小采场冒顶事故风险，同时还可以缓解深井开采时岩爆的威胁。
4、通过尾砂充填可以安全地对残矿进行回采，从而提高矿石回采率，提高矿山经济效益。
充填采矿法的应用现状及发展摘要：基于充填采矿法较高的回采率，使充填作业实现了自动化、导管化的效果，而且广泛采用现场厂尾砂作为矿山的充填原材料，提高了矿山开采活动的安全性，特别是在高品位矿物、贵重金属矿藏等的开采作业中，充填采矿法的全面应用具有很高的综合价值，故而，我们需要不断研究改进充填采矿法，并推广普及最新型的充填采矿法。
基于此，本文主要对充填采矿法的应用现状及发展进行分析探讨。
关键词：充填采矿法；应用现状；发展1、前言充填是指用适当的材料，如废石、碎石、河沙、炉渣或尾砂等，对地下采矿形成的采空区进行回填的作业过程。
充填采矿法有许多优点：可以防止由采矿引起的岩层大幅度移动、地表沉陷；可以充分回收矿产资源，促进矿产资源的可持续发展；废石可以充填空区，减少提升费用；可以将大部分的尾砂回填到井下，减少因尾矿库发生的各种费用和潜在危害；可很大程度上解决深井矿山中高温、高应力所带来的一系列问题，保证井下有安全的生产环境；对于大水矿山可以通过减少岩移来降低涌水量和排水费用等。
2、我国当前充填采矿法的普及现状对充填采矿法的研究一开始是起源于国外，但自20世纪中叶传入我国后得到了令人瞩目的发展。
充填采矿法在中国的发展大致可以归纳为四个阶段：第一阶段：20世纪中叶。
这一时期的充填采矿法以干式为主，主要应用到有色金属矿藏中，但因设备、技术等放干的制约，此方法的使用率逐渐下降。
第二阶段：上世纪六七十年代。
这一时期的充填采矿法是以水砂充填跟胶结充填为主。
60年代，为了预防矿坑内部出现火灾，湘潭的锰矿应用了碎石水力充填技术。
在1968年时，为了满足采矿工业中的工艺需求，铅锌矿使用了分级尾砂还有水泥胶结充填的技术。
第三阶段：80年代前后。
这一时期的充填采矿法以胶结充填技术为主流。
在临近90年代时，铅锌矿普遍使用全尾砂填充技术，它还开始引入高水速凝充填技术。
到1988年，大厂铜坑矿逐渐应用了块石胶结充填技术手法。
第四个阶段：20世纪90年代。
