武山铜矿新建全尾砂膏体充填系统研究

基于全尾砂级配的膏体新定义王洪江;李辉;吴爱祥;刘斯忠;王恒【摘要】基于全尾砂特性的不同,提出定量化具有普遍性和工程应用性的膏体新定义.运用八因素十水平均匀设计方案研究不同尾砂粒级组成对浆体泌水率的影响.研究结果表明:当全尾砂颗粒半径超过70 μm时,颗粒基本不具有保水性能;粒度为20～98 μmn的尾砂颗粒对浆体的泌水性能影响较大,尤其是粒度为20～37 μm 的尾砂颗粒;膏体新定义的提出使不同矿山不同特性全尾砂所能配制的膏体得到了统一规范化和定量化.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(045)002【总页数】6页(P557-562)【关键词】全尾砂;定量化;泌水率;膏体新定义【作者】王洪江;李辉;吴爱祥;刘斯忠;王恒【作者单位】北京科技大学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;北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京,100083【正文语种】中文【中图分类】TD926.4自膏体充填技术诞生以来，由于其良好的经济和环境效益使其获得不断推广和发展[1]，在世界范围内引起极大兴趣。

膏体充填是一种全新的矿山开采模式，其料浆不离析、不脱水、不沉淀；充填质量高，充填体强度增长迅速，成本低，效率高，是充填技术发展的主要方向[2−4]。

但国内外尽管对于膏体的定义进行了各种探索性研究，但是，一直缺少统一的规范。

国外的研究成果显示：当料浆中颗粒粒径＜20 μm的尾砂质量分数为15%～20%[5]，且当屈服应力大于（200±25） Pa[6]时，可以视为膏体。

但各矿山全尾砂颗粒级配千差万别，颗粒含量也各不相同，同时，对于料浆屈服应力的检测受到检测仪器和手段的限制，无法准确得到料浆的屈服应力。

全尾砂胶结充填技术在金属矿山坑下采空区治理中的应用为了解决采空区及地表陷落的安全隐患，同时为矿山生产的大量尾矿砂寻找堆存场地，经试验充分论证，可利用全尾砂对井下采空区进行充填处理，消除地表陷落及采空区垮塌安全隐患。

井下采空区充填密闭是全尾砂充填的必要条件之一。

文章较详细介绍了全尾砂胶结充填技术在某金属矿采空区治理中发挥的作用，治理效果显著，基本消除了矿区采空塌陷地质灾害隐患，为小型矿山采空区治理工作提供技术指导。

标签：采空区；全尾砂；胶结充填；金属矿全尾砂胶结充填技术近十几年来，在我国不断得到发展、完善，已在不少矿山推广应用。

某金属矿于2005年建矿，2008年正式投产，设计生产能力15万t/a。

矿山采用中央下盘斜井开拓，采矿方法为房柱法和浅孔留矿法。

经多年开采已经形成了较大范围的地下采空区，对周围居民、工厂构成威胁，矿山和各级政府对地表安全监控管理和环境保护治理的工作责任重大。

1 矿山基本概述1.1 地质条件矿区处于某向斜盆地的东北边缘，分布有奥陶系马家沟组、石炭系本溪组及二叠系地层。

由于金岭岩体的侵入作用，形成向东北倾伏的金岭短轴背斜，沿接触带形成一系列大小不等的磁铁矿床。

该金属矿山开采矿床矿体-150m以上部分。

矿体形态呈扁豆状，走向N30°E，倾向SE，倾角20°～40°，矿体沿走向南北长180m，沿倾向延伸165m，水平宽度50～150m。

主要有益组分TFe含量一般为30%～55%，最高可达64.74%，平均含量51.41%；矿体最小厚度4.34m，最大厚度16.48m。

1.2 水文地质条件矿区地处鲁中南陆背斜水文地质区、山间盆地亚区的水文地质单元北部。

依据含水介质及赋存条件，含水岩组分为第四系松散岩类孔隙含水岩组、碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩组和岩浆岩类裂隙含水岩组。

矿山投产以来，坑内一直无水，只是在雨季的后期，坑壁上有少量渗水，并不影响坑内作业，也无需排水疏干。

2019年第5期新疆有色金属1引言武山铜矿自90年后采用分层进路水沙充填采矿法，不添加胶结材料，在南矿带W4、W5进行下向胶结充填试验，充填浓度达到了68%左右。

目前武山铜矿的分级尾砂充填系统升级改造为全尾砂膏体充填系统，必须进行前期基础试验研究。

尤其，全尾砂作为骨料的充填性能、全尾砂胶结充填参数、全尾砂浆絮凝沉降参数、全尾砂膏体的流动性能等研究内容是全尾砂膏体充填技术的关键，必须以试验为基础，结合理论分析，得出科学合理的研究结论。

本次环管试验的目的是测试试料浆在管径为50mm 、在不同流速情况下，得出直管段的压力损失，进一步分析研究武山铜矿全尾砂膏体输送性能。

为后续的膏体充填的参数选取奠定扎实的基础。

2环管试验2.1试验材料充填材料配比试验的目的是测定不同配比组合水泥、尾砂胶结试块的固结特性、强度指标等，以检测充填体是否满足回采强度和相关工艺要求，据此确定适合武山铜矿采矿工艺要求的充填材料最优配比。

经现场调研确定充填试验材料为：骨料为武山铜矿全尾砂、胶凝材料为市场上购买的商业复合32.5硅酸盐水泥、水为普通自来水。

2.2试验系统试验借助青岛乾坤兴工贸有限公司建设安装的充填环管试验系统。

该系统的机械部分主要是由骨料提升机、集成配料仓、骨料称重系统、皮带运输机、皮带上料机、粉料仓、螺旋上料机、水箱、搅拌机、材料输送泵和环管组成。

系统根据配料设置—骨料依次卸入计量斗中，累积计量，计量好后启动皮带运输机，再启动斜式平皮带上料机，将计量好的骨料提升到搅拌仓内；粉料计量斗中计量好的粉料由螺旋输送机送往搅拌仓中，将计量好的水由水泵送入搅拌仓；然后开启搅拌机进行搅拌，将搅拌好的料浆(流体介质)卸入下面的输送泵料斗中，由输送泵将料浆输送到环管系统管道中(管道为ND100mm)。

通过安装在管路中的温度计、压力计、流量计测出相应的试验数据，计算机将实时测量数据处理并存储，通过分析软件进行数据分析。

2.3试验过程环管试验泵送过程主要对直管段进行压力测试，通过调整不同泵送频次改变流量，进而改变料浆在管道的流速，通过测试数据进行分析得到拟合方程，从而得到不同料浆的屈服应力及粘度。

全尾砂膏体充填关键技术指标标准化研究王 勇1 吴爱祥1 严 鹏2（1.北京科技大学 土木与资源工程学院；2.长春黄金研究院有限公司）摘　要：全尾砂膏体充填是绿色矿山建设的重要支撑技术之一，可以高效解决尾矿库和采空区生态安全问题。

但膏体充填关键技术指标界定尚不明确，使得该技术在应用过程中偏离初衷，达不到应有的实施效果。

根据国家标准《全尾砂膏体充填技术规范》中关键技术难题，通过文献调研、理论推导、室内实验、工程实践等手段，对膏体充填过程中的粒级组成、泌水率、塌落度、屈服应力、凝结时间、单轴抗压强度以及线缩率等多个指标进行标准化研究。

从原材料、制备、输送、固化等不同角度对全尾砂膏体关键技术指标进行规范化，为矿山企业、高校、科研院所等单位在该技术应用时提供标准化技术指导。

关键词：膏体充填，技术指标，标准研究，规范化DOI编码：10.3969/j.issn.1674-5698.2020.07.017Study on the Standardization of Key Technical Indexesof Full Tailings Paste FillingWANG Yong1 WU Ai-xiang1 YAN Peng2（1. School of Civil and Resource Engineering, University of Science and Technology Beijing;2. Changchun Gold Research Institute Co., Ltd.）Abstract: Full tailings paste filling is one of the important supporting technologies for the construction of green mines, which can efficiently solve the ecological safety problems of tailings reservoirs and goaf. However, the definition of key technical indicators for paste filling is still unclear, which makes the technology deviate from its original intention in the application process and cannot achieve the desired implementation effect. According to the key technical problems in the national standard “Technical specification for full tailings paste filling”, through literature research, theoretical derivation, indoor experiment, engineering practice and other means, this paper makes standardization research on several indexes such as particle size composition, bleeding rate, slump, yield stress, setting time, uniaxial compressive strength and linear shrinkage rate in the paste filling process, and standardizes the key technical indexes of the full tailings paste from the perspectives of raw materials, preparation, transportation and solidification, so as to provide standardization technical guidance for mining enterprises, universities, scientific research institutes and other units in the application of the technology.Keywords: full tailings paste filling, technical index, standard research, standardization基金项目： 本文受国家重点研发计划“深部矿产资源开采理论与技术集成”（项目编号：2018YFC0603705），国家自然科学基金“全尾砂胶 结膏体固化过程热-水-力-化多场性能响应机制及协同表征”（项目编号：51804015）资助。

2023年 7月上 世界有色金属223某矿山全尾砂高浓度充填强度及流变性能试验研究姜培根（山东黄金矿业（玲珑）有限公司，山东　招远　２６５４００）摘 要：某矿山目前采用分级粗尾砂胶结充填工艺。

选厂浮选全尾砂泵送至充填站，经一段分级脱泥粗尾砂自流至砂仓中，形成饱和尾砂，细尾砂泵送至尾矿库。

针对分级粗尾砂充填泌水率较大，凝固时间长，强度低等问题。

开展了该矿山全尾砂高浓度充填配比试验，研究内容主要包括某矿山全尾砂及胶结料物化性质检测，充填体抗压强度及充填料浆流变性能检测。

研究结果表明，全尾砂作为充填骨料具有良好的充填效果，满足矿山生产需要。

充填料浆流变曲线符合Ｈｅｒｓｃｈｅｌ－Ｂｕｌｋｌｅｙ（Ｈ－Ｂ）流变模型。

根据试验结果，推荐适合矿山全尾砂充填配比方案。

关键词：高浓度充填；全尾砂；充填体强度；流变性能中图分类号：ＴＤ８２３．７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２３）１３－０２２３－３Experimental study on high concentration filling strength and rheological property of total tailings in a mineJIANG Pei-gen（Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｇｏｌｄ　Ｍｉｎｉｎｇ　（Ｌｉｎｇｌｏｎｇ）　Ｃｏ．，　ＬＴＤ．，　Ｚｈａｏｙｕａｎ　２６５４００，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ａ　ｍｉｎｅ　ｉｓ　ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｅｍｅｎｔｅｄ　ｆｉｌｌｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｇｒａｄｅｄ　ｃｏａｒｓｅ　ｔａｉｌｉｎｇｓ．　Ｔｈｅ　ｆｌｏｔａｔｉｏｎ　ｔａｉｌｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ　ａｒｅ　ｐｕｍｐｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｆｉｌｌｉｎｇ　ｓｔａｔｉｏｎ，　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏａｒｓｅ　ｔａｉｌｉｎｇｓ　ｆｌｏｗ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓａｎｄ　ｓｉｌｏ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ａ　ｓｔａｇｅ　ｏｆ　ｇｒａｄｅｄ　ｄｅｓｌｉｍｉｎｇ　ｔｏ　ｆｏｒｍ　ｓａｔｕｒａｔｅｄ　ｔａｉｌｉｎｇｓ，　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆｉｎｅ　ｔａｉｌｉｎｇｓ　ａｒｅ　ｐｕｍｐｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｔａｉｌｉｎｇｓ　ｐｏｎｄ．　Ｉｎ　ｖｉｅｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｂｌｅｅｄｉｎｇ　ｒａｔｅ，　ｌｏｎｇ　ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｌｏｗ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｇｒａｄｅｄ　ｃｏａｒｓｅ　ｔａｉｌｉｎｇｓ　ｆｉｌｌｉｎｇ．　Ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｆｉｌｌｉｎｇ　ｒａｔｉｏ　ｔｅｓｔ　ｏｆ　ｔｏｔａｌ　ｔａｉｌｉｎｇｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍｉｎｅ　ｗａｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ，　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｃｏｎｔｅｎｔｓ　ｍａｉｎｌｙ　ｉｎｃｌｕｄｅｄ　ｔｈｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ａｎｄ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｏｔａｌ　ｔａｉｌｉｎｇｓ　ａｎｄ　ｃｅｍｅｎｔｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｉｎ　ａ　ｍｉｎｅ，　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｂａｃｋｆｉｌｌ　ａｎｄ　ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｆｉｌｌｉｎｇ　ｓｌｕｒｒｙ．　Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｔｏｔａｌ　ｔａｉｌｉｎｇｓ　ａｓ　ｆｉｌｌｉｎｇ　ａｇｇｒｅｇａｔｅ　ｈａｓ　ａ　ｇｏｏｄ　ｆｉｌｌｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔ　ａｎｄ　ｃａｎ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｎｅｅｄｓ　ｏｆ　ｍｉｎｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．　Ｔｈｅ　ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｕｒｖｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｉｌｌｉｎｇ　ｓｌｕｒｒｙ　ｃｏｎｆｏｒｍｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　Ｈｅｒｓｃｈｅｌ－Ｂｕｌｋｌｅｙ（Ｈ－Ｂ）　ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌ．　Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ，　ｔｈｅ　ｒａｔｉｏ　ｓｃｈｅｍｅ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｆｕｌｌ　ｔａｉｌｉｎｇ　ｆｉｌｌｉｎｇ　ｉｓ　ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ．Keywords: Ｈｉｇｈ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｆｉｌｌｉｎｇ；　ｗｈｏｌｅ　ｔａｉｌｉｎｇｓ；　Ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｆｉｌｌｉｎｇ　ｂｏｄｉｅｓ；　Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ收稿日期：２０２３－０４作者简介：姜培根，男，生于１９７０年，汉族，山东招远人，高级政工师，本科，研究方向：采矿工程。

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。