金川镍矿尾砂膏体充填采矿技术进步与展望

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1、金川镍矿尾砂膏体充填采矿技术进步与展望杨志强１，２，高谦１，王永前２，姚维信２，陈得信２（１．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；２．金川集团股份有限公司，甘肃金昌７３７１００）摘要：膏体充填是充填法采矿中技术最先进和难度最大的采矿技术．从２０世纪８０年代末期到９０年代中期，金川矿山在我国首次开展了尾砂膏体充填技术的引进、研究、建设和工业化应用．由于膏体充填在我国尚属首次，因此在系统设计和工程应用中存在诸多问题，导致膏体充填系统于１９９９年投产６年来一直处于非正常生产状态．虽然矿山开展了不间断研究

2、和技术改造，但一直未取得突破性进展．针对在生产中暴露出的问题以及前期研究经验，从２００５年４月开展为期１年多的膏体充填技术攻关和系统改造，由此获得重大突破．改造后的膏体充填系统不仅实现正常生产，充填生产能力逐年提高，而且在２０１１年达到设计生产能力，从而解决了长期困扰尾砂膏体充填的技术难题．首先简要概述我国目前尾砂膏体充填技术应用现状，然后重点总结金川矿山尾砂膏体充填技术研究进展以及所取得的攻关成果，展望金川矿山充填采矿技术的发展趋势．关键词：金川矿山；膏体充填；研究进展；技术改造；发展展望中图分类号：ＴＤ８５３１．３４文献标志码

3、：Ａ文章编号：１６７４－３５８Ｘ（２０１４）０３－０００１－０８充填采矿是将一种或多种材料填充到采空区，以实现安全采矿生产目的．充填材料通常为人工砂、砾石、废石以及选矿厂排放的尾砂，通常与水泥或胶结材料混合成浆体，并根据采场倍线和料浆工作性能，采用自流或泵送输送到采场．由于自流输送料浆浓度低，存在充填体强度低、充填体沉缩率高、采场溢流水污染井下环境等问题，２０世纪７０年代末，德国普鲁赛格金属公司佰德一格隆德铅锌矿在混凝土泵送工艺和设备的基础上，开展了６年多的试验研究，创造了全尾砂膏体泵送充填新工艺，并在德国、奥地利、南非、加拿大、

4、美国和澳大利亚的一些矿山推广应用．到８０年代，德国格隆德矿的膏体充填技术已经基本趋于成熟［１－５］．１９８７年金川镍矿开展了膏体充填技术的室内试验及半工业试验，于１９９２年进行膏体充填系统建设．１９９９年８月初步建成了具有自己特色的膏体泵送充填系统．通过试验研究，在膏体可泵性测定［６］、膏体物料流变特性［７］、膏体充填系统可靠性［８］等方面取得了可喜成果，提出了金川似均质料浆水力坡度经验公式；在膏体制备、膏体输送［９］等方面研究也取得成果，其中膏体二段连续搅拌设备已经定型，并得到推广应用．在废弃物利用方面，开展了由全尾砂、粉煤灰、

5、棒磨砂以及废石组成的混合充填料试验研究．针对全尾砂细泥和ＭｇＯ含量高不利于脱水等问题，通过加入粉煤灰和棒磨砂，极大地改善物料粒级组成．１９９９年铜绿山铜矿建成了第２套全尾砂膏体充填系统，进行了膏体充填工业试验．为了保证带式过滤机工作性能稳定，铜绿山矿对４００ｍ３的立式砂仓添加了简易搅拌系统，提高全尾砂的供矿浓度和流量．同时对水泥添加方式进行改进，由井下湿式添加改为地表湿式添加，确保膏体浓度．试验过程中仍然出现全尾砂过滤机难以符合工艺要求、系统故障率较高，仍难以实现工业化应用．充填材料最初设计粗骨料为水淬渣，由于水淬渣供不应求，改为

6、露天矿堆场的大理岩经破碎后的小于２５ｍｍ碎石［１０］，但碎石加工系统没有建成，只进行全尾砂膏体充填试验［１１］，但最终未实现工业化生产．收稿日期：２０１４－０４－１１基金项目：国家重点基础研究发展计划（９７３）（２０１０ＣＢ７３１５００）；国家高技术研究发展计划（８６３）（ＳＳ２０１２ＡＡ０６２４０５）作者简介：杨志强（１９５７－），男，山西万荣人，教授级高工，北京科技大学兼职教授，博士生导师，主要从事金属矿充填法采矿安全与管理以及废弃物资源化利用等方面的科学研究与推广应用．通讯作者：高谦（１９５６－），男，江苏徐州人，教授，博士

7、生导师，主要从事充填采矿技术与地压控制方面的教学和研究．·１·徐州工程学院学报（自然科学版）２０１４年第３期２００６年会泽铅锌矿建成了第三套膏体充填系统．该矿引进深锥浓缩机，避免传统过滤机工艺中尾砂脱水再加水的尴尬，采用地表干水泥直接添加到搅拌槽中制备膏体．针对全尾砂－水淬渣以及废石混合充填料，开展了早强剂以及充填钻孔优化布置等研究［１２－１５］，由此实现了工业化生产，并取得了显著成效．从目前的应用效果来说，会泽铅锌矿全尾砂－水淬渣膏体充填技术是我国较为成功的矿山之一．由于膏体充填技术含量较高，膏体流变特性及输送理论不同于两相流体

8、，同时在充填料选择、配比与料浆制备工艺、充填设备、输送方法、管道系统设计以及采场充填工艺设施等方面均具有独特的技术要求．因此，膏体充填技术的应用不仅需要开展大量的理论与试验研究，而且还必须通过工程实践，不断总结经验才可能获得成功［１６－２５］．作为