矿山充填技术新进展与工程实践详解

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1、北京矿冶研究总院 矿山充填技术新进展与工程实践 2015年4月 北京矿冶研究总院 郭利杰 Tel：13801211304 Email：minefill 博士、高级工程师 BGRIMM 提纲 矿山充填工艺技术发展概况 矿山充填材料的应用 充填设备发展与革新 充填技术工程案例分析 BGRIMM 北京矿冶研究总院 1、矿山充填工艺技术发展概况 1950s 干式充填 1960s 水砂充填 1970s 立式砂仓分级尾砂低浓度充填 1980s 立式砂仓分级尾砂高浓度充填 1990s 全尾砂膏体充填 （1994 金川镍矿；1999铜绿山铜矿） 2000s 基于立式砂仓的全尾砂高浓度充填 基于深锥浓密机的全尾

2、砂膏体充填 BGRIMM 北京矿冶研究总院 1、矿山充填工艺技术发展概况 1.1 分级尾砂充填技术 l分级尾砂充填技术仍是目前应用最广泛的充填工艺技术 ，以自流输送为主。 l尾砂分级界限一般为37um，充填料浆的渗透系数应达到 10cm/h，分级尾砂的利用率在50%左右。 l分级尾砂充填主要采用旋流分级与立式/卧式砂仓水力联 合造浆技术，其制备料浆质量浓度一般为65%72%。 BGRIMM 北京矿冶研究总院 1、矿山充填工艺技术发展概况 1.2 高浓度全尾砂充填技术 l高浓度全尾砂充填技术是上世纪末本世纪初发展起来的矿 山充填技术。 l高浓度全尾砂充填技术的特点是以全尾砂作为充填骨料, 通过活

3、化搅拌, 在高浓度状态下输送到采场。 l冬瓜山铜矿充填系统是目前国内较为先进的高浓度全尾砂 胶结充填系统。 l突破了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，形 成了立式砂仓流态化全尾砂高浓度连续充填技术。 BGRIMM 北京矿冶研究总院 1、矿山充填工艺技术发展概况 冬瓜山铜矿高浓度全尾砂充 填系统 l有6套相互独立的容积 970m3（有效容积为 679m3）的立式砂仓 l有3座1200t的水泥仓 l单套充填能力100m3/h,充 填料浆浓度72%76%。 BGRIMM 北京矿冶研究总院 1、矿山充填工艺技术发展概况 冬瓜山铜矿高浓度全尾砂

4、充 填系统 l工艺流程： （1）立式砂仓： （2）尾砂高效絮凝沉降； （3）仓底特殊的活化喷咀； （4）高压水/气高效造浆； （5）自流输送。 提出了“边壁流”概念，实现 了高浓度全尾砂连续充填 BGRIMM 北京矿冶研究总院 1、矿山充填工艺技术发展概况 1.3 膏体充填技术 l膏体充填料是一种不离析、不沉淀、不脱水、可流动的 非牛顿塑性流体。 l会泽铅锌矿膏体充填系统是我国目前最先进的全尾砂充 填系统。 BGRIMM 北京矿冶研究总院 1、矿山充填工艺技术发展概况 会泽铅锌矿全尾砂膏体充填系统 l充填系统能力60m3/h，充填料 浆浓度78%81%。 l充填工艺： （1）深锥浓密机 （2）

5、尾砂高效浓缩（底流72% 78%） （3）利用水淬炉渣作为粗骨料 ，将浓度提高至80%以上。 （3）膏体两级连续搅拌 （4）泵送至采场 BGRIMM 北京矿冶研究总院 1、矿山充填工艺技术发展概况 l1.4 废石胶结充填技术 块石（碎石）胶结充填（基德克里克矿、丰山铜矿等） 废石尾砂胶结充填（铜坑锡矿、安庆铜矿等） 废石尾砂胶结充填具有更大的现实意义！ l可以实现井下掘进废石不出坑 l充填尾砂量不足，用废石补充充填骨料 BGRIMM 北京矿冶研究总院 1、矿山充填工艺技术发展概况 l北京矿冶研究总院在安庆铜矿开展的废石尾砂胶结充填 技术试验研究，利用井下掘进的自然级配废石与地表充 填站制备的尾

6、砂胶结料浆，采用多元化的混合方式充入 采场。 BGRIMM 北京矿冶研究总院 1、矿山充填工艺技术发展概况 1.5 其他充填技术 l棒磨砂胶结充填已逐步减少，主要应用在金川二矿、龙 首矿。 l泡沫砂浆充填是一种较新的胶结充填技术，利用泡沫技 术将大量泡沫加入充填料浆中，减少水泥使用量，改善 充填料浆流动性，提高充填料浆浓度，节约充填成本。 目前泡沫砂浆充填技术在凡口铅锌矿的井下采场充填试 验应用。 BGRIMM 北京矿冶研究总院 l 澳大利亚Broken Hill矿 布罗肯希尔矿是澳大利亚佩利亚控股铅锌矿，采选能力180万t/a ，采用高浓度分级尾砂充填系统，该系统的特点是基于立式砂 仓+旋流

7、器脱水浓缩的高效稳定造浆系统。（仅1座立式砂仓） 1.6 澳大利亚、瑞典等发达国家矿山充填系统简述 搅拌桶 旋流器 立式砂仓 1、矿山充填工艺技术发展概况 BGRIMM 北京矿冶研究总院 l 瑞典新波立登公司Kristineberg矿竖井立式砂仓充填系统 该矿是瑞典波立登地区最古老的矿山，1940年开始运营投产，矿床富含铜、铅、锌 、金、银，矿山采矿方式为上向水平分层充填采矿法，生产能力为70万吨/年， 尾砂来自50km外的波立登集中选场，经压滤后的尾砂用卡车运输至充填站倒入 竖井砂仓。 1.6 澳大利亚、瑞典等发达国家矿山充填系统简述 井下振动放砂 地表竖井砂仓尾砂造浆系统 控制系统 1、矿

8、山充填工艺技术发展概况 BGRIMM 北京矿冶研究总院 2、矿山充填材料的应用 2.1 水泥 l水泥目前仍是矿山胶结充填的主导胶凝材料，其中应用普 通硅酸盐水泥最为广泛。 l水泥材料费用一般占充填成本的60%70%以上，减小水 泥用量或寻求廉价胶结剂是节约充填成本主要途径。 2.2 高水固化胶凝材料 l高水固化材料是以铝矾土为主料，配以多种无机原料和添 加剂等制成甲乙两种固体粉料。 l高水材料具有速凝早强性能，流动性和可泵性，再生强度 性能。 BGRIMM 北京矿冶研究总院 2、矿山充填材料的应用 2.3 新型矿渣胶凝材料 l北京矿冶研究总院与加拿大矿物能源技术中心（CANMET ）合作研究，

9、正在开发的矿山充填新型胶结材料（可替代 胶结剂），其利用矿山废料和冶金废渣制成，是完全可以 替代水泥的胶结充填材料，且成本低廉，能减少废料排放 和环境破坏。新型矿渣胶凝材料属于资源节约、环境友好 型新材料，具有广阔的应用前景。 BGRIMM 北京矿冶研究总院 2、矿山充填材料的应用 2.4 其他胶凝材料 l粉煤灰在替代部分水泥能有效改善充填料活性及流动 性，同时也环保节约，正逐渐得到推广应用； l冶炼炉渣已广泛应用于水泥工业制造矿渣水泥，目前 国内矿山用炉渣作为充填料主要是利用没经过磨细的 高炉炉渣和铜、镍冶炼炉渣，作为充填骨料的一部分 ，能有效改善充填料浆活性和提高充填料浆浓度，譬 如云南会

10、泽铅锌矿利用全尾砂-水淬渣进行膏体充填。 l地质聚合物是一类新的胶凝材料，主要有效成分为铝- 硅酸盐，作为可替代水泥的新型胶凝材料。 BGRIMM 北京矿冶研究总院 3、充填设备发展与革新 3.1 膏体浓缩设备 l美国FLSmith矿业公司研制的道尔-爱姆科深锥膏体浓 密机是目前世界上最先进的 膏体制备浓缩设备，其制浆 浓度可达到71%75%。这 种浓缩机脱水效率高，适用 于制备膏体充填料及尾矿干 堆。会泽铅锌矿的膏体充填 系统已经成功应用该浓缩机 制备井下充填料浆。 BGRIMM 北京矿冶研究总院 3、充填设备发展与革新 l芬兰奥图泰公司制造的SUPAFLO膏体浓密机采用创 新的自动稀释系统

11、、科学的耙架结构设计、高效的驱 动系统及精确的自控制技术，解决了尾矿物料脱水采 用普通浓密机难以解决的挑战。 具有絮凝有效性高、高效 液压驱动、低阻力耙臂及 最少压耙事故等优点，能 制备出最高浓度达70%的 尾矿浆体。 BGRIMM 北京矿冶研究总院 3、充填设备发展与革新 3.2 过滤设备 l陶瓷过滤机是目前国际上公认的细粒级矿物过滤的（固 液分离）设备，是集机电、微过滤板、自动化控制、超 声波清洗等高新技术为一体的新型产品。 l芬兰拉罗克斯公司新推出的过滤机服务产品奥图泰拉 罗克斯过滤机，具有节约能源与水的消耗，过滤效率高 、效果好等优点。 l目前这种过滤机用于井下尾矿脱水应用，在国内尚未

12、见 诸报道，其可满足充填量小的膏体料浆制备，具有较好 的推广前景。 BGRIMM 北京矿冶研究总院 3、充填设备发展与革新 3.3 膏体泵送设备 l膏体充填泵是在建筑工程混凝土泵的基础上发展起来。 l目前用于矿山充填的膏体泵，主要有德国的普茨迈斯特（ Putzmeister）公司和施维因（Schwing）公司的双缸活塞 泵、荷兰的奇好（Geho）的双缸隔膜泵。 l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-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。 l截止目前，国内长沙飞翼股份研发的工业充填泵基本能满 足泵送膏体料浆要求

13、。 BGRIMM 北京矿冶研究总院 3、充填设备发展与革新 3.3 膏体泵送设备 高密度固体泵的基本构成有两个液压油缸，两个输送缸，及一套带控制阀 的泵头。一个电子液压站提供315 kW的动力，驱动HSP25100泵。泵头有一 个很大的吸料口，每个输送缸有220mm截面的压力阀。 BGRIMM 北京矿冶研究总院 l 什么是废石尾砂胶结充填？ l 采用废石尾砂胶结充填的两种情况 1、为实现井下掘进废石不出坑 2、充填尾砂量不足，用废石补充充填骨料 尾砂胶结充填废石充填+ 4、充填技术工程案例分析 4.1 废石尾砂胶结充填技术及其工程应用 BGRIMM 北京矿冶研究总院 l 废石尾砂胶结充填的意义

14、 1. 废石不出坑，可以节约废石的提升运输费用；减少掘 进进度受提升系统的影响；增加提升系统提升矿石能 力；减少地表废石堆放，节约征地费用。 2. 减少水泥用量，节约充填成本。 3. 增加充填骨料的供给，缓解矿山尾砂不足的矛盾，从 而节约外运骨料的费用。 4. 加大采场充填能力，缩短采场充填周期。 4、充填技术工程案例分析 BGRIMM 北京矿冶研究总院 废废石尾砂胶结结充填工艺艺方案 1、充填工艺方案选择 l 由充填试验知：废石尾砂胶结充填过程废石料与胶结料 浆同步下料混合模式的充填体质量最好。 l 最佳下料工艺应选择胶结料浆与废石料充分混合且同步 下料情况充填为宜。 l 充填料混合设计依据

15、废石料充填方式分为3种方案 方案1 废石料与胶结料浆斜充填井下料混合工艺方案 方案2 废石料与胶结料浆垂直充填井下料混合工艺方案 方案3 可伸缩变速抛掷机抛掷废石料与胶结料浆同步下 料混合工艺方案 BGRIMM 北京矿冶研究总院 废废石尾砂胶结结充填工艺艺方案 2、最佳充填工艺方案方案一 1-废石充填+尾砂胶结料浆（管道）；2-抛掷过程中 的充填料；3-废石料堆 对于方案一，充填天井是构成理 想充填的重要因素，其位置应满 足充填料均匀连续分布。充填井 方位也决定落地料堆位置，因天 井中浆料流具有一定下落速度， 这个速度决定着料流落地运动轨 迹，该轨迹可用抛物线方法求得 ，故可以根据预期废石料落

16、地位 置及废石堆形状，反算出最佳充 填井方位。 BGRIMM 北京矿冶研究总院 废废石尾砂胶结结充填工艺艺方案 2、最佳充填工艺方案方案二 1-废石充填+尾砂胶结料浆（管道）；2-下落过程中 的充填料；3-废石料堆 对于方案二，采场跨度不大时（小 于30 m），在采场中央布置垂直充 填天井，是一种理想的布置方式。 废石料和胶结料浆通过垂直充填井 下料混合充填采空区，废石料形成 圆锥形废石堆，胶结料浆包裹废石 料，最终形成胶结料浆包裹废石料 芯充填状态。如左图所示，A区为 被包裹的废石柱芯，B区为胶结料 浆包裹层。但是实际充填过程中， 废石充填料的分凝是不可避免的现 象，应充分搞好充填质量控制，避 免出现大范围分凝现象。 BGRIMM 北京矿冶研究总院 废废石尾砂胶结结充填工艺艺方案 2、最佳充填工艺方案方案三 1-抛掷废石料；2-尾砂胶结料浆（管道）；3-抛掷 过程中的废石料；4-废石料堆 对于方案三，采用可伸缩变速抛 掷机抛掷废石料进入采场，胶结 料浆通过管道输送一端同步下料 ，可实现废石均匀铺设的废石尾 砂胶结充填试验和胶结料浆包