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1、充填采矿方法与充填技术 王新民 中南大学资源与安全工程学院 二00九年十二月 提 纲 充填法应用现状 充填法开采方案 充填材料及试验 管道输送水力计算 充填关键技术 充填法应用现状 应用背景 浅地表矿产资源逐渐开采枯竭 采深剧增使开采环境更加严峻 众多矿床的开采条件复杂多变 “三下” 和城镇附近的矿床众多 大量开采废料地表堆积污染严重 政府对环境保护要求越来越高 充填法应用现状 应用背景 空场采矿法空场采矿法 留设大量永久矿 柱,资源损失量大 崩落采矿法崩落采矿法 地表塌陷、灾害 和环境破坏严重 充填采矿法充填采矿法 将地表堆积废料回填到井下 ，处理空区，大大提高回采 作业安全程度，提高深部资
2、 源回收率30%，且解决地表 堆积废料造成的环境污染， 实现绿色开采。 充填法应用现状 充填优点 支护岩层，控制地压活动，保护地表地物 改善矿柱受力状态，最大限度回收资源 保证安全回采有内因火灾危险的高硫矿床 控制深井开采岩爆，降低深部地温 保证露天和地下联合开采的安全生产 处理固体废料，保护地表环境 充填法应用现状 发展历程 1985年，有色矿山充填法比重达19% 1990年，有色矿山充填法比重达19.6% 1997年至今，有色矿山充填法比重超过22.37% 近年来，充填采矿法在非金属矿山，如开阳磷 矿、孙村煤矿、淮南煤矿等得到了广泛应用 充填采矿法在国外，如加拿大、澳大利亚、印 度、波兰、
3、法国、德国、瑞典、意大利、芬兰 、爱尔兰、墨西哥、南非等国都等到了广泛应 用 发展历程 上世纪50年代以前，废石干式充填 60年代开始采用水砂充填 70年代开始发展细砂胶结充填技术 8090年代发展高浓度全尾矿充填 、膏体充填和废石胶结充填等新技 术 充填法应用现状 发展历程 砼充填 水砂充填 胶结充填 以水泥作为胶结材料的胶结充填新型的胶凝材料的胶结充填 细砂胶结充填 块石胶结充填 全尾砂胶结充填 膏体泵送充填 高水胶结充填 全砂土胶结充填 赤泥胶结充填 废石干式充填 充填法应用现状 充填法应用现状 应用现状 充 填 采 矿 法分 类 情 况应 用 实 例 上向水平分层充填法 普通方式 凡口
4、铅锌矿、新桥硫铁矿、康家湾铅锌矿、红透山铜矿 、澳大利亚芒特艾萨矿和布罗肯希尔铅锌矿、加拿 大汤普森镍矿、瑞典乌登铅锌矿 点柱方式 三山岛金矿、凤凰山铜矿、铜录山硐矿、加拿大斯特拉 思科纳镍矿、澳大利亚王岛多尔芬白钨矿 进路方式 焦家金矿、小铁山多金属矿、金川二矿区、铜录山铜矿 、新城金矿、瑞典克里斯汀贝格矿和伦斯吐姆多金属矿 下向水平分层充填法 普通方式 应用极少 进路方式 金川龙首矿、二矿、武山铜矿、焦家金矿、招远金矿、 黄沙坪铅锌矿、柏坊铜矿、磐石镍矿、德国格伦德铅锌 矿、拉梅尔斯贝格铅锌矿 两步骤回采空场嗣后 充填法分段充填方式 小铁山多金属矿、鸡冠咀金矿、丰山铜矿、德国巴德 格德铅锌
5、矿、爱尔兰纳范铅锌矿、俄罗斯诺德斯贝格矿 阶段充填方式 安庆铜矿、铜录山铜矿、凡口铅锌矿、开阳磷矿、锡矿 山南矿、红透山铜矿、澳大利亚芒特艾萨矿 应用现状 分级尾矿充填 高浓度全尾矿胶结充填 废石胶结充填 膏体泵送胶结充填 其它：磨砂胶结充填、赤泥胶结充填 、高水固化胶结充填、天然砂胶结充 填和干式充填 充填法应用现状 应用现状 分级尾矿充填 n分级尾矿充填是中国矿山应用最为广 泛的充填工艺，约在60余座矿山得到 应用，其输送浓度为65%70左右 充填法应用现状 应用现状 全尾矿胶结充填 n 自上世纪90年代初在凡口 矿建成第一个全尾矿胶结 充填系统后，先后在张马 屯铁矿、铜绿山铜矿、武 山铜
6、矿、湘西金矿和南京 铅锌矿等矿山应用 n 尾矿利用率85以上，其 中南京铅锌矿计划将全部 尾矿充入井下，地表不建 尾矿库 充填法应用现状 应用现状 废石胶结充填 n 成规模应用废石胶结 充填的矿山有新桥硫 铁矿、丰山铜矿、铜 坑锡矿和吉林镍矿等 n 局部应用的矿山较多 ，如金川二矿、凡口 矿和金山金矿等，主 要利用井下掘进废石 进行胶结充填 充填法应用现状 应用现状 膏体泵送胶结充填 n 中国于1994年和2000 年先后在金川二矿和 铜绿山铜矿建成了膏 体泵送充填系统，均 采用德国泵 n 山东湖田铝土矿曾采 用中国沈阳泵建成了 赤泥膏体泵送充填系 统 充填法应用现状 应用现状 其它充填技术
7、磨砂胶结充填 已逐步减少，目前成规模应用的矿山主要有金川镍矿、 武山铜矿和建德铜矿 赤泥胶结充填 于20世纪90年代在山东湖田铝土矿应用成功，并在山东 莱芜铁矿开展了赤泥全尾矿胶结充填工业试验 高水固化胶结充填 成规模应用的矿山主要有鸡冠嘴金矿和焦家金矿 充填法应用现状 研究成果 水泥替代品研究取得重大突破 充填骨料应用范围日益扩大 混凝土外加剂得到广泛应用 充填体承载机理研究成果丰硕 两相流理论得到重大发展 深井充填材料与技术研究广泛 管道磨损对策研究成果丰硕 充填法应用现状 充填法应用现状 发展趋势 大型化、机械化、盘区化、连续化 开采无废害化 两步骤回采嗣后充填法广泛应用 充填理论及技术
8、不断发展 充填设施、机械、监测仪表更新 充填法开采方案 典型方案 凡口铅锌矿 机械化上向水平分层充填法 机械化下向水平分层充填法 金川镍矿 VCR两步骤回采嗣后充填法 安庆铜矿 两步骤分段回采嗣后充填法 新桥硫铁矿 开阳磷矿 充填法开采方案 典型方案1 机械化上向水平分层充填法 工作面 溜井 运输平巷 斜坡道 充填体 充填法开采方案 典型方案1 机械化上向水平分层充填法 划分矿房和矿柱，先采矿房，后采矿柱 矿房自下而上分层回采，依次充填以维护上 下盘围岩，并创造不断上采的作业条件，矿 房回采到最后一个分层时，进行接顶充填 矿柱在采完若干矿房或全阶段后，进行回采 机械化程度高，生产能力大 该法占
9、我国充填法60%以上 基本特征基本特征 充填法开采方案 典型方案1 机械化上向水平分层充填法 II I I II I - I II - II 井 溜 矿 出天井 6m a 硐室 底柱底柱 充填体 矿体 充填体 川脉 川脉 井 天 a 炮孔 溜井 矿界 a 脱水井 采场界线 矿石线界 8m 8m 40m 川脉 川脉 D3tb D3tb 川脉 脱水井 一分段 二分段 三分段 四分段 凡口盘区机 械化上向水 平分层充填 采矿法 充填法开采方案 典型方案1 机械化上向水平分层充填法 凿岩：HS150X型上向接杆台车 装药：NT30/NBB150型井下装药车 起爆：导爆索毫秒雷管非电复式网络 出矿：ST
10、-311/2型3m3铲运机 充填：灰砂比1:4 的-3mm棒磨砂 开采工艺开采工艺 充填法开采方案 典型方案1 机械化上向水平分层充填法 技术参数技术参数 采场能 力(t/d) 凿岩效 率 (m/台班) 出矿效率 (t/台班) 采切 比 (m/kt ) 损失 率/% 贫化 率/% 炸药单 耗 (kg/t) 采矿直 接成本( 元/t) 充填成 本(元/ m3) 资料 年限 327.39638823.50.397.260.225.7390.661994 充填法开采方案 典型方案1 机械化上向水平分层充填法 适用于矿岩稳固或围岩稳固性较差、矿体轮廓 复杂、品位高或稀贵矿体 “三下” 、有内因火灾危险
11、的矿体及深部矿体 使用的回采方案多，机动灵活，适应多种开采 技术条件的需要 损失贫化率低 方法评价方法评价 充填法开采方案 典型方案1 机械化上向水平分层充填法 提高分层高度，节省辅助工时 构筑高强度人工砼底柱，取消留设矿柱 应用机械化盘区上向分层充填法回采矿岩中 等稳固以上的厚大富矿体 寻求来源丰富且符合技术要求的充填材料 研究制备简单、输送方便、易于自动控制的 充填工艺 发展趋势发展趋势 充填法开采方案 典型方案2 机械化下向水平分层充填法 金川六角形进路 充填法开采方案 典型方案2 机械化下向水平分层充填法 从上往下分层回采、逐层充填 一般将分层划分为进路出矿回采 每分层的回采、充填工作
12、在上一分层人工假 顶的保护下进行 开采矿石很不稳固或矿石和围岩均很不稳固 高品位或价值矿石 基本特征基本特征 充填法开采方案 典型方案2 机械化下向水平分层充填法 金川二矿区 机械化下向 水平分层进 路充填法 充填法开采方案 典型方案2 机械化下向水平分层充填法 凿岩：COP1032HD液压凿岩台车 装药：PT45A装药车型井下装药车 起爆：非电导爆管一次点火起爆 出矿：928LHD型6.1m3铲运机 充填： -3mm棒磨砂灰砂比1:4 打底充 填，1:61:8普通充填 开采工艺开采工艺 充填法开采方案 典型方案2 机械化下向水平分层充填法 技术参数技术参数 采场能 力(t/d) 凿岩效 率
13、(m/台班) 出矿效率 (t/台班) 采切 比 (m/kt ) 损失 率/% 贫化 率/% 炸药单 耗 (kg/t) 采矿直 接成本( 元/t) 充填成 本(元/ m3) 资料 年限 6404004003.252.064.710.355.0616.431996 充填法开采方案 典型方案2 机械化下向水平分层充填法 适用于矿岩均不稳固，矿石破碎的品位、价 值高的矿体和地压活动大，致使开裂的矿柱 在完整的假顶（砼或高配比的充填体）下进 行作业，工作安全 损失与贫化率低，一般矿石损失率为4% 5%，贫化率8%10% 方法评价方法评价 充填法开采方案 典型方案2 机械化下向水平分层充填法 增大进路断面
14、规格，变低进路为高进路 采用新型人工假顶，改善构筑工艺 大力推广应用无轨自行设备，大幅度提 高劳动生产率和生产能力 研制、研发新型充填材料及技术,降低充 填成本 发展趋势发展趋势 充填法开采方案 典型方案3 两步骤分段回采嗣后充填法 工作采场 充填体柱 充填法开采方案 典型方案3 划分矿房和矿柱，分两步骤回采，先用分段 空场法中深孔回采矿房，采后一次胶结充填 ，再回采矿柱非胶充填 或不划分矿房和矿柱连续回采，即回采工作 空间暴露面积达到一定极限值时，充填空区 控制地压活动 基本特征基本特征 两步骤分段回采嗣后充填法 充填法开采方案 典型方案3 两步骤分段回采嗣后充填法 - - - 12 4 3
15、5 67 98 -230m -180m 新桥硫铁 矿两步骤分 段回采嗣后 充填法 充填法开采方案 典型方案3 凿岩：YGZ90液压凿岩机 装药：BQF-50装药器 起爆：导爆管毫秒雷管起爆 出矿：30kW电耙 充填： 块石嗣后充填(灰砂比1:15) 开采工艺开采工艺 两步骤分段回采嗣后充填法 充填法开采方案 典型方案3 技术参数技术参数 采场能 力(t/d) 凿岩效率 (m/台班) 出矿效率 (t/台班) 采切比 (m/kt) 损失 率/% 贫化 率/% 炸药单 耗 (kg/t) 采矿直 接成本 (元/t) 充填 成本 (元/ m3) 资 料 年 限 400501629.165150.274.
16、2621.121996 两步骤分段回采嗣后充填法 充填法开采方案 典型方案3 两步骤分段回采嗣后充填法 开阳磷矿两步骤分段回采嗣后充填法 充填法开采方案 典型方案3 凿岩：YGZ90液压凿岩机 装药：BQF-50装药器 起爆：非电毫秒导爆管同排同段 出矿：TORO400E、ST-6C铲运机出矿 充填： 磷石膏、黄磷渣嗣后充填 开采工艺开采工艺 两步骤分段回采嗣后充填法 充填法开采方案 典型方案3 技术参数技术参数 盘区能 力(t/d) 凿岩效率 (m/台班) 出矿效率 (t/台班) 采切比 (m/kt) 损失 率/% 贫化 率/% 炸药单 耗 (kg/t) 采矿直 接成本 (元/t) 充填 成本 (元/ m3) 资 料 年 限 10005078012.188100.45
