1、北京礦冶研究總院 礦山充填技術新進展與工程實踐2015年4月北京礦冶研究總院北京礦冶研究總院 郭利杰郭利杰TelEmail：博士、高級工程師博士、高級工程師BGRIMM 提綱提綱礦山充填工藝技術發展概況礦山充填材料的應用充填設備發展與革新充填技術工程案例分析BGRIMM 北京礦冶研究總院 1 1、礦山充填工藝技術發展概況、礦山充填工藝技術發展概況1950s 干式充填1960s 水砂充填1970s 立式砂倉分級尾砂低濃度充填1980s 立式砂倉分級尾砂高濃度充填1990s 全尾砂膏體充填 （1994 金川鎳礦；1999銅綠山銅礦）2000s 基于立式砂倉的全尾砂高濃度充

2、填 基于深錐濃密機的全尾砂膏體充填BGRIMM 北京礦冶研究總院 1 1、礦山充填工藝技術發展概況、礦山充填工藝技術發展概況1.1 分級尾砂充填技術分級尾砂充填技術l分級尾砂充填技術仍是目前應用最廣泛的充填工藝技術，以自流輸送為主。l尾砂分級界限一般為37um，充填料漿的滲透系數應達到10cm/h，分級尾砂的利用率在50%左右。l分級尾砂充填主要采用旋流分級與立式/臥式砂倉水力聯合造漿技術，其制備料漿質量濃度一般為65%72%。BGRIMM 北京礦冶研究總院 1 1、礦山充填工藝技術發展概況、礦山充填工藝技術發展概況1.2 高濃度全尾砂充填技術高濃度全尾砂充填技術l高濃度全尾砂充填技術是上世紀

3、末本世紀初發展起來的礦山充填技術。l高濃度全尾砂充填技術的特點是以全尾砂作為充填骨料, 通過活化攪拌, 在高濃度狀態下輸送到采場。l冬瓜山銅礦充填系統是目前國內較為先進的高濃度全尾砂膠結充填系統。l突破了細粒級高濃度全尾砂漿的立式砂倉制備技術和深井開采全尾砂高濃度充填料漿自流管輸降壓的關鍵技術，形成了立式砂倉流態化全尾砂高濃度連續充填技術。BGRIMM 北京礦冶研究總院 1 1、礦山充填工藝技術發展概況、礦山充填工藝技術發展概況冬瓜山銅礦高濃度全尾砂充冬瓜山銅礦高濃度全尾砂充填系統填系統l有 6 套 相 互 獨 立 的 容 積970m3（有效容積為679m3）的立式砂倉l有3座1200t的水泥

4、倉l單套充填能力100m3/h,充填料漿濃度72%76%。BGRIMM 北京礦冶研究總院 1 1、礦山充填工藝技術發展概況、礦山充填工藝技術發展概況冬瓜山銅礦高濃度全尾砂充冬瓜山銅礦高濃度全尾砂充填系統填系統l工藝流程：（1）立式砂倉：（2）尾砂高效絮凝沉降；（3）倉底特殊的活化噴咀；（4）高壓水/氣高效造漿；（5）自流輸送。提出了“邊壁流”概念，實現了高濃度全尾砂連續充填BGRIMM 北京礦冶研究總院 1 1、礦山充填工藝技術發展概況、礦山充填工藝技術發展概況1.3 膏體充填技術膏體充填技術l膏體充填料是一種不離析、不沉淀、不脫水、可流動的非牛頓塑性流體。l會澤鉛鋅礦膏體充填系統是我國目前最

5、先進的全尾砂充填系統。BGRIMM 北京礦冶研究總院 1 1、礦山充填工藝技術發展概況、礦山充填工藝技術發展概況會澤鉛鋅礦全尾砂會澤鉛鋅礦全尾砂膏體充填膏體充填系統系統l充填系統能力60m3/h，充填料漿濃度78%81%。l充填工藝：（1）深錐濃密機（2）尾砂高效濃縮（底流72%78%）（3）利用水淬爐渣作為粗骨料，將濃度提高至80%以上。（3）膏體兩級連續攪拌（4）泵送至采場BGRIMM 北京礦冶研究總院 1 1、礦山充填工藝技術發展概況、礦山充填工藝技術發展概況l1.4 廢石膠結充填技術廢石膠結充填技術塊石（碎石）膠結充填（基德克里克礦、豐山銅礦豐山銅礦等等）廢石尾砂膠結充填（銅坑錫礦銅坑

6、錫礦、安慶銅礦等、安慶銅礦等）廢石尾砂膠結充填具有更大的現實意義！廢石尾砂膠結充填具有更大的現實意義！l可以實現可以實現井下掘進廢石不出坑井下掘進廢石不出坑l充填充填尾砂量不足，用廢石補充充填骨料尾砂量不足，用廢石補充充填骨料BGRIMM 北京礦冶研究總院 1 1、礦山充填工藝技術發展概況、礦山充填工藝技術發展概況l北京礦冶研究總院在安慶銅礦開展的廢石尾砂膠結充填技術試驗研究，利用井下掘進的自然級配廢石與地表充填站制備的尾砂膠結料漿，采用多元化的混合方式充入采場。BGRIMM 北京礦冶研究總院 1 1、礦山充填工藝技術發展概況、礦山充填工藝技術發展概況1.5 其他充填技術其他充填技術l棒磨砂膠

7、結充填已逐步減少，主要應用在金川二礦、龍首礦。l泡沫砂漿充填是一種較新的膠結充填技術，利用泡沫技術將大量泡沫加入充填料漿中，減少水泥使用量，改善充填料漿流動性，提高充填料漿濃度，節約充填成本。目前泡沫砂漿充填技術在凡口鉛鋅礦的井下采場充填試驗應用。BGRIMM 北京礦冶研究總院 l 澳大利亞澳大利亞Broken HillBroken Hill礦礦布羅肯希爾礦是澳大利亞佩利亞控股鉛鋅礦，采選能力180萬t/a，采用高濃度分級尾砂充填系統，該系統的特點是基于立式砂倉+旋流器脫水濃縮的高效穩定造漿系統。（僅1座立式砂倉）1.6 1.6 澳大利亞、澳大利亞、瑞典等瑞典等發達國家礦山充填系統簡述發達國家

8、礦山充填系統簡述攪拌桶旋流器立式砂倉 1 1、礦山充填工藝技術發展概況、礦山充填工藝技術發展概況BGRIMM 北京礦冶研究總院 l 瑞典新波立登公司瑞典新波立登公司KristinebergKristineberg礦礦豎井立式砂倉充填系統豎井立式砂倉充填系統該礦是瑞典波立登地區最古老的礦山，1940年開始運營投產，礦床富含銅、鉛、鋅、金、銀，礦山采礦方式為上向水平分層充填采礦法，生產能力為70萬噸/年，尾砂來自50km外的波立登集中選場，經壓濾后的尾砂用卡車運輸至充填站倒入豎井砂倉。1.61.6 澳大利亞、澳大利亞、瑞典等瑞典等發達國家礦山充填系統簡述發達國家礦山充填系統簡述井下振動放砂地表豎井

9、砂倉尾砂造漿系統控制系統 1 1、礦山充填工藝技術發展概況、礦山充填工藝技術發展概況BGRIMM 北京礦冶研究總院 2 2、礦山充填材料的應用、礦山充填材料的應用2.1 水泥水泥l水泥目前仍是礦山膠結充填的主導膠凝材料，其中應用普通硅酸鹽水泥最為廣泛。l水泥材料費用一般占充填成本的60%70%以上，減小水泥用量或尋求廉價膠結劑是節約充填成本主要途徑。2.2 高水固化膠凝材料高水固化膠凝材料l高水固化材料是以鋁礬土為主料，配以多種無機原料和添加劑等制成甲乙兩種固體粉料。l高水材料具有速凝早強性能，流動性和可泵性，再生強度性能。BGRIMM 北京礦冶研究總院 2 2、礦山充填材料的應用、礦山充填材

10、料的應用2.3 新型礦渣膠凝材料新型礦渣膠凝材料l北京礦冶研究總院與加拿大礦物能源技術中心（CANMET）合作研究，正在開發的礦山充填新型膠結材料（可替代膠結劑），其利用礦山廢料和冶金廢渣制成，是完全可以替代水泥的膠結充填材料，且成本低廉，能減少廢料排放和環境破壞。新型礦渣膠凝材料屬于資源節約、環境友好型新材料，具有廣闊的應用前景。BGRIMM 北京礦冶研究總院 2 2、礦山充填材料的應用、礦山充填材料的應用2.4 其他膠凝材料其他膠凝材料l粉煤灰粉煤灰在替代部分水泥能有效改善充填料活性及流動性，同時也環保節約，正逐漸得到推廣應用；l冶煉爐渣冶煉爐渣已廣泛應用于水泥工業制造礦渣水泥，目前國內礦

11、山用爐渣作為充填料主要是利用沒經過磨細的高爐爐渣和銅、鎳冶煉爐渣，作為充填骨料的一部分，能有效改善充填料漿活性和提高充填料漿濃度，譬如云南會澤鉛鋅礦利用全尾砂-水淬渣進行膏體充填。l地質地質聚合物聚合物是一類新的膠凝材料，主要有效成分為鋁-硅酸鹽，作為可替代水泥的新型膠凝材料。BGRIMM 北京礦冶研究總院 3 3、充填設備發展與革新、充填設備發展與革新3.1 膏體濃縮設備膏體濃縮設備l美國FLSmith礦業公司研制的道爾-愛姆科深錐膏體濃密機是目前世界上最先進的膏體制備濃縮設備，其制漿濃度可達到71%75%。這種濃縮機脫水效率高，適用于制備膏體充填料及尾礦干堆。會澤鉛鋅礦會澤鉛鋅礦的膏體充填

12、系統已經成功應用該濃縮機制備井下充填料漿。BGRIMM 北京礦冶研究總院 3 3、充填設備發展與革新、充填設備發展與革新l芬蘭奧圖泰公司制造的SUPAFLO膏體濃密機采用創新的自動稀釋系統、科學的耙架結構設計、高效的驅動系統及精確的自控制技術，解決了尾礦物料脫水采用普通濃密機難以解決的挑戰。具有絮凝有效性高、高效液壓驅動、低阻力耙臂及最少壓耙事故等優點，能制備出最高濃度達70%的尾礦漿體。BGRIMM 北京礦冶研究總院 3 3、充填設備發展與革新、充填設備發展與革新3.2 過濾設備過濾設備l陶瓷過濾機是目前國際上公認的細粒級礦物過濾的（固液分離）設備，是集機電、微過濾板、自動化控制、超聲波清洗

13、等高新技術為一體的新型產品。l芬蘭拉羅克斯公司新推出的過濾機服務產品奧圖泰拉羅克斯過濾機，具有節約能源與水的消耗，過濾效率高、效果好等優點。l目前這種過濾機用于井下尾礦脫水應用，在國內尚未見諸報道，其可滿足充填量小的膏體料漿制備，具有較好的推廣前景。BGRIMM 北京礦冶研究總院 3 3、充填設備發展與革新、充填設備發展與革新3.3 膏體泵送設備膏體泵送設備l膏體充填泵是在建筑工程混凝土泵的基礎上發展起來。l目前用于礦山充填的膏體泵，主要有德國的普茨邁斯特（Putzmeister）公司和施維因（Schwing）公司的雙缸活塞泵、荷蘭的奇好（Geho）的雙缸隔膜泵。l金川鎳礦和銅綠山銅礦膏體充填

14、分別選用的是施維因公司生產的KSP-140HDR液壓雙缸活塞泵和KSP80HD雙缸活塞泵，云南會澤鉛鋅礦膏體充填系統選用奇好泵。l截止目前，國內長沙飛翼股份研發的工業充填泵基本能滿足泵送膏體料漿要求。BGRIMM 北京礦冶研究總院 3 3、充填設備發展與革新、充填設備發展與革新3.3 膏體泵送設備膏體泵送設備 高密度固體泵的基本構成有兩個液壓油缸，兩個輸送缸，及一套帶控制閥的泵頭。一個電子液壓站提供315 kW的動力，驅動HSP25100泵。泵頭有一個很大的吸料口，每個輸送缸有220mm截面的壓力閥。BGRIMM 北京礦冶研究總院 l 什么是廢石尾砂膠結充填？什么是廢石尾砂膠結充填？l 采用廢

15、石尾砂膠結充填的兩種情況采用廢石尾砂膠結充填的兩種情況1、為實現井下掘進廢石不出坑2、充填尾砂量不足，用廢石補充充填骨料尾砂膠結充填廢石充填+ 4 4、充填技術工程案例分析、充填技術工程案例分析4.1 4.1 廢石尾砂膠結充填技術及其工程應用廢石尾砂膠結充填技術及其工程應用BGRIMM 北京礦冶研究總院 l 廢石尾砂膠結充填的意義廢石尾砂膠結充填的意義1. 廢石不出坑，可以節約廢石的提升運輸費用；減少掘進進度受提升系統的影響；增加提升系統提升礦石能力；減少地表廢石堆放，節約征地費用。2. 減少水泥用量，節約充填成本。3. 增加充填骨料的供給，緩解礦山尾砂不足的矛盾，從而節約外運骨料的費用。4.

16、 加大采場充填能力，縮短采場充填周期。 4 4、充填技術工程案例分析、充填技術工程案例分析BGRIMM 北京礦冶研究總院 廢石尾砂膠結充填工藝方案廢石尾砂膠結充填工藝方案1 1、充填工藝方案選擇、充填工藝方案選擇l 由充填試驗知：廢石尾砂膠結充填過程廢石料與膠結料漿同步下料混合模式的充填體質量最好。l 最佳下料工藝應選擇膠結料漿與廢石料充分混合且同步下料情況充填為宜。l 充填料混合設計依據廢石料充填方式分為充填料混合設計依據廢石料充填方式分為3 3種方案種方案 方案1 廢石料與膠結料漿斜充填井下料混合工藝方案 方案2 廢石料與膠結料漿垂直充填井下料混合工藝方案 方案3 可伸縮變速拋擲機拋擲廢石

17、料與膠結料漿同步下料混合工藝方案BGRIMM 北京礦冶研究總院 廢石尾砂膠結充填工藝方案廢石尾砂膠結充填工藝方案2 2、最佳充填工藝方案、最佳充填工藝方案方案一方案一1-廢石充填+尾砂膠結料漿（管道）；2-拋擲過程中的充填料；3-廢石料堆對于方案一，充填天井是構成理想充填的重要因素，其位置應滿足充填料均勻連續分布。充填井方位也決定落地料堆位置，因天井中漿料流具有一定下落速度，這個速度決定著料流落地運動軌跡，該軌跡可用拋物線方法求得，故可以根據預期廢石料落地位置及廢石堆形狀，反算出最佳充填井方位。BGRIMM 北京礦冶研究總院 廢石尾砂膠結充填工藝方案廢石尾砂膠結充填工藝方案2 2、最佳充填工藝

18、方案、最佳充填工藝方案方案二方案二1-廢石充填+尾砂膠結料漿（管道）；2-下落過程中的充填料；3-廢石料堆對于方案二，采場跨度不大時（小于30 m），在采場中央布置垂直充填天井，是一種理想的布置方式。廢石料和膠結料漿通過垂直充填井下料混合充填采空區，廢石料形成圓錐形廢石堆，膠結料漿包裹廢石料，最終形成膠結料漿包裹廢石料芯充填狀態。如左圖所示，A區為被包裹的廢石柱芯，B區為膠結料漿包裹層。但是實際充填過程中，廢石充填料的分凝是不可避免的現象，應充分搞好充填質量控制，避免出現大范圍分凝現象。BGRIMM 北京礦冶研究總院 廢石尾砂膠結充填工藝方案廢石尾砂膠結充填工藝方案2 2、最佳充填工藝方案、最

19、佳充填工藝方案方案三方案三1-拋擲廢石料；2-尾砂膠結料漿（管道）；3-拋擲過程中的廢石料；4-廢石料堆對于方案三，采用可伸縮變速拋擲機拋擲廢石料進入采場，膠結料漿通過管道輸送一端同步下料，可實現廢石均勻鋪設的廢石尾砂膠結充填試驗和膠結料漿包裹廢石芯的充填。可伸縮變速拋擲機可將廢石料拋擲到所設定范圍內，膠結料漿同步下料，充填體形成A區和B區。BGRIMM 北京礦冶研究總院 廢石尾砂膠結充填工程應用廢石尾砂膠結充填工程應用l安慶銅礦廢石尾砂膠結充填工業試驗安慶銅礦廢石尾砂膠結充填工業試驗-8R-8R采場充填采場充填T2bdX=90800X=90850552孔501孔867463543孔4孔5孔6

20、孔7孔充填孔觀測孔擋桿尾砂膠結充填灰砂比：146.0m8.0m35.0m10.5m5.0m廢石尾砂膠結充填灰砂比：16膠充與廢石比：3.51廢石尾砂膠結充填灰砂比：18膠充與廢石比：3.51廢石尾砂膠結充填灰砂比：110膠充與廢石比：3.51尾砂膠結充填灰砂比：14脫水管（1、2）8#礦房縱剖面圖 No.5BGRIMM 北京礦冶研究總院 l安慶銅礦廢石尾砂膠結充填工業試驗安慶銅礦廢石尾砂膠結充填工業試驗-8R-8R采場充填采場充填廢石錐形堆放的廢石尾砂膠結充填廢石錐形堆放的廢石尾砂膠結充填廢石尾砂膠結充填工程應用廢石尾砂膠結充填工程應用BGRIMM 北京礦冶研究總院 4 4、充填技術工程案例分

21、析、充填技術工程案例分析4.2 六苴銅礦井下天井立式砂倉高濃度連續充填系統六苴銅礦井下天井立式砂倉高濃度連續充填系統l 礦體似飄帶狀，走向短（170200m），傾向長，延伸約4000m。l緩傾斜礦體，在2235之間，充填倍線大，13.9。u采選生產能力120 萬t/au低濃度充填質量不能滿足深部采礦的要求u 深部采用膠結充填BGRIMM 北京礦冶研究總院 4 4、充填技術工程案例分析、充填技術工程案例分析低濃度供砂地下高濃度制備的大倍線自流輸送充填技術低濃度供砂地下高濃度制備的大倍線自流輸送充填技術l 地下建立立式砂倉制備站l 實現13.9大倍線的高濃度充填l 充填濃度72%74%供砂濃度：供

22、砂濃度：50%55%充填倍線：充填倍線：13.9充填濃度：充填濃度：72%74%BGRIMM 地表-井下聯合高濃度連續充填系統 4 4、充填技術工程案例分析、充填技術工程案例分析BGRIMM 立式砂倉井建施工 地下天井立式砂倉地下天井立式砂倉l 立式砂倉直徑7m，總高30m，容積1000m3l 利用井下天井中深孔爆破成倉l 倉內襯砌形成混凝土倉壁l 倉底采用鋼板焊接，利于造漿設施安裝布置優點：施工簡單，投資小，可作為地下高濃度尾砂制備設施。 4 4、充填技術工程案例分析、充填技術工程案例分析BGRIMM 穩定的充填濃度大于72%。實現了最大13.9充填倍線的高濃度自流充填。解決了六苴銅礦地表工

23、業場地緊張、充填倍線大的問題，實現了礦山的高濃度穩定自流充填 4 4、充填技術工程案例分析、充填技術工程案例分析BGRIMM 北京礦冶研究總院 5 5、對礦山充填的幾點認識、對礦山充填的幾點認識l 關于充填系統方案與設計關于充填系統方案與設計1、充填系統方案要因地制宜，要結合礦山實際、充填系統方案要因地制宜，要結合礦山實際2、充填方案設計要以試驗為基礎，要進行充分的研究論證、充填方案設計要以試驗為基礎，要進行充分的研究論證3、充填系統設計不僅要滿足采礦的要求，也要與選礦及尾礦庫的工、充填系統設計不僅要滿足采礦的要求，也要與選礦及尾礦庫的工藝流程相協調，要進行總體設計藝流程相協調，要進行總體設計

24、l 充填充填濃度的穩定性比充填濃度本身更重要，穩定可靠的濃度的穩定性比充填濃度本身更重要，穩定可靠的工藝流程比復雜的自動控制更有效。工藝流程比復雜的自動控制更有效。l 國內國內對充填體的作用機理認識不夠，缺乏充填體強度設對充填體的作用機理認識不夠，缺乏充填體強度設計的系統理論。計的系統理論。BGRIMM 北京礦冶研究總院 國家科學技術學術著作出國家科學技術學術著作出版基金資助版基金資助入選入選“十二五十二五”國家重點國家重點圖書圖書作者：作者：孫忠銘教授孫忠銘教授北京礦冶研究總院研究員，北京礦冶研究總院研究員，全國全國“五一五一”勞動獎章獲得勞動獎章獲得者，我國地下金屬礦床開采者，我國地下金屬礦床開采著名專家，是我國金屬礦床著名專家，是我國金屬礦床地下大直徑深孔高效率、高地下大直徑深孔高效率、高強度采礦新技術的開拓者，強度采礦新技術的開拓者，為我國采礦技術進步做出了為我國采礦技術進步做出了突出貢獻。突出貢獻。帶給大家的兩個好