国内外膏体充填技术的应用与研究现状.pdf

、 7 l ， 、 I 矿 韭综 述 ， 一 7 7 ／ 国内外膏体充填技术的应用与研究现状 ／ 4 金 J1眦蒜昌 737 104 京 100 083 金 川 有 色 奎 属 昌 北 京 秆 大 学 摘要1 9 9 8年 4月在澳大 利亚 布里斯班 召开 的第六届 国际充填采矿大会，作者依 据会 议学术交 流 和矿山考察 并结合金川膏体充填试 验研究 的情况 ，指 出了需要进一步研 究解决 的诸 如充 填料制备 、水泥 添加方式 以及堵 管问题等 几项关键 技术。 ， 关键词 S TAT US QUO OF AP P LI CAT I ON AND RE S EARCH OF P AS T E FI LL TECHNoLoGY I N CHI NA AND ABROAD I i u To ng y o u J i n c h u a n No n f e r r o u s Me t a l s C o r p o r a t i o n C a i S i j i n g B e r i n g Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y Ab s t r a c t Th e 6 t h I n t e r n a t i o n a l S y m p o s i u m o n M i n i n g wi t h B a c k f i l l h e l d i n B r i s b a n e ， Au s t r a l i a i n Ap r i l ， 1 98 8． Ba s e d o n t he i nf o r ma t i o n o f S ymp o s i u m Pr o c e e d i n g s a n d t he vis i t i ng t o Au s t r a t i a n mi n e s a f t e r t h e Sym po s i u m，a n d c o mb i n e d wi t h t h e r ese a r c h a c h i e v e me n t s i n t h e J i n c h u a n No n f e r r o u s Me t a l s C o r p o r a t i o n ， t h e a p p l i c a t io n a n d t h e r ese a r c h s t a t u s o f p a s t e f I l l t e c h n o l o g y a r o u n d t h e wo r l d i s s u mme d u p i n t h i s p a p e r 。 a n d s o me k e y t e c hn i q u es s uc h as p ast e p r e p a r a t i o n， c e me nt a dd i t i o n a n d pi p e c h ok e ， whi c h a r e ne e d e d t O f u r t he r s t u d y． a r e po i nt e d o ut ． Ke y wo r d s Past e f i l l ， Pas t e Pr e p a r a t i o n， Ce me nt a dd i t i o n 1 膏体充填技术 矿 山膏体充填技术在国内 外 日益 引起 注意 和重视 。一些 矿业 发 达 国 家 如 澳 大 利 亚， 1 9 9 7年 8月建成 的大型矿 山 卡宁顿 C a n n i n g t o n 矿，就 采用了膏体充填系统，而芒特 艾萨 Mo u n t I s a 矿业 公 司 为开采深部 的 3 5 0 0矿体，也 设计在 1 9 9 8年底建成一个膏体充填系统；在加拿大， 1 9 9 2 年 萨 德 伯 里 地 区 S u d b a r y 的 克 莱 顿 C r e i g h t o n 矿首先使用膏体充填技术，随后有 1 0个 金属矿山已建立或正在建设膏体充填系统；其他如美 国、南非、德国、瑞典等国家，政府部门，大学，科 研机构，矿业集团，设备制造公司等也都投入了大量 的人力物力研究膏体充填技术。在我国，金川公司于 国内外膏体充填 技术的应用与研 究现状 1 9 9 1年就 建立 和鉴 定 了膏 体充 填 试验 系 统，并 于 1 9 9 6年建成 了正式膏体充填 生产系统，其他如武山 铜矿等，也积极筹建膏体充填系统u J 。 一 般地说，对 全尾砂而言 固体重量 浓度在 7 0 ％ 以下为水砂充填料，浓度 在 7 0 ％～7 5 ％为高浓度充 填料，浓度在 7 6 ％～8 2％才成为膏体充填料。但 由 于各矿山尾砂颗粒级配的差异以及尾砂物理性质的不 同，上述分类是相对的。有的全尾砂并不能形成膏体 充填料，此时需要与天然砂或碎石 等其他物料相混 合。坍落度是表征膏体可泵性的综合指标，对全尾砂 膏体，坍落度应在 1 0 ～1 5 c m，对碎石与全 尾砂相混 合的膏体，坍落度应在 1 5 ～2 0 c m。 膏体充填系统有一系列优点，如可使用全尾砂， 充填体不需脱水，因而井下无充填污染，也节省了排 水费用，充填体强度高且水泥消耗量少，充填体易于 接顶，有利于采场稳定和采矿作业安全等等。但该系 】 维普资讯 统目前也存在一些缺点，如充填系统投资高，充填倍 线要求大或需大功率泵送设备，充填管道容易堵塞等 等。 2 膏体充填料制备系统 膏体充填料是 固体颗粒与水的混合物，要求其 中 水的含量恰到好处，当膏体充填料卸入采空区时像混 凝土或牙膏一样无多余 的重力水渗出。因此，固体颗 粒材料 中必须有一定量 的微 细颗粒 ～2 0 t m 以下 以保持水分并保证膏体充填体的输送特性。 由于选厂送出的尾砂其浓度很低，无论采用哪种 膏体充填系统，都需将选厂尾砂脱水浓缩。脱水浓缩 设备是膏体充填 系统投资高的重要原因之一。 一 般情况下，选厂尾砂需经两级脱水浓缩才能达 到膏体充填料所需的浓度。第一级为旋流器 一段旋 流，如我 国金川公司膏体制备系统，或多段旋流如德 国格伦 德 矿，见 图 1 ；第 二级 为浓 密 机或 过 滤机 圆盘过滤机、带式过滤机 、鼓式 浓密机、振动浓密 机等 图 1 德 国格 伦德 Gr o u n d 矿尾砂脱水工艺 图【 2 J 砂分脱 水 1 一级 旋流，52 2 5 mm A3 T ， 喷嘴粗 端／ 细 端 6 7 ／ 3 0 ；2 二级旋流，81 5 0 mm A 2 T ，喷嘴粗 端／ 细端 4 0 ／ 1 3 ；3 三级旋 流。21 07 6 mm A 1 。喷嘴粗端／ 细端 2 5 ／ 1 3 ；4 振动脱 水器。 1 2 4 0型 1 2 0 0 mm4 0 0 0 mm，1 1 k W，L in a t e x 0． 4 mm筛板／ o． 2 mm聚氨酯 泥分脱水 s 横 流式叠层 浓密机。2 m2 5 ． 9 m5 1 ． 8 m 澄 清 面积．配有泥浆液面控制 的连续 螺旋 出料机 ；6 直通式 离心澄 清 机 s 4 ． 1 ． 转 子 O9 0 0 mm 2 5 0 0 mm， n 1 0 0 0 r mi n 一，A 4～8 ， 7 5 k W 用于分 流处理 ；7 搅拌筒 2 4 m 03 1 0 0 mm3 4 0 0 mm ， 内部搅拌机构 功率 2 2 k W；8 K OVl 0 5 3型双 活塞稠料 泵，活塞 01 8 0 mm1 0 0 0 mm 2 5． 4 1 ／ 行程 ．P i lt 输 送物 料 3 MP a 。0 3 1 r n 3 ／ h 为简化膏体充 填料制备 系统并减 少充填设备投 资，加拿大矿业界进行 了 ’ 大量的研究工作。据他们认 为，选厂尾砂脱水工艺可分为四代 第一代离心脱水机，已近淘汰； 第二代 真空式或压滤式过滤机 浓密机 ，还 在广泛使用 图 2 a ； 2 ． 尾 矿 炉 渣仓水泥仓 a 压滤机制备系统 炉渣仓水泥仓 水泥车 选 b 膏体制备 与存储机构 炉渣仓水泥仓 送往井下 c 液化系统 主 图 2 加拿大研制的几种膏体制备系统n 第三代 膏体制 备 与储存 机 构 P a s t e P r e p a r a t i o n a n d S t o r a g e Me c h a n i s m，简称为 P P S M ，于 1 9 9 4 年研制成功，见图 2 b 。该系统 主要优点有 可接 受低浓度的尾砂浆而不需要浓密机，耗能少且操作费 用低，维修量小和维修费用低等。其主要缺点有 初 期设备投资大，需要添加絮凝剂，机构 中的转动装置 需要动力并要定期检修，需有专人在现场监控作业过 程等。 第四代液化系统，如 图 2 C 所 示。此项 研 究历时 1 6年，于近期完成。其基本原理为选厂低 浓度尾砂直接排人大容积的砂仓，在重力作用下固体 颗粒沉降浓缩，溢流水从砂仓上部 的溢流 口排走，沉 砂则由安装在砂仓底部 的液化喷嘴射流放 出。该系统 的优点是 设备简单投资少，系统运行成本低，不需 添加絮凝剂，系统操作 自控程度高，维修量小。其主 要缺点是 这是一种全新的系统，目前只有一个试运 中国矿业 1 9 9 8年第 7卷第 5期 维普资讯 行装置，因而缺乏现场实际经验，并且所需的砂仓容 积较大。 3 膏体充填系统的水泥添加方式 为防止膏体重新液化，膏体充填料一般都需要添 加 3 ％～5 ％的水泥作 为胶结剂。如果水泥添加方式 不当，容易造成充填管道堵塞。一旦发生堵管事故而 不能及时处理，膏体在管道中固结则可能造成整个管 道系统面临报废的危险。因此，如何在膏体充填系统 中合理布置水泥添加方式是膏体充填的技术难题之 o 3 ． 1 一段搅拌系统干水泥添加方式 图 3是德国 P M 公司为摩洛哥的哈加尔矿 Ha j a r 设计的膏体充填系统 J 。从碎石仓和尾砂仓放 出的物料分别计重，然后混合由皮带输送机送入搅拌 器中；水泥从水泥仓放 出由螺旋输送机送到搅拌器； 三种物料一起加水进行活化搅拌制备成膏体。 图 3 一段搅拌 系统干水泥添加方式 充填钻孔 1 卡车转运充填钻孔 2 图 4 两段搅拌 系统干水泥添加方式 这种水泥添加方式的优点是流程短、设备少，但 国内外膏体 充填技术的应用与研究现状 计量要求高，计算机在线控制必须随时调整进入搅拌 器的物料成分以确保形成适当的膏体。此外，若搅拌 不均匀容易产生堵管，而一旦堵管必须及时处理。 3 ． 2 两段搅拌系统干水泥添加方式 图 4为澳大利亚卡宁顿矿采用的两段搅拌膏体制 备系统。从圆形浓密机送来的全尾砂经一段搅拌制备 成膏体，再送至活化搅拌器 ；同时，从水泥仓来的干 水泥经暂存仓也送到活化搅拌器，加水进行活化搅拌 以制备成胶结膏体。然后， 自溜输送到井下．充填倍 线为 1 ． 2 7 在 目前开采 中段，充填管道垂高 4 7 5 m， 水平距离 3 7 5 m 。该系统的优点是可以保证膏体的形 成，但缺点仍如一段搅拌系统相同。 充填采场 图 5 两段搅拌 系统水泥浆地面添加方式 粉煤灰仓碎石仓 喷射器 图 6 两段搅拌 系统水泥浆井下添加方式 加水 水泥仓 抨机 3 ． 3 两段搅拌系统水泥浆地面添加方式 图 5为我国金川有色金属公司二矿区膏体充填试 验系统。水泥仓来的干水泥加水搅拌制成水泥浆，再 送至活化搅拌器与全尾砂和碎石一起制备成膏体；使 用双活塞泵 德 国 P M 公 司制造将膏体泵送至井 3 维普资讯 下。这种系统的优点较明显，主要是活化制备胶结膏 体容易，膏体质量好；其缺点仍是一旦发生堵管处理 起来较困难。 3 ． 4 两段搅拌系统水泥浆井下添加方式 图 6是金川公 司二矿区在 1 9 9 6年建成的膏体充 填生产系统【 4 J 。该系统基本上 与图 5所示 的系统相 同，但将水泥浆在地面添加改为泵送到井下添加。其 优点是避免了胶结膏体堵管的风险，但需要增加一套 水泥浆输送管道和泵送设备，增加 了投资。 4 结语 1 膏体充填制备设备的简洁有效，是膏体充填 技术成功应用的基础。在这方面，加拿大矿业界的研 究和探索经验，值得认真学习和借鉴。 2 膏体充填系统 中，采用适当的水泥添加方式 是关键技术之一。根据国内外现有的膏体充填技术的 现场经验，可以初步认 为a 水泥添加地点以靠 近 充填地点为佳 ；b 添加水泥浆 比添加干水泥的效果 为好。因此，可否研究井下小型水泥仓或井下水泥运 输车。 术，如微细颗粒材料浓缩脱水技术与设备、膏体泵送 技术与设备 、活化搅 拌设备 、计算 机在线控制技术 等。因此，膏体充填是现时采矿工业一项技术含量最 高的新技术之一。膏体充填技术中仍有多项重要技术 需要进一步试验研究 ，特别是现场工业试验。 _ 参考文献 [ 1 ]P r o c e e d i n g s o f t h e 6 I n t e r n a t i o n a l S y mp o s i u m o n Mi n i n g w i t h b a c k ． f | 1 1 ， Br is b a n e ， Au s t r a l i a ， a p r i l ， 1 9 9 8． P3 25 ． [ 2 ]刘同有、黄业英主编 ， ，中国矿业 协会 采矿 专业 委员 会 等合 编 ．长 沙矿 山研 究 院， 1 9 9 7年 5月，P 2 9 4 ． [ 3 ]S i t e Re por t ， P u t z me i s t e r - we r k Ma s c h i n e n f a b i k GMb H．Ge r ma n y ， 1 9 9 8． [4 ]刘 同 有、周 成 浦 等， 金 川 公 司 二 矿 区 膏 体 充 填 技 术 进 展， 1 9 9 8． 3． 收稿 日期1 9 9 8年 5月 2 2日 [ 作者 简介] 刘同有 金川有 色金属公 司副总 经理 教授级高工 北京科技大学兼职教授 中国 矿业协会副会长 杂志高级顾 问题头 照片刘同有 3 膏体充填综合运用了现代工业 的多项高新技 授 蔡嗣经北京科技 大学资源工程学院副院长教 博导中国金属学会理事 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 改良土壤 ； 学 成分有 硅、铝 、钙 、镁 、铁 、钾 、钠、磷 、铜、锌、锰等 元 寺水分。 粉煤 灰 的这些特 点引起 了国 内外农 业专 家 的注 意。山 子 效果。该院根据土壤的黏度，每亩地分别加入了1 5 ～3 0 t 粉煤 起到了保墒增温效果；试验中所种的小麦、玉米、水稻、大 了电力和农业部门组织的鉴定。专家对此给予高度评价，并建 ．呻 营养元系，还能调节土壤的酸碱度，使酸性土壤得以中和。 。粉煤灰用 作复合肥的 添加剂，还可使复合肥所含养分更加全 境酿恶果 洪水。 博导陈中原教授认为，这主要因为今年长江上游进入汛期时， e E 得长江水位猛涨。 宜昌 以下 出现 自 1 9 5 4年 以来首次 全线超警 见通过宜 昌的 最大洪 峰流 量超 过 6万 m 每秒 的至 少有 2 3年 ， J 历史 纪录，其原 因何在 华东 师大河 口海岸 研究所 博士后 陈 直 被遭 破坏，上游 洪水压 力直 接施加 给 了中下游 。另外， 由于 代末到 8 0年代 初减少 幅度为 3 3 ． 3 ％，共 达 5 5 0 0多平 方公里， 免。 摘自 解放日 报 0 、 _ 4 中国矿业 1 9 9 8 年第 7 卷第 5 期 维普资讯