金屬礦山充填采礦技術應用研究進展

2022年10月12日 16:08
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作者

郭利杰 1,2，劉光生 1,2*，馬青海 1,2，陳鑫政 1,2


工作單位
1.礦冶科技集團有限公司，北京 100160；
2.國家金屬礦綠色開采國際聯合研究中心，100160



摘要

地下金屬礦山固廢充填開采技術是實現礦業低碳綠色開發的重要途徑， 礦山充填不僅可以實現最大限度的回采礦產資源，而且可以實現礦業固廢的環 保處置。本文系統回顧了金屬礦山充填采礦方法的發展歷程，從金屬礦山高效 率規模化充填采礦、連續充填開采和如何降低充填采礦成本三個方面介紹了最 新的技術應用研究進展。首先系統梳理了金屬礦山充填工藝的演變發展脈絡， 總結了涵蓋礦山固廢充填料漿制備、充填料漿管道輸送、充填采場封閉和采場尾砂料漿脫水等全流程充填工藝技術的應用進展和發展趨勢。然后研究分析了尾砂充填體非均質特性和尾砂料漿固結力學特性的演化發展機制，并對比分析了傳統的采場充填體強度需求解析方法與改進的膠結充填體強度需求計算-設計方法，進而介紹了井下采場充填體質量原位監測與分析評價方法。基于上述研究進展綜述，得出礦山充填采礦方法變革是實現高效率、規模化、低成本充填采礦的核心要素，礦山全流程充填工藝創新是穩定制備與使用高質量充填料 漿的必要舉措，深入研究采場充填體力學作用機理問題是確保充填采礦技術安全、綠色、經濟、便捷應用的本質要求。最后闡明了充填采礦領域未來應重點 關注的研究方向，指出加快發展綠色低碳充填新技術、新材料與新裝備是助推 金屬礦山充填轉型發展的動力引擎。
金屬礦山充填采礦技術應用研究進展的圖1

部分圖表

金屬礦山充填采礦技術應用研究進展的圖2 房/柱采場豎向交錯布置的階段間連續開采方法
金屬礦山充填采礦技術應用研究進展的圖3

階段空場嗣后充填采礦法

金屬礦山充填采礦技術應用研究進展的圖4

充填采礦法的產能、效率和成本統計線

金屬礦山充填采礦技術應用研究進展的圖5

Avoca 采礦法示意圖

金屬礦山充填采礦技術應用研究進展的圖6

典型有色冶金渣化學成分分布

金屬礦山充填采礦技術應用研究進展的圖7

金屬礦山充填工藝

金屬礦山充填采礦技術應用研究進展的圖8

立式砂倉風水兩級分時繞壁造漿工藝

金屬礦山充填采礦技術應用研究進展的圖9

基于選礦流程的尾礦優選組合高濃度充填工藝

金屬礦山充填采礦技術應用研究進展的圖10

組合式膏體制備工藝

金屬礦山充填采礦技術應用研究進展的圖11

充填管道監測與預警技術

金屬礦山充填采礦技術應用研究進展的圖12

充填擋墻類型

金屬礦山充填采礦技術應用研究進展的圖13

重力脫水設施

金屬礦山充填采礦技術應用研究進展的圖14

兩步驟階段空場嗣后充填法中充填體與圍巖空間關 系及其強度解析模型示意圖

金屬礦山充填采礦技術應用研究進展的圖15

模擬采場環境的膠結充填體宏微觀力學試驗、

金屬礦山充填采礦技術應用研究進展的圖16

采場膠結充填體原位力學性能監測

 結論與展望

（1）充填采礦法是實現金屬礦綠色開采發展的重要載體，先進的充填采礦理論與技術創新是促進礦產資源高效回采與最小環境影響的關鍵核心，也是降低礦山采充成本的必由之路。 
（2）大規模高效率智能化連續充填采礦是未來金屬礦地下開采技術的重要發展方向，大直徑深孔階段空場嗣后充填采礦技術是實現厚大礦體大規模高效開采的手段，下行式高分段連續充填 采礦工藝是實現破碎礦體高效安全回采的變革工藝，也是替代分層/進路充填采礦的創新技術。 
（3）礦山充填工藝是金屬礦充填采礦技術的核心要素，充填系統充填料漿質量濃度的穩定性比充填濃度本身的高低更重要，穩定可靠簡單的工藝流程比復雜的自動化控制更有效，應加大礦山充填工藝創新。 
（4）高效低成本充填創新產品是助推金屬礦山充填轉型發展的動力引擎。國家應大力發展綠色低碳充填新技術、新材料與新裝備，譬如研發 250m3/h 以上的超大能力尾礦膏體充填系統，推廣應用礦渣膠凝材料替代普通硅酸鹽水泥，使用金屬構件裝配式充填擋墻替代傳統的混凝土擋墻等。 
（5）金屬礦山膠結充填體物理力學基礎參數 測試方法及標準不統一，實驗室強度與井下采場 充填體原位強度關聯模型尚未建立。應重點發展科學統一的充填體力學測試方法、構建與采場原位充填體相匹配的強度模型，同時深入研究不同約束條件的充填體力學與巖體相互作用模式及相關力學模型，為礦山充填設計提供科學參考依據。 
（6）目前，我國金屬礦山充填采礦技術方面 的國家標準覆蓋范圍不全，仍存在許多方面缺少 標準或指標未細化、量化等問題。建議國家相關部門加快健全完善金屬礦山充填采礦技術標準體系，以實現用先進的標準引領礦山充填行業技術 發展。


引用格式

郭利杰，劉光生，馬青海，陳鑫政．金屬礦山充填采礦技術應用研究進展 [J/OL]．煤炭學報. https://doi.org/10.13225/j.cnki.jccs.2022.0720


來源：煤基固廢綠色充填 


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