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1、sz-sinoma 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/第12期李 刚:排土场矿石干选回收利用技术研究与实践采选技术 评述国内外充填采矿技术发展现状张海波1,2,宋卫东1(1.北京科技大学,北京100083;2.河北理工大学,河北 唐山063009)摘 要:介绍充填采矿法的特征,并详细分析国内外矿山充填采矿技术与研究现状,对矿山充填采矿技术发展趋势和所应解决关键技术问题进行了评述。关键词:充填采矿;胶结充填;采矿技术 中图分类号:TD853134 文献标识码
2、:A 文章编号:1004-4051(2009)12-0059-04Discussion on the current state of backfill mining from the domestic and foreign developmentZHANG Hai2Bo1、2,SONG Wei2Dong1(1.University of Science and Technology Beijing,Beijing 10083,China;2.Hebei polytechnic University,Tangshan 063009,China)Abstract:In view of the
3、characters of the backfill mining methods,demonstrated the current state ofresearch and technology of backfill mining from domestic and foreign mines,discussed the developing trendand the key technical problems in need of solution about the backfill mining.Key words:backfill mining;cemented filling;
4、mining technology收稿日期:2009-06-21作者简介:张海波(1978-),男,河北磁县人,讲师,博士生,主要从事采矿工程、安全技术方面研究工作。近几十年来,我国应用充填采矿法的金属矿山日益增多,在充填料制备、输送技术、充填材料开发和充填回采工艺技术等方面均有了长足的发展,加之井下无轨自行设备的广泛应用,充填采矿已成为我国一种高效的开采方法。随着现有探明的矿产资源不断消耗,采矿向深部发展,地温地压不断增加,环境保护的日趋严格,充填采矿法在今后将会得到更大的发展。1 充填采矿法的特征充填法的主要特征在于充填工序作为回填工序的一环;充填体起控制采场地压,支撑围岩,减少、延缓和阻
5、止采后空区围岩的破坏和移动作用。矿柱可以用充填体代替,矿石损失、贫化降低。在开采贵金属、稀有金属、有色金属富矿及核矿山中,得到较为广泛的应用。应用条件主要是围岩不稳固,或围岩和矿石均不稳固的有色金属富矿或贵金属、稀有金属矿床。由于近年来采用了无轨设备,高分层落矿及充填系统自动化等技术,使采矿成本下降,采场生产能力及劳动生产率提高,在一些矿山及围岩稳固的矿山,亦开始使用充填法,并取得了较好的采选综合经济效果。充填法有利于开采深部矿床,水下、建筑物下和构筑物下的矿床,以及有自燃倾向的矿床1。2 国外充填采矿法的使用概况在国外充填法应用较广。20世纪80年代初,加拿大金属矿山地下开采矿山中,用充填法
6、的比重为35%40%;澳大利亚的地下有色金属矿山多用充填法开采;瑞典的布利登有色金属公司70%的矿山是用充填法开采的;苏联1981年地下有色金属矿山充填法的比重为2412%,1970年克里沃罗格铁矿区用充填法开采铁矿仅占地下采出铁矿石的018%,到1980年已达614%。日本金属矿山使用充填法的比重亦是逐年上升的:1956年为2415%,1967年3512%,1970年 为39%,1982年为43%。211 加拿大充填采矿技术的发展加拿大地下矿山充填技术从20世纪30年代开始,普遍用冲击砂作为充填料,到40年代末广泛采用选厂冲积尾砂进行充填。50年代中期到末期,用尾砂胶结充填浇面作为扒矿底板,
7、采用分层水砂充填代替劳动强度大且灵活性差的方框支架采95sz-sinoma 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/中 国 矿 业第18卷矿法。19851991年,加拿大在充填材料、充填工艺方面的研究取得了很大的成就。加拿大矿山相继采用块石胶结充填、高浓度管道输送充填、膏体充填等,不仅提高了矿山的综合生产能力,降低了充填成本,而且改善了井下的生产环境。目前,加拿大已有12座矿山采用膏体充填工艺,其他几座矿山也正在考虑采用膏体充填工艺进行矿山充填。到现在为止,加拿
8、大地下矿山几乎都采用充填工艺,主要采用的充填技术有三种类型:块石胶结充填采矿法、浆体胶结充填采矿法、膏体充填采矿法。加拿大部分矿山应用充填采矿技术的情况见表1。表1 加拿大部分矿山应用充填采矿技术的情况表2矿山名称采矿方法充填材料灰砂比或水泥耗量/kgm-3莱瓦克(levack)镍矿汤普森(thompson)镍矿洛克比(Lockerby)矿利瓦克镍矿斯特拉思康纳(strathcon)镍矿纳缪湖(namew lake)矿多姆(dome)金矿克莱顿(greighton)矿基德克里克(kidd greek)矿上向水平分层充填上向水平分层充填阶段深孔嗣后充填VCR嗣后充填点柱上向分层充填深孔空场采矿法
9、深孔空场采矿法深孔空场采矿法深孔空场采矿法分级尾砂胶结分级尾砂胶结分级尾砂胶结分级尾砂胶结尾砂胶结碎石胶结充填全尾砂膏体充填分级尾砂、研磨炉渣、生石灰碎石、粉煤灰、炉渣、水泥651:301:121:301:30323%水泥+2%飞灰2%215%的水泥尾砂:胶凝材料拉底层10:1,其余2030:1100212 德国充填采矿技术德国在过去的几年间,发展了不同的胶结充填采矿系统。其中比较典型的有:拉梅尔斯贝格(rammelsberg)铅锌矿,采用了下向分层胶结充填采矿法结合风力充填,回采了高品位的铅锌铜矿,采用碎石和高炉炉渣水泥的混合物作充填料。建立了年开采约715万m3的采石场和中央破碎站,将集料
10、破碎到小于70mm块度后,转运到风力充填站,通过管道运送到各采场。梅根(meggen)铅锌矿,根据矿体各部位的情况不同,采用了不同的采矿方法,主要是分层充填法和巷道充填法回采脉状铅锌矿,用带式抛掷充填车输送和抛放含水泥和飞灰的浆液块石充填料。带式抛掷充填车容量6m3,柴油驱动,可将充填料抛入采厂的水平距离达14m,垂直高度达8 m,充填能力可以达到20 m3/h。格隆德(bed ground)铅锌矿,在20世纪60年代至70年代初,该矿采用无底柱分段崩落法采矿,由于矿岩不稳固,采矿条件差,矿石损失和贫化大,故改用分段充填采矿法,其比重占矿山60%,采场沿矿体走向布置,长度为100200 m,宽
11、度随矿脉的厚度而异,阶段高度为50m,分段高度67 m。采用凿岩台车凿上向60 70 的炮孔,步距3 m左右,用铲运机出矿。同时工作的采场有8个。采空区用低标号混凝土充填,骨料为地表风化页岩和选矿尾砂,水泥用量为60kg/m3,充填强度为23MPa,充填骨料用下料管道下送到井下,用2m3侧卸式矿车运送到采场充填井。闭坑前,格隆德铅锌矿采用下向分层进路式胶结充填采矿技术,高浓度浮选全尾砂和重介质分选尾矿作为骨料,在地表制备成膏体混合物,用泵直接输送到井下采场进行充填。213 南非充填采矿技术南非的许多矿山,在20世纪80年代初期开始应用胶结充填工艺,整个80年代是南非充填工艺发展最快时期,主要有
12、废石胶结充填、脱泥尾砂胶结充填等,并开始进行高浓度管道充填和膏体充填的研究和应用。目前,南非许多矿山的开采深度已经达到2135m以上,其中Anglogold有限公司西部深水平金矿,采矿深度达3700m3,有的甚至已经达到3800m,随着浅水平矿石储量的耗尽,可开采利用矿石储量的深度不断加大。进入深部开采阶段,最大的问题就是控制地压,防止和减少岩爆和岩层冒落等灾害性事故的发生,胶结充填可以有效的实现对开采区域的岩层控制,并同时具有环境保护和提高矿石回收率的综合功效。所以,充填采矿是南非许多深部开采矿山的既定工艺,也是支护矿体顶板围岩的主要方法。目的在于:改进矿山安全和工作环境;减少和取消稳定矿柱
13、,提高金属回收率;废石留在井下,减少地表废石处理量;减少采场支护材料的需要量;减少支护安装的劳动和设备需要量。06sz-sinoma 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/第12期张海波等:评述国内外充填采矿技术发展现状3 我国充填采矿技术发展现状我国的充填技术经历了从干式充填到水力充填,从分级尾砂、全尾砂、高水固化胶结充填到膏体泵送胶结充填的发展过程。我国矿山数量多,开发与应用的充填工艺与技术类型多,尤其是近十余年来,在新的充填技术的研究开发和推广应用方面,
14、均取得了长足的进步4。综合起来,我国的充填采矿技术发展大体分以下三个阶段。第一阶段是20世纪60、70年代,当时东北、内蒙古、山东、河北等在60年代末期出现充填采矿法。内蒙古红花沟金矿60年代初建矿,60年代末期,留矿采矿法采矿量只占矿山一半,其余则为削壁和干式充填采矿法。该矿改变采矿法的原因是:由于围岩不稳固而使上盘及顶板经常冒落,造成大量贫化;矿体沿走向及倾向脉幅变化大,混采留矿采矿法出矿品位低;大放矿时围岩冒落堵塞漏斗,采出的矿石不能放出而损失;回采过程中采场不安全,曾发生死亡事故。当时,内蒙4大岩金矿还有金厂沟、东风金矿,各矿也于70年代初期,开始使用干式充填采矿法。招远金矿灵山分矿开
15、采5号脉,矿脉最大厚度16m,平均品位为15194g/t,倾角55,矿体和围岩解理发育,不稳固易冒落,上部中段采用浅孔留矿法,回采时损失、贫化严重,采空区陷落造成地表塌陷破坏农田,雨季洪水涌入井下。为解决此问题,于1967年试验并应用分级尾砂充填采矿法,这是我国岩金矿山最早使用的水力充填技术。第二阶段是20世纪80年代,比较典型的是焦家、新城金矿。焦家、新城金矿是蚀变岩中厚矿床,由于储量大、品位高、矿岩不稳固及地表不许塌落,所以利用上向水平分级尾砂充填法生产。这是我国岩金矿首次应用立式砂仓自流输送充填技术,使充填技术得到一个新的发展水平。此技术有利于控制地压活动,防止地表大面积陷落;选厂分级尾
16、砂得到充分利用,减少尾矿工程投资;使不稳固的蚀变岩矿体回采成为可能,并使矿山取得很大的经济效益。由此而带动一大批矿山使用尾砂或尾砂胶结充填采矿法。在此期间,灵山分矿、大水清金矿试验成功下向胶结充填采矿法,东坪金矿试验成功上向块石胶结充填采矿,使回采工艺适应矿床开采条件。充填技术更具多样性。根据统计资料显示,充填采矿法在我国有色金属地下矿山所占比重已达到22137%;在黄金地下矿山,采用充填法的比例更高。就山东黄金矿山而言,37座黄金矿山中,全部使用充填采矿法的矿山有11座,使用留矿法和充填采矿法并举的矿山有9座,采用充填采矿法采出的矿石占这37座黄金矿山矿石总量的45%以上。第三阶段是20世纪
17、90年代,我国开发出一种新型工程材料 高水速凝材料(简称高水材料)。它是由甲、乙两种固体粉料组成。甲料包括铝酸盐或硫铅酸盐、缓凝剂和调整剂;乙料由石膏、石灰、黏土配以促凝剂组成。甲乙料分别加入一定量的水制成灰浆,按1:1混合后,30min后会凝结成固体,1h后强度达015110MPa;1d为310410MPa;2d终凝强度510810MPa。由于高水固化材料的出现,中国矿业大学北京研究生院首先在鹤壁矿物局和开滦矿物局试验应用成功,逐步在焦家金矿、招远金矿和南京铅锌银矿等矿山推广应用,并开展高水固结尾砂充填采矿新工艺的研究,进行上向和下向进路回采试验并取得成功5。此外,山东的河西金矿和金川镍公司
18、从国外引进的泵送膏体尾矿管路输送成套设备,也促进了我国全尾充填技术的发展。4 充填采矿技术发展趋势矿山充填法之所以得到广泛的应用,所占的比重日益增加,综合起来其原因有下列几点。(1)矿石回采率高,贫化率低,采选综合经济效益好,并可减少地面尾矿坝占地面积,改善矿石环境;开采地面需要保护的矿床,使用充填法可保护地面不发生陷落;充填法开采有自燃倾向的矿床,可有效的防止火灾的发生。(2)使用了全面机械化,采用钻车凿岩,铲运机出矿,锚杆机支护锚杆、锚索护顶等,使充填法成为高效率的采矿方法;大力开展了充填理论的研究,推广了充填料输送管路化,充填系统的自动控制,寻找了代替水泥的胶凝材料,采用高浓度均质流的浆
19、体输送,从而使充填体强度提高,成本下降。(3)有些矿床,如我国红透山铜矿及加拿大一些矿床,已处于深部开采,充填法是深部开采的有效方法,可以很好的控制地压和岩爆活动。从上面的原因可以看出,充填采矿法从某些方面,代表了国内外矿山发展的趋势。随着我国倡议建设绿色矿山,提高资源综合利用率,节能减排,保护环境,科学发展的模式得到人们的普遍认同,充填采矿法具有这方面的优势。但是,充填采矿的技术研究和应用方面,还存在着某些16sz-sinoma 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.h
20、ttp:/中 国 矿 业第18卷问题,下面是本人对充填采矿提出一些初浅的改进和发展方向,不对之处请同行不吝赐教。(1)创造新型采矿工艺。充填采矿技术要结合矿山特点、矿床开采技术条件,发明或创造一些与其他采矿技术相结合的新型采矿法。对于缓倾斜极薄矿脉开采,可用矿岩分掘,废石抛掷充填空区,即削壁充填和爆力运矿相结合的采矿法。对于厚大而矿岩较稳固的矿体,可用浅孔和中深孔空场采矿法开采,采后空区用尾砂胶结、块石胶结或高水材料充填,即阶段连续回采快速充填工艺,既降低成本,又增大效率,也作到对采空区的处理。(2)开发研制低成本、高强度的新型充填固化材料。高水材料优点是可以使用全尾砂,充填体固结速度快,充填
21、料无重力水排出,因而避免了井下环境污染并节约了排水费用,充填料可以低浓度远距离输送,充填效率高。但是,充填体强度不高,这种固结材料在应用过程中极易风化,脱水后强度有所降低,另外是材料成本价格高。在矿山和其他工程应用中,没有长期稳固性证明其有抵抗爆破震动性与冲击性,抵抗各种性质渗滤水腐蚀性,以及抵抗地应力作用变形破坏与地热作用、冰冻作用等特性。为此,需要加强对高水材料的长期性能研究。(3)研制高效矿山充填设备和提高矿山充填自动控制与自动化水平。矿山充填系统的自动化程度的高低,直接影响和制约矿山的发展,但是由于国产的相关设备技术性能稳定性差,遏制了矿山充填技术的发展。所以,必须加强研制高效浓密设备
22、(如:高效浓密机、陶瓷过滤机、真空过滤机、盘式过滤机等),为高浓度全尾矿浆的制备提供有效保证;同时,研究减少或消除充填设备磨损和腐蚀的方法6。更重要的是要研制高浓度输送设备,采用压排设备输送,目的调节各段输送压力,防止输送堵管现象;对于充填系统卸料浓度和物料流量的自动控制技术正常化,最为关键的是要研制和引进适合于矿山应用的自动化设备和仪表,建立真正意义上的自动控制系统,从而调节充填系统的全尾矿卸料、充填固化材料和清水等物流量来自动调节充填浓度。(4)深部充填采矿技术。随着矿床开采的不断延伸,采场范围扩大,地压增高,尤其是高地应力矿区,不仅采场突变失稳风险在增加,而且潜在的危害也加大7。所以,进
23、行深部充填采矿可以解决采场不平衡应力的传递和调整,其传递和调整的结果,可能导致原岩应力场再次处于平衡状态。参考文献 1 采矿手册编辑委员会.采矿手册(第4卷)M.北京:冶金工业出版社,1990.2 刘同有,等.充填采矿技术与应用 M.北京:冶金工业出版社,2001:358-359.3 古德生,李夕兵.有的金属深井采矿研究现状与科学前沿D.中 国 有 色 金 属 学 会 第 五 届 学 术 年 会 论 文 集,2003:1-3.4 解 伟,惰利军,何哲祥.基于采矿充填的尾矿处置技术应用前景J.工业安全与环保,2008,24(8):37-38.5 郭金峰.论地下矿山无废料开采技术的研究J.金属矿山
24、,2001,3(3):13-14.6 何哲祥,爱 民.矿山充填技术研究与应用新进展 第七届国际充填采矿大会论文述评D.中国有色金属学会第五届学术年会论文集,2003:78-80.7 王新民,肖卫国,张钦礼,编著.深井矿山充填理论与技术M.长沙:中南大学出版社,2005:10-15.灵宝金源湿法冶锌取得重大突破 近日,随着电解锌生产线剥离出第一块锌板,灵宝金源晨光公司电解锌生产工艺取得重大突破,据悉,这是国内湿法冶锌引入萃取工艺的一项技术突破。晨光化工是灵宝金源矿业公司的全资子公司,是集采矿、选矿、制酸、化肥生产、废渣加工、废热发电、多金属开发与冶炼为一体的循环经济型企业。拥有39km2的硫铁分矿,因矿石储量大、品质好,素有“中原硫铁王国”之称。围绕丰富的硫铁矿资源,金源晨光公司发挥循环经济优势,最终形成了硫铁矿资源的链式开发,并成功实现了对硫铁矿中金、银、铜等金属的回收。2008年,晨光公司冶炼分厂把目光投向了锌的利用上,决定采用国内首创的“从铜萃取后的余液中再回收锌”这一先进技术生产电解锌,该生产线投入运行后,年可生产电解锌800t,将成为公司新的经济增长亮点,进一步实现硫铁矿资源的“吃干榨净”。20009年11月2日,电积工段阴极板成功剥离出锌板,目前正在进一步优化工艺。达产达标后,月可生产电解锌产品65t,新增销售收入100万元。26