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1、张张张张 钦钦钦钦 礼礼礼礼中南大学资源与安全工程学院，教授、博导中南大学资源与安全工程学院，教授、博导中南大学资源与安全工程学院，教授、博导中南大学资源与安全工程学院，教授、博导湖南中大设计院有限公司冶金综合设计所，所长湖南中大设计院有限公司冶金综合设计所，所长湖南中大设计院有限公司冶金综合设计所，所长湖南中大设计院有限公司冶金综合设计所，所长20132013年年年年0606月月月月2929日，西宁日，西宁日，西宁日，西宁充填技术与装备应用和充填技术与装备应用和研究现状及未来发展趋势研究现状及未来发展趋势交流主要内容交流主要内容4.充填技术未来发展趋势充填技术未来发展趋势3.充填采矿方法应用
2、与研究现状充填采矿方法应用与研究现状2.充填充填设备应用现状设备应用现状1.充填技术应用与研究现状充填技术应用与研究现状中南大学中南大学1 1、充填技术应用与研究现状充填技术应用与研究现状中南大学中南大学n1.1 1.1 充填技术应用背景充填技术应用背景n1.2 1.2 充填法优势（作用）充填法优势（作用）n1.3 1.3 充填技术发展历程充填技术发展历程n1.4 1.4 充填采矿法应用现状充填采矿法应用现状n1.5 1.5 充填材料应用现状充填材料应用现状n1.6 1.6 充填技术应用现状充填技术应用现状n1.7 1.7 充填技术研究现状充填技术研究现状1.1、充填技、充填技术应用背景用背景
3、中南大学中南大学浅地表浅地表矿产资源逐源逐渐开采枯竭开采枯竭采深采深剧增使开采增使开采环境更加境更加严峻峻众多众多矿床的开采条件复床的开采条件复杂多多变“三下三下”和城和城镇附近的附近的矿床众多床众多大量开采大量开采废料地表堆料地表堆积污染染严重重政府政府对环境保境保护要求越来越高要求越来越高中南大学中南大学1.1、充填技、充填技术应用背景用背景空场采矿法空场采矿法留留设大量永久大量永久矿柱柱,资源源损失大失大崩落采矿法崩落采矿法地表塌陷、灾害地表塌陷、灾害和和环境破坏境破坏严重重充填采矿法充填采矿法资源回采率高，源回采率高，贫化率低，化率低，环境境友好。友好。中南大学中南大学1.2、充填法、
4、充填法优势（作用）（作用）支支护岩岩层，控制地，控制地压活活动，保，保护地表地物地表地物改善改善矿柱受力状柱受力状态，最大限度回收，最大限度回收资源源保保证安全回采有内因火灾危安全回采有内因火灾危险的高硫的高硫矿床床控制深井开采岩爆，降低深部地温控制深井开采岩爆，降低深部地温保保证露天和地下露天和地下联合开采的安全生合开采的安全生产处理固体理固体废料，保料，保护地表地表环境境中南大学中南大学1.3、充填技、充填技术发展展历程程上世上世纪50年代以前，年代以前，废石干式充填；石干式充填；60年代开始采用水砂充填年代开始采用水砂充填；70年代开始年代开始发展展细砂胶砂胶结充填技充填技术；8090年
5、代全尾砂充填、年代全尾砂充填、废石胶石胶结充填、高水充填、高水充填等；充填等；21世世纪，膏体充填，膏体充填废废石干式充填石干式充填水砂充填水砂充填胶胶结结充填充填以水泥作以水泥作为为胶胶结结材料的胶材料的胶结结充填充填新型的胶凝材料的胶新型的胶凝材料的胶结结充填充填尾尾砂砂胶胶结结充充填填块块石石胶胶结结充充填填全全尾尾砂砂胶胶结结充充填填膏膏体体泵泵送送充充填填高高水水胶胶结结充充填填全全砂砂土土胶胶结结充充填填赤赤泥泥胶胶结结充充填填中南大学中南大学中南大学中南大学1.4、充填采充填采矿法法应用用现状状有色金属矿山充填法成为主要采矿方法有色金属矿山充填法成为主要采矿方法；铁矿应用比重越来
6、越大；铁矿应用比重越来越大；煤矿应用势头强劲，推进力度大于金属矿煤矿应用势头强劲，推进力度大于金属矿；化工矿山（磷矿、硫铁矿等）应用比重逐渐加大；化工矿山（磷矿、硫铁矿等）应用比重逐渐加大；建材矿山也开始涉足建材矿山也开始涉足传传统统上上不不用用充充填填法法中南大学中南大学1.5、充填材料、充填材料应用用现状状类别类别充填骨料充填骨料胶凝材料胶凝材料改性材料改性材料名称名称废废石、卵石、碎石、河石、卵石、碎石、河砂、戈璧集料、粘土、砂、戈璧集料、粘土、重介重介质质尾砂、全粒尾砂、全粒细细尾尾砂、分砂、分级级尾砂、水淬炉尾砂、水淬炉渣、山砂、人造砂等渣、山砂、人造砂等水泥、磨水泥、磨细细的高炉的
7、高炉矿矿渣、渣、磨磨细细的的炼铜炼铜炉渣、磨炉渣、磨细细的的烧烧粘土、生石灰、熟石灰、粘土、生石灰、熟石灰、石膏、粉煤灰、磁黄石膏、粉煤灰、磁黄铁矿铁矿、硫化硫化矿矿物等物等水、絮凝水、絮凝剂剂、速凝速凝剂剂、缓缓凝凝剂剂、减水、减水剂剂、早早强强剂剂等。等。1.6、充填技、充填技术应用用现状状中南大学中南大学1.6.1、干式充填、干式充填 因其效率低、生产能力小和劳动强度大，已不因其效率低、生产能力小和劳动强度大，已不能满足能满足“三强三强”（强采、强出、强充）采矿生产的需（强采、强出、强充）采矿生产的需要。因而，使用比重逐年下降，到要。因而，使用比重逐年下降，到1963年在有色矿年在有色矿
8、山担负的产量仅占山担负的产量仅占0.7%，处于被淘汰的地位。，处于被淘汰的地位。部分矿山使用的掘进废石不出窿充填也属于干部分矿山使用的掘进废石不出窿充填也属于干式充填范畴，但多与细沙胶结充填配合使用。式充填范畴，但多与细沙胶结充填配合使用。中南大学中南大学1.6.2、水砂充填、水砂充填1-采石场；2-充填料破碎站；3-砂仓；4-注砂室；5-充填井；6-充填管；7-供水管；8-储水池；9-排水管；10-水泵房；1l-密闭泥仓；12-压气排泥罐；13-中央沉淀池；14-副井；15-充填钻孔；16-选厂；17-主井 输送浆体的质输送浆体的质量浓度低，用水量量浓度低，用水量大，水与砂的充填大，水与砂的
9、充填体的体积比为体的体积比为1.54，增大了矿井的供，增大了矿井的供水能力和排水能力，水能力和排水能力，还需增加主要巷道还需增加主要巷道水沟横断面积。充水沟横断面积。充填体无自立能力，填体无自立能力，需留设矿柱，接顶需留设矿柱，接顶效果差，效果差，已较少采已较少采用。用。中南大学中南大学1.6.3、细砂胶砂胶结充填充填 由于非胶结充填体无自立能力，难以满足采矿工艺高回由于非胶结充填体无自立能力，难以满足采矿工艺高回采率和低贫化率的需要，采率和低贫化率的需要，20世纪世纪70年代，中国开始开发和应年代，中国开始开发和应用细砂胶结充填技术。细砂胶结充填多采用管道自流输送方用细砂胶结充填技术。细砂胶
10、结充填多采用管道自流输送方式。式。细砂包括：尾砂、棒磨砂、天然砂、其他粒径小于细砂包括：尾砂、棒磨砂、天然砂、其他粒径小于35mm的骨料，如磷石膏、破碎煤矸石、粉煤灰等。的骨料，如磷石膏、破碎煤矸石、粉煤灰等。中南大学中南大学1.6.3、细砂胶砂胶结充填充填分级尾砂充填分级尾砂充填分级分级尾砂尾砂充填充填的材的材料特料特性与性与工艺工艺参数参数 充填充填骨料骨料:分级粗尾砂或分级粗尾砂或-3mm的细粒充填材料。的细粒充填材料。胶胶凝凝材料材料:水泥、磨细的矿渣、粉煤灰、高水材料、水泥、磨细的矿渣、粉煤灰、高水材料、全水胶固材料。全水胶固材料。料料浆流态特性浆流态特性:固液两相流。固液两相流。料
11、料浆流速浆流速范围范围:2.53.8m/s。料料浆质量浆质量浓度浓度:158327.3全套大型无轨自行设备。康家湾矿区沿走向布置325015133.0WJD-1.5型电动铲运机，7655型和YSP-45型凿岩机，人工装药。红透山铜矿沿走向布置60130180520190斗容为2m3铲运机，YSP-45型凿岩机，人工装药。金厂沟梁金矿沿走向布置401002001.6566.7MATICH102型液压凿岩车，CT-500型电动铲运机，人工装药。金川龙首矿垂直走向布置30405100LF-4.1型铲运机，01-30型或YT-25型凿岩机，人工装药。铜录山铜矿垂直走向布置60矿体厚度7850ZYQ-1
12、4型装运机，YSP-45型凿岩机，人工装药。黄沙坪铅锌矿沿走向布置3630501531.5ZDPJ-30型电耙，YSP-45型凿岩机，人工装药。焦家金矿垂直走向布置40矿体厚度1826电耙出矿，7655型凿岩机，人工装药。中南大学中南大学3.2、上向水平分、上向水平分层充填法充填法矿山名称采场支护概况中国凡口铅锌矿采场顶板采用锚杆或锚杆与钢丝网联合支护，锚杆直径为2538mm，锚杆网度为1.41.5m，钢丝网网度为2525mm中国凤凰山铜矿采场采用长锚索与锚杆联合支护，长锚索采用直径为1525mm钢丝绳，孔径为6070mm；孔深为810m，网度为44m；锚杆为胀管式和管缝式，孔径为35mm；孔
13、深为2m，锚杆网度为1.51.5m中国铜录山铜矿采场采用长锚索与锚杆联合支护，长锚索直径为24.5mm，长度为服务34个分层高度，网度为44m；锚杆为管缝式，直径为4546mm，长度为1.61.8m，网度为0.90.9m中国云锡老厂锡矿采场采用长锚索与锚杆联合支护，长锚索直径为22.5mm，长度为1215m锚固34个分层；锚杆直径为33mm，长度为1.51.9m澳大利亚芒特-艾萨矿采场采用锚杆与钢丝网或长锚索与锚杆联合支护，锚杆直径为1619.5mm，长度为2.33.0m，网度为（1.21.2）（2.42.4）m不等，钢丝网网度为102102mm，长锚索由7股7mm高拉力钢丝组成，长为18m，
14、锚索孔直径为50mm，孔距为2.4m，呈菱形布置，空内灌注加有膨胀剂的波特兰水泥，每根锚索的负荷能力为50t加拿大汤普森镍矿采场采用锚杆与钢丝网联合支护，锚杆呈棋盘式布置，间距1.0m，锚杆长度为2.4m，钢丝网网度为102102mm加拿大斯特拉思科纳矿采场采用锚杆与钢丝网联合支护，锚杆长度为1.8m，直径为19.5m，钢丝网网度为102102mm中南大学中南大学3.2、上向水平分、上向水平分层充填法充填法矿山名称回采方式充填材料灰砂比或水泥量（kg/m3）充填体胶结垫层中国凡口铅锌矿两步骤回采分级尾砂或棒磨砂胶结1：81：5中国康家湾矿区两步骤回采分级尾砂胶结1：10151：5中国红透山铜矿
15、一步骤回采尾砂180200两步骤回采尾砂胶结180200180200中国黄沙坪铅锌矿两步骤回采废石150#混凝土一步骤间隔回采废石或分级尾砂150#混凝土或1：5尾砂浆中国铜录山铜矿两步骤回采分级尾砂或炉渣1：8中国金川龙首矿两步骤回采戈壁集料胶结1：101：10加拿大汤普森镍矿两步骤回采分级尾砂胶结1：301：8一步骤回采分级尾砂1：8加拿大莱瓦克镍矿两步骤回采分级尾砂胶结65200澳大利亚芒特-艾萨矿一步骤回采分级尾砂1：8澳大利亚布罗肯-希尔矿两步骤回采分级尾砂胶结1：301：8瑞典乌登铅锌矿一步骤回采分级尾砂1：8美国姆斯特克金矿一步骤回采分级尾砂1：10中南大学中南大学3.2、上向水
16、平分、上向水平分层充填法充填法典型案例典型案例典型案例典型案例1 IIII III-III-II井溜矿出天井6ma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8m8m40m川脉川脉D3tbD3tb川脉脱水井一分段二分段三分段四分段凡凡口口盘区区机机械械化化上上向向水水平平分分层充充填填采采矿法法 中南大学中南大学3.2、上向水平分、上向水平分层充填法充填法典型案例典型案例典型案例典型案例1凡凡口口盘区区机机械械化化上上向向水水平平分分层充充填填采采矿法法 凿岩：岩：HS150X型上向接杆台型上向接杆台车装装药：NT30/NBB150型井下装型井下装药车起爆：起
17、爆：导爆索毫秒雷管非爆索毫秒雷管非电复式网复式网络出出矿：ST-311/2型型3m3铲运机运机充填：充填：灰砂比灰砂比1:4 的的-3mm棒磨砂棒磨砂采场能采场能力力(t/d)凿岩效率凿岩效率(m/台班台班)出矿效率出矿效率(t/台班台班)采切采切比比(m/kt)损失损失率率/%贫化贫化率率/%炸药单炸药单耗耗(kg/t)采矿直采矿直接成本接成本(元元/t)充填成充填成本本(元元/m3)327.39638823.50.397.260.225.7390.663.2、上向水平分、上向水平分层充填法充填法典型案例典型案例典型案例典型案例2新新桥硫硫铁矿机机械械化化 上上 向向水水平平分分层充充填填
18、采采矿法法 中南大学中南大学中南大学中南大学3.2、上向水平分、上向水平分层充填法充填法典型案例典型案例典型案例典型案例2新新桥硫硫铁矿机机械械化化上上向向水水平平 分分层充充 填填 采采矿法法 参数：参数：矿柱柱8m、矿房房14m凿岩：岩：Boomer 281凿岩台岩台车炸炸药：乳化炸乳化炸药出出矿：1.5m3铲运机运机充填充填：矿柱及柱及矿房胶面：房胶面：1:41:6江砂胶江砂胶结，第二步，第二步矿房房充填：非胶充填：非胶结或或1:101:15江砂胶江砂胶结。中南大学中南大学3.3、上向分、上向分层进路充填法路充填法n实质实质 一种由下而上，以巷道掘进的方式进行回采，在一种由下而上，以巷道
19、掘进的方式进行回采，在进路掘至设计位置后并进行充填的采矿方法。它是进路掘至设计位置后并进行充填的采矿方法。它是在每一水平分层布置若干条进路，按间隔或逐条进在每一水平分层布置若干条进路，按间隔或逐条进路的顺序回采，整个分层各条进路回采充填后，再路的顺序回采，整个分层各条进路回采充填后，再统一升层回采上分层进路。统一升层回采上分层进路。中南大学中南大学3.3、上向水平、上向水平进路充填法路充填法n优缺点优缺点 适应性强；顶板暴露面积较小，安全性好；矿石损失与贫化低；生产效率低；采场为独头巷道型通风，通风效果较差。中南大学中南大学 矿体厚度不小于2m，以及厚大矿体形态复杂和产状变化大的矿体 适用条件
20、 矿岩不够稳固，矿石品位较高的矿体和稀有、贵重金属矿床 其他充填采矿法的矿柱回采 3.3、上向、上向进路充填法路充填法中南大学中南大学3.3、上向分、上向分层进路充填法路充填法国内外部分国内外部分矿矿山的采山的采场场布置和构成要素布置和构成要素中南大学中南大学3.3、上向分、上向分层进路充填法路充填法焦焦家家金金矿机机械械化化上上 向向 水水 平平进路路充充填填采采矿法法 中南大学中南大学3.3、上向水分、上向水分层进路充填法路充填法姑姑山山铁矿矿机机械械化化 上上 向向水水平平进路路充充填填 采采矿法法-193m分分层图 中南大学中南大学3.3、下向分、下向分层进路充填法路充填法n实质实质
21、一种由上而下，以巷道掘进的方式进行回采，在一种由上而下，以巷道掘进的方式进行回采，在进路掘至设计位置后并进行人工假顶充填的采矿方进路掘至设计位置后并进行人工假顶充填的采矿方法。整个分层各条进路回采充填后，再在人工假顶法。整个分层各条进路回采充填后，再在人工假顶保护下回采下分层。保护下回采下分层。人工假人工假顶顶充填体充填体28d强强度不低于度不低于45MPa，并需，并需铺设钢铺设钢筋网。筋网。中南大学中南大学3.3、下向分、下向分层进路充填法路充填法金川二金川二矿区机械区机械化下向水平分化下向水平分层进路充填法路充填法凿岩：岩：COP1032HD液液压凿岩台岩台车装装药：PT45A装装药车型型
22、井下装井下装药车起爆：起爆：非非电导爆管一次爆管一次点火起爆点火起爆出出矿：928LHD型型6.1m3铲运机运机充填：充填：-3mm棒磨砂灰棒磨砂灰砂比砂比1:4 打底打底充充 填填，1:61:8普通充填普通充填中南大学中南大学3.4、空、空场嗣后充填法嗣后充填法3.4.1、分段空、分段空场嗣后充填法嗣后充填法划分划分矿房和房和矿柱，分两步柱，分两步骤回采，先用分段回采，先用分段空空场法中深孔回法中深孔回采采矿柱，柱，采后一次胶采后一次胶结充填充填，第二步回采第二步回采矿房并房并进行非行非胶充填胶充填或不划分或不划分矿房和房和矿柱柱连续回采，即回采工作回采，即回采工作空空间暴露面暴露面积达到一
23、定极限达到一定极限值时，充填空区，充填空区控制地控制地压活活动中南大学中南大学3.4.1、分段空、分段空场嗣后充填法嗣后充填法-124356798-230m-180m新新桥硫硫铁 矿两两步步骤分分段段回回采采嗣嗣后后充充填填法法凿岩：岩：YGZ90液液压凿岩机；岩机；装装药：BQF-50装装药器；器；起爆起爆：导爆管毫爆管毫秒雷管秒雷管起爆；起爆；出出矿：30kW电耙；耙；充填充填：块石嗣后充填石嗣后充填(灰砂比灰砂比1:15)中南大学中南大学3.4.1、分段空、分段空场嗣后充填法嗣后充填法适用于适用于矿体体轮廓比廓比较规则的任何的任何倾角、厚角、厚度的度的矿体，一般体，一般应用于用于矿岩相岩
24、相对稳固或固或矿岩不岩不稳固，人固，人员不宜不宜进入空入空场作作业的情况的情况同同时具有充填法和空具有充填法和空场法法优点，点，矿石石损失失贫化化较小，采小，采场生生产能力和工人能力和工人劳动生生产率高率高，充填成本低，充填成本低中南大学中南大学3.4.2、阶段空段空场嗣后充填法嗣后充填法划分划分矿房和房和矿柱，分两步柱，分两步骤回采，先回采，先用大直用大直径深孔崩落回采径深孔崩落回采矿柱，柱，采后一次胶采后一次胶结充填充填，第二步回采第二步回采矿房并房并进行非行非胶充填胶充填或不划分或不划分矿房和房和矿柱柱连续回采，即回采工作回采，即回采工作空空间暴露面暴露面积达到一定极限达到一定极限值时，
25、充填空区，充填空区控制地控制地压活活动中南大学中南大学3.4.2、阶段空段空场嗣后充填法嗣后充填法安安庆 铜 矿高高阶段段 大大 直直 径径 深深 孔孔 崩崩矿嗣嗣 后后 充充 填填 法法中南大学中南大学3.4.2、阶段空段空场嗣后充填法嗣后充填法凿岩：岩：Sinba-261型潜孔型潜孔钻装装药：矿渣堵孔、乳化炸渣堵孔、乳化炸药不耦合装不耦合装药崩崩矿：大直径炮孔分大直径炮孔分层微差爆破崩微差爆破崩矿出出矿：SCT-5C型型铲运机运机充填：充填：尾砂胶尾砂胶结（325号水泥号水泥1:412,质 量量浓度度72%）与尾砂非胶）与尾砂非胶结交替交替 安安庆 铜 矿高高阶段段 大大 直直 径径 深深
26、 孔孔 崩崩矿嗣嗣 后后 充充 填填 法法中南大学中南大学3.4.2、阶段空段空场嗣后充填法嗣后充填法适用于适用于矿体体轮廓比廓比较规则的的倾至极至极倾中厚至中厚至厚大厚大矿体体;凿岩、装岩、装药在在硐室内室内进行，安全性程度行，安全性程度高高;高高阶段大直径深孔爆破集中出段大直径深孔爆破集中出矿，效率，效率高高;采采矿成本成本低低;凿岩技岩技术要求高、爆破成本高、要求高、爆破成本高、矿石石损失失贫化相化相对较大。大。方法评价方法评价方法评价方法评价4 4、充填技术未来发展趋势充填技术未来发展趋势中南大学中南大学（1）全尾砂充填。关）全尾砂充填。关键技技术：全尾砂快速全尾砂快速浓缩，重点开，重
27、点开发高效高效浓缩设备，如深如深锥浓密机密机;单立式砂立式砂仓连续动态放砂技放砂技术，不刻意，不刻意强调立式砂立式砂仓容容积;与与细粒全尾砂相适粒全尾砂相适应的特殊胶凝材料（极的特殊胶凝材料（极细全尾砂采用普通硅酸全尾砂采用普通硅酸盐水泥效果差）。水泥效果差）。中南大学中南大学4 4、充填技术未来发展趋势充填技术未来发展趋势（2）膏体（似膏体）膏体（似膏体）泵送充填。理由：送充填。理由：矿山生山生产能力越来越大，要求充填体初凝能力越来越大，要求充填体初凝时间尽可能短，以尽可能短，以缩短回采作短回采作业循循环时间，需要提高充填需要提高充填浆体体浓度度;膏体、似膏体接膏体、似膏体接顶效果好效果好;
28、充填倍充填倍线不受限制。不受限制。中南大学中南大学4 4、充填技术未来发展趋势充填技术未来发展趋势中南大学中南大学（3）大能力充填。理由：）大能力充填。理由：随着充填法矿山生产规模的扩大，年充填能力越来越大，随着充填法矿山生产规模的扩大，年充填能力越来越大，如果充填系统能力小，同时运行的充填系统将越来越多，如果充填系统能力小，同时运行的充填系统将越来越多，增加了管理难度，降低了系统可靠性，因此，建立大能增加了管理难度，降低了系统可靠性，因此，建立大能力充填系统成为当前充填领域的一个发展方向。力充填系统成为当前充填领域的一个发展方向。4 4、充填技术未来发展趋势充填技术未来发展趋势 河北钢铁司家营南矿河北钢铁司家营南矿2000万万t/a采选规模要求年充填量必须达到采选规模要求年充填量必须达到600万万m3。如果采用国内现用。如果采用国内现用80100m3/h单系统能力，则每天需要单系统能力，则每天需要1520套充填系统同时工作，现正在研究单系统套充填系统同时工作，现正在研究单系统200m3/h能力的充填系能力的充填系统。统。谢谢大家！大家！希望多提宝希望多提宝贵意意见!中南大学中南大学