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1、矿山充填采矿法综述矿山充填采矿法综述SerialNo.476December.20o8矿业快报EXPRESSINFORMAT10NOFMINlNGINDUsTRY总第476期2008年12月第l2期?综合述评?矿山充填采矿法综述王湘桂唐开元(中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司)摘要:介绍了充填采矿法在国内外的发展现状及其安全性高,回采率高,对地表生态环境破坏较小等一系列不可替代的优点,论述了干式充填法,水砂充填法,胶结充填法和充填法的适用条件,发展方向,提出了随着科学技术的进步,充填采矿法必将成为矿床地下开采中的最主要的采矿方法.关键词:充填采矿法;干式充填;水砂充填;胶结充填;膏体充填中图分类

2、号:TD853.34文献标识码:A文章编号:1009-5683(2008)12-0001-05Overview0fCutandFi11MethodforMinesWangGuixiangTangKaiyuan(MaanshanInstituteofMiningResearch)Abstract:ThedevelopmentsituationofthecutandfiUmethodathomeandabroadispresentedanditsadvantagesarealsodescribedsuchashighsafety,highrecoveryratioandsmalldestructi

3、ontoecologicenvironmentongroundsurface.Applicableconditionanddevelopmentorientationofthedryfillingmeth-od,hydraulicsandfillingmethod,cementedfillingmethodandfillingmethodarediscussed.Itthinksthatwithprogressofscienceandtechnology.thecutandfillmethodwillbecomeaforemostminingmeth-odinundergroundmining

4、ofdeposit.Keywords:Cutand6llmethod;Dryfilling;Hydraulicsandfilling;Cementedfilling;Pastefilling无废采矿是采矿发展的必然趋势.采用充填采矿法,有提高矿物回采率,减少贫化率,充分利用资源,有效控制地压,防止内因火灾和可在”三下”开采等优点,加上空区可以用废石来充填,地面不需构筑大面积的尾矿库,改善矿区周围环境,充填采矿法越来越受到人们的重视,充填工艺技术也在充填采矿法不断改造与发展的过程中得到创新与发展.1国内外充填法采矿的现状及发展1.1国外充填法采矿的现状充填采矿在国外较早引起了人们的重视,为了控制

5、采区的地表移动,美国一个煤矿首次应用了水砂充填法采矿.在20世纪50年代,澳洲一些地下金属矿山,以水力充填取代了早期使用的干式充填.1969年澳大利亚科学与工业研究院开展了机械落矿充填采矿法的相关问题研究,10余年后在水力充王湘桂(1969一),男,高级工程师,243004安徽省马鞍山市.填等领域取得了显着成绩.1977年芒特艾萨矿与新南威尔士大学矿业学院合作研究出了低成本胶结充填技术.目前南非由于矿体开采深度日益加大,充填是南非许多深采矿山的既定工艺,也是支护的主要方法.加拿大矿山充填已经历将近lOOa,1993年加拿大发展了膏体充填技术,目前仍继续使用这种工艺,地下硬岩采矿企业几乎都采用充

6、填工艺.加拿大应用高浓度充填有两个途径:干式大体积废石充填料和经过脱水的选厂尾矿.前者正在广泛使用,对后者的使用最近几年也有了提高.可以说10a内加拿大矿山采用高浓度尾砂充填料将会成为规范.由于经济的需要,许多矿山应用了空场法采矿,并进行嗣后充填.特别是在20世纪506O年代后,各国都加大了充填采矿法所占的比重,有关国家还围绕灾害控制制定了相应规范.1.2我国充填采矿法的应用充填采矿法在我国有色矿山的应用历史悠久.50年代中期,充填法在有色金属地下矿山中占有较】总第476期矿业快报2008年12月第12期大比重.然而由于充填采矿法具有矿石回收率高,特别适合于不稳固矿岩条件下的高品位矿石回采的特

7、点,因此一些矿山,科研和设计单位一直对其进行研究探索.随着采场装运设备的发展,80年代以来充填法取得了重大进展.由于实现了采场机械化回采和充填,充填采矿法已从一种低产,低效采矿法发展成为一种高产,高效采矿法,因而许多矿山开始采用充填采矿法,充填采矿法在我国将进入一个新的发展时期.2充填采矿法的分类充填采矿法依据充填材料的不同可分为:干式充填法;水砂充填法;胶结充填法.其发展经历了由干式充填到最初为不含胶结剂的水砂充填,以后发展了胶结充填,并使充填体的浓度逐步提高,逐步发展到高浓度的似膏体充填,膏体充填.2.1干式充填法干式充填采矿法用矿车,风力或其它机械输送干充填料(如废石,砂石等)充填采空区

8、,也是充填采矿技术最早采用的方法.原苏联及日本,澳大利亚曾广泛采用,2O世纪50年代,我国有色金属矿山50%以上使用干式充填采矿法.用此法采出的矿石占总矿石量的1/3之多.采用此法应注意以下几个问题.(1)为了使充填工作能延续进行,应有充分的充填料和储存场地,填料不能有太高的含硫量和放射性物质,含泥量亦不宜超过15%.(2)充填料井的位置应选择在便于运输和稳固地层中.井口应加固并装上格筛,使填料尺寸不至于过大.井口下部宜装有闸门,以策安全和延续放料.(3)充填时宜有序分层装填,层间可视情况铺垫人工织物或荆巴,柴棍类填充物,以增加填料稳定性.(4)在回采区中可用人工隔离墙替代自然间柱,宜利用钢筋

9、混凝土假巷替代底柱和用水泥砂浆垫板作底板,以减少矿物贫化.(5)加强采场内通风,如有氡气析出应将氡气浓度降至对人体无害标准,一般可以1爱曼为标准.随着充填技术的发展,干式充填法因工艺繁杂,劳动力需求大,作业成本高,采场充填时间长,矿石贫化率高,生产率低,采场充填时不能进行回采等缺点,已不能满足”三强”(强采,强出,强充)采矿生产的需要.因而,国内干式充填法所占的比重逐年下2降.但能适应矿体产状复杂变化的矿区,因此至今仍有矿山使用此法.2.2水砂充填法利用砂浆泵或自流方式,将选厂尾砂,冶炼场炉渣,碎石砂石等固液两相浆体输送到井下,作为充填料来充填采空区.1864年在美国宾夕法尼亚的一个煤矿区进行

10、了第一次水砂充填试验,以保护一座教堂的基础安全.随后南非,德国,澳大利亚等国家也先后试验并成功运用了水砂充填工艺.进入20世纪后,美国和加拿大开发了基于采用选厂分级尾砂进行水砂充填的充填工艺,在悬浮液输送固体物料,水力旋流器脱泥等方面取得了进步,实现了低浓度(35%一70%)泵压或自流输送的水力充填采矿J.我国的水砂充填工艺从20世纪60年代开始采用,1965年首次采用了尾砂水力充填采空区工艺,有效地减缓了地表下沉,取得了较好的效果;70年代一些矿山都先后成功应用了尾砂水力充填工艺;进入80年代后,分级尾砂充填工艺与技术应用更加广泛,有60余座有色,黑色和黄金矿山都推广应用了该项工艺技术引.采

11、用此法时应充分考虑到围岩矿体的稳固性,地表沉陷的可能性及回采巷道的尺寸.为提高水砂充填的工艺效果应注意以下几点.(1)尽量采用混料硐室制备砂浆,使混料工艺达到机械化,自动化,以提高水砂比,增强充填体强度.根据国外经验采用混料硐室制浆,使水砂比由原来的3.05.O:1降到1.51.0:1,浆体浓度达60%以上.(2)使充填料输送自动化,以提高水砂充填的速度.水砂充填一般要求构筑专门的护壁和隔墙,但是我国水砂充填多数采用敞开式混料沟方式混料,造成水砂比过大,混料不匀,质量难以控制.加上水砂充填工艺较为复杂(需砌筑溜矿井和人行滤水井,构筑混凝土隔墙,铺设混凝土底板等),从采场渗出的泥水污染巷道,水沟

12、和水仓,清理工作量大,排水费用高,充填量小,对回采的安全问题和充填体压缩沉降均未很好解决.因此,充填体强度一般不高,不能从根本上阻止岩石移动,使其应用范围受到很大限制,发展胶结充填已成为当今的必然趋势.2.3胶结充填法胶结充填法一般采用以碎石,河砂或尾砂或戈壁集料为骨料(间或掺人块石),与水泥或石灰类胶王湘桂唐开元:矿山充填采矿法综述2008年12月第12期结材料经拌合形成浆体或膏体,以管道泵送或重力自流方式输送到充填区的充填.与水砂充填相比,胶结充填的充填料强度大,充填速度快,充填量大,工艺简单.随着材料科学的发展,目前胶结材料类型,品种多样,加上掺合料的多样化,使胶体,浆体或膏体的成份愈加

13、复杂和多样,再加上浆体泵送工艺的发展,使胶结充填出现了空前的繁荣局面.2.3.1尾砂胶结充填20世纪6070年代,中国开始开发和应用尾砂胶结充填技术.这一时期的胶结充填均为传统的混凝土充填,即完全按建筑混凝土的要求和工艺制备和输送胶结充填料,这种传统的粗骨料胶结充填输送工艺复杂,对物料的级配要求较高,因而一直未获得大规模推广使用,到20世纪7O8O年代,几乎被细砂胶结充填完全取代J.细砂胶结充填以尾砂,天然砂和棒磨砂等材料作为充填骨料,以水泥为主要胶结剂,集料与胶结剂通过搅拌制备成料浆后,以两相流管道输送方式输入采场进行充填.因而细砂胶结充填兼有胶结强度和适于管道水力输送的特点.尾砂胶结充填虽

14、然具有较高的生产能力和良好的管道输送特性,但由于使用大量水泥作为胶结剂,使充填成本增加,而且受自流管道输送浓度限制,普通的尾砂胶结充填质量浓度不高(一般70%以下),充入采场后,大量的水份必须通过滤水设施排出,不仅增加了排水费用,污染了井下环境,而且降低了充填体强度.2.3.2块石胶结充填国外块石胶结充填已有多年的历史,块石胶结充填技术在国外一些矿山用作空场法嗣后充填.该方法从70年代在澳大利亚艺特艾萨矿的大规模试验取得成功后,即在许多国家得到了全面的发展.该技术是根据混凝土理论,在废石干式充填和砂浆胶结充填基础上发展起来的一种新型充填工艺.其实质是利用块石或井下掘进废石或将一定量的粗骨料和胶

15、结料浆混合作为充填骨料,水泥砂浆填充块石间隙将其胶结成一个整体,充填于采场或采空区,并使之成为胶结整体,以控制矿山地压,防止地表塌陷.它可分为嗣后充填和分层充填两大类.嗣后充填实质上是向采空区倾卸废石,同时按一定配比注入水泥砂浆或水泥浆,使料浆包裹废石形成胶结充填体.或者将块石与水泥砂浆按照一定的配比分别输送至井下,同时同点下放到采空区自行混合形成胶结体.分层充填是将废石放到充填工作面,用电耙或铲运机平场后,再用胶结料浆浇面以减少矿石损失和贫化.由于分层充填需电耙或铲运机平场,工艺复杂,因此,块石胶结充填更多地应用于阶段空场法,VCR法,分段空场法,留矿法等大空场采矿法的嗣后充填.块石砂浆胶结

16、充填的块石粒径一般小于300mm,砂浆为尾砂浆或细砂浆.与尾砂胶结充填相比,可以节约水泥60%,成本降低近50%,而同龄期抗压强度可提高l一2倍.同时,由于块石与砂浆分开输送,利用砂浆的穿透性固结块石,无需搅拌,其充填体强度接近于混凝土胶结充填强度,与混凝土胶结充填相比,充填效率大大提高,工艺更为简单,工人劳动强度大大降低.2.3.3高浓度全尾砂胶结充填为了提高尾砂利用率和充填浓度,70年代后期,开始探索实现全尾砂高浓度充填技术的途径.80年代以来,全尾砂胶结充填技术首先在德国,南非等国进行了试验研究,取得了一定成果,并在一些矿山试验应用,如南非的西德瑞方登金矿.全尾砂在井下脱水后,砂浆质量浓

17、度达到70%一78%.该工艺是以物理化学和胶体化学的理论为基础,直接采用选厂的尾砂浆,经高效浓密机和真空过滤机两段脱水获取湿尾砂,应用带破拱架的振动放矿装置和强力机械搅拌装置,将全粒级尾砂与适量的水泥和水合成高浓度的均质胶结充填料,以管路输送,宾汉流体的方式充入采场.尾砂流量,水泥流量,加水量和混合料的质量浓度等参数均由微机处理系统自动检测.全尾砂胶结充填的尾砂利用率达到95%以上.该技术的成功应用,解决了许多矿山充填料不足的问题,而且有效地避免环境污染,大大减少尾矿库筑坝费用.但该工艺需用机械方法进行浓缩,过滤,工艺复杂,成本较高.2.3.4膏体泵送充填膏体充填在最近的10多年中发展极为迅速

18、,世界上一些矿业发达的国家投入了大量的人力,物力,研究和开发应用膏体充填技术.传统的水力充填工艺,料浆浓度很难提高到70%以上,且通常需要对尾砂进行分级脱泥,其结果是充填尾砂的利用率低,充人采场后的充填体需脱水.脱水时会带走充填料中的水泥,造成水泥流失,削弱充填体的强度,且造成井下严重污染.提高充填料浆的浓度是解决这类3总第476期矿业快报2008年12月第12期问题的关键.但由于受管道自流输送的限制,要想进一步提高料浆浓度,必须借助适当的设备,实现膏体充填.膏体充填技术已先后在南非几个大金矿陆续推广使用,效果良好.由于膏体充填综合运用了现代工业的多项高新技术,如微细颗粒材料浓缩脱水技术与设备

19、,高浓度浆体泵送设备,活化搅拌设备,计算机在线控制技术等,是现代采矿工业中一项技术含量最高的新技术之一.其充填材料是使用全尾砂或全尾砂与碎石的混合料.由于膏体充填料浆可使用全尾砂,充填料充人采场后浆无需脱水,又不会出现离析现象,因而减少了井下充填水污染及排水费用,充填体强度高且水泥耗量小,可以适当降低充填成本,凝固时间相对于自流充填短,可以减小充填作业循环周期,充填体易于接顶,有利于采场稳定和采矿作业安全性,膏体的稳定性,和易性和可泵性,决定了进行长距离输送时不会造成堵管,从而解决了实际操作中长距离管道输送的问题等J.水泥的添加方式通常有两种,其一将水泥制成砂浆后在井下泵站内添加;其二在膏体出

20、口前约30m处安装一个45.角的喷射头,由压风吹人干水泥,使之与膏体混合.但该系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.从世界范围以及长远发展来看,膏体充填技术是充填采矿技术发展的方向.2.3.5高水速凝充填高水速凝充填是与迄今为止的充填理念完全不同的一种新型充填工艺,它不刻意强调提高充填料浆的质量浓度,而是利用高水速凝材料混合后形成的钙矾石具有较强固水能力的特点,实现较广范围内浓度的胶结充填j.该技术的优点是:可将高比例水凝结为固态结晶体;充填料浆凝固快,早期强度高,可以通过添加剂缩短采场回采周期,提高了采场生产率;井下不脱水,无环境污染

21、;易于实现中低浓度料浆的水力输送.但高水速凝充填也存在许多不足之处,如充填料输送,混合工艺复杂;高水材料配比要求严格,否则会造成不凝固的现象;在干燥条件下充填体易失水粉化;高水材料来源困难,充填成本高等.3充填法的优缺点及适用条件3.1充填法的优缺点生产实践表明,充填采矿法与其他采矿法相比4较,具有以下几个方面的优点:采准切割工程量小,灵活性大;矿石损失和贫化小;能够较有效地维护围岩,减少围岩的移动和防止其大量冒落;对于薄矿脉或多品种矿石可以进行选别回采;可防止矿床开采的内因火灾;可利用废石,尾矿用作充填料;控制地表塌陷;改善地下采矿环境.充填法的主要缺点是:回采工艺和充填工艺比较复杂,采矿和

22、充填相互影响,如果回采作业机械化问题不能妥善解决,则生产效率和能力均较低,加之充填料开采,加工,输送及其他一系列耗费,故原矿成本较高.3.2充填法的使用条件(1)品位较高的富矿,并且要求有较高的回采率和较低的贫化率.(2)赋存条件和开采技术条件比较复杂的矿床,如水文地质条件,矿体形状比较复杂,矿体埋藏较深而且地压较大,矿石或围岩有自然发火的危险,地表或围岩不允许大面积沉陷或剧烈移动且需要特殊保护,需要选别回采或优先开采富矿,保护岩石移动区的贫矿和滞后开采的矿石露天地下同时开采,以及采掘的大量废石或选厂尾砂无处堆积需要回填到采空区等.(3)适用于矿石稳固,围岩不稳固的矿床,但如果能采用特殊的支护

23、方法或下向分层充填法,也可以用来开采矿石不稳固的矿体.(4)一般适用于开采急倾斜矿体,因为便于向采场输送充填料并可以减少充填不到的空间和充填料接顶的面积,如能采用水力充填和风力充填,也可用于缓倾斜薄矿体.(5)适用于开采厚度不大的矿体.这样可以沿走向布置采场或连续回采而减少矿柱矿量,并且使采场暴露面积不致过大而有利于安全.但是,如果能够采用胶结充填和有效的支护顶板,也可以用于开采厚矿体.4充填技术的发展矿山充填技术在地下采矿中一直发挥着重要的作用,完善充填工艺技术及发明新型充填材料,是采矿技术的重要发展方向:要大力发展和使用低成本的可靠充填物料;要做好尾砂,全尾砂高浓度,自流输送和膏体泵送的研

24、究,以减少充填成本,减少环境污染,建设无废料矿山;在推广充填采矿的同时,注意采矿能力的适应,加大机械化采矿进程,综合提高采矿能力;要注意影响充填采矿效率,降低成本;采用新型的胶结固化材料替代水泥,改善充王湘桂唐开元:矿山充填采矿法综述2008年12月第l2期填料浆的输送条件,是胶结充填采矿今后研究的重要课题;针对矿山充填料浆的浓度和流量检测仪表寿命短,故障多,检测失准,使得制备的充填料浆达不到设计要求,应加强对充填监测仪表新产品的研制与开发.5结语随着科学技术的进步,充填法已成为高效采矿方法之一,并且具有安全,回采率高,对地表生态环境破坏较小等一系列不可替代的优点.加上充填采矿法的许多复杂的工

25、艺实现了机械化和自动化,运用起来变得日益简单.随着今后开采深度的日益加大,充填法在一些尚未开发的难采矿体将得以开发.资源的合理开发利用和日益强烈的环境保护的意识,也对采矿方法提出了更加严格的要求.因此,充填采矿法必将成为地下矿床开采中一种最主要的采矿方法.参考文献:1解世俊.金属矿床地下开采M.北京:冶金工业出版社,1986.2胡华,孙恒虎.矿山充填工艺技术的发展及似膏体充填新技术J.中国矿业,2001.10.3黄志伟,张炳旭.全尾砂分级充填新工艺的研究J.金属矿山,2004,(6):65.4李翁然,杨耀亮,罗元新.我国地下金属矿山全尾砂胶结充填技术述评J.矿业研究与开发,1996,16(8)

26、.5王新民,肖卫国,张钦礼.深井矿山充填理论与技术M.长沙:中南大学出版社,2005.6杨小聪,贯鸿林.全尾砂高水速凝充填材料特性的研究J.矿冶.1995.4.7袁世伦,胡国斌,杨承祥.金属矿山充填技术的回顾与展望J.江西有色金属,2004.9.(收稿日期2008-06-27)?信息平台?中央地勘基金26个合作勘查项目投资合同签订2008年l2月3日上午,中央地质勘查基金首批合作勘查项目投资合同在京签署,共涉及22家合作单位,26个合作项目,总投资1.48亿元,其中中央地勘基金出资7674万元.这标志着中央地质勘查基金管理中心成立一年多来,其权益管理及合同制管理迈出了实质性一步.根据合同约定,

27、双方合作周期一般为23a.双方将共同投资,共担风险,共同享有合作勘查的成果和收益.在合作过程中,合作探矿权仍由原各单位持有,26个项目探矿权评估已作价7155万多元参与合作.在合作单位中,有中国冶金地质总局第三地质勘查院等中央地勘单位,有西北有色地质勘查局等属地化地勘单位,也有云南地矿资源股份有限公司等矿业公司,体现了中央地勘基金合作单位的多样性.此外,26个合作勘查项目将对34处富有找矿潜力的区域进行普查.如:与辽宁省核工业地质局二四一大队合作开展辽宁本溪县悬岭后多金属普查,与甘肃有色地质勘查局三队开展甘肃省白银市后长川钨矿普查等.除特别规定的权利和责任外,作为甲方的中央地勘基金管理中心将组织专家审查勘查单位编制的勘查设计,年度和总体勘查报告,决定是否批准相关设计和报告,按工作进度拨付应付的勘查投资经费,与监理机构签订监理合同,对勘查单位的施工和经费使用等进行监理等.项目监理机构也由中央地勘基金管理中心确定.作为乙方的合作单位,将负责国土资源管理机构对合作探矿权的必要年审,报告,付款及勘查投人事宜,负责与勘查单位,监理机构,工作社区等任何事宜的协调及具体处理等,以保证勘查合作正常进行.同时,还要向中央地勘基金管理中心提供合作区的各项地质成果及相关地质资料.5