全尾砂膠結充填技術在金屬礦山的應用與發(fā)展

全尾砂膠結充填技術在金屬礦山的應用與發(fā)展摘要：全尾砂膠結充填是充分利用尾礦資源，實現礦山無廢開采，同時也是將尾砂視為一種遠景資源儲存于井下，待將來技術經濟成熟再對其進行二次開發(fā)利用來滿足國民經濟發(fā)展的需要，是現代采礦工業(yè)中一項有利于礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新技術。全尾砂膠結充填是以沒有進行分級脫泥的的全粒級尾砂作為充填骨料，與一定比例的膠結材料和水混合均勻攪拌后充入井下采空區(qū)的一種充填方式。分級尾砂充填工藝是對尾砂先進行分級脫泥處理，這樣使得充填體料漿進入采場更迅速地脫水，充填體的強度也可以得到明顯的提高，因此，分級尾砂充填工藝已被國內外礦山廣泛應用，但此工藝造成了充填骨料的來源不足，同時生產出來的細泥尾砂給堆壩增加了難度，提高了尾礦庫的建設成本。隨著技術經濟的發(fā)展，推廣全尾砂膠結充填作為一種新型高效的充填方式，最大限度的利用尾礦資源，以減少對環(huán)境的污染和資源的浪費。1?全尾砂充填的意義隨著現代科技和工業(yè)生產的高速發(fā)展，礦產需求量迅速增加，金屬礦產資源的開發(fā)利用引發(fā)的地表破壞和尾砂排放，將帶來資源、環(huán)境和安全等諸多問題。通過利用全尾砂對采空區(qū)進行有效充填，可以從根本上解決礦產資源開采帶來的環(huán)境和安全問題，同時還能充分地回收礦產資源，對促進采礦工業(yè)與資源、環(huán)境、安全和經濟的協(xié)調發(fā)展有著重要的意義。1、 減少礦山固體廢料排放，實現無尾化礦山生產，避免了尾砂的工業(yè)占地，節(jié)省尾礦庫征地、建設和維護費用，同時也避免了可能造成的對大氣、水體、土壤的污染，對保護地表生態(tài)環(huán)境具有重要的意義。2、 可以有效地阻止巖層發(fā)生明顯的移動，防止地表塌陷，實現“三下”安全開采和優(yōu)先開采下部或下盤富礦而不造成礦產資源的破壞，保護遠景資源。3、 可以有效地控制地壓，控制局部和區(qū)域巖層片落破壞，提高回采作業(yè)的安全性，減小米場冒頂事故風險，同時還可以緩解深井開米時巖爆的威脅。4、 通過尾砂充填可以安全地對殘礦進行回采，從而提高礦石回采率，提高礦山經濟效益。2?全尾砂膠結充填工藝該工藝是以物理化學和膠體化學的理論為基礎，直接采用選廠尾砂漿，經濃密機和砂倉沉降脫水，將全尾砂與一定比例的水泥和水通過雙軸葉片式攪拌機和高速活化攪拌機合成均質的膠結充填料,利用管道將充填料充入采場。尾砂流量，水泥流量，加水量以及合成充填體料漿的濃度等參數由自動控制系統(tǒng)進行控制。

全尾砂膠結充填系統(tǒng)主要由脫水系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、管路輸送系統(tǒng)和自動檢測及調節(jié)系統(tǒng)等四部分組成的。全尾砂膠結充填工藝流程圖2.1脫水系統(tǒng)在生產過程中一般采用濃密、沉縮兩段脫水工藝，選廠全尾砂料漿經高效濃密機第一段脫水后，泵入立式砂倉進行第二次沉縮脫水，從砂倉放出料漿直接進入攪拌。2.2攪拌系統(tǒng)通過雙軸葉片式攪拌機進行第一次攪拌的料漿，然后再進入高速活化攪拌機進行二次攪拌，這樣就打破了水泥漿中的絮狀結構，提高水泥的活化性能，同時料漿表現出良好的流動性，且相對離析率低。2.3管路輸送系統(tǒng)2.3.1全尾砂供給線。選廠全尾砂料漿通過濃密機濃密后，其底流由渣漿泵加壓通過管道輸送至充填站的尾砂存儲倉中。全尾砂料漿在砂倉通過自然沉降脫水后，打開壓氣造漿噴嘴以對砂倉中的全尾砂進行壓氣造漿。待砂倉中全尾砂造漿均勻后，則打開放砂閥通過放砂管向攪拌機供給全尾砂料漿。2.3.2水泥供給線。散裝水泥由散裝水泥罐車運至充填站后，通過吹灰管吹卸入水泥倉中。充填時打開螺旋閘門，啟動雙管螺旋給料機即可向攪拌機供給水泥。2.3.3水供給線。充填站設置一條供水管道，由高位水池供給壓力水，以供沖洗設備、疏通管道及調節(jié)充填料漿濃度。2.3.4充填料漿的井下輸送線。充填料經兩段攪拌均勻后制備成濃度適中、流動性良好的充填料漿，通過自流或泵壓的方式將充填料漿輸送至井下采空區(qū)進行充填。2.4自動檢測及調節(jié)系統(tǒng)為了保證充填料漿制備濃度、流量及配比的準確及穩(wěn)定，充填站需要建立完善的自控系統(tǒng)，對充填系統(tǒng)各運行參數進行檢測和調節(jié)。系統(tǒng)自動檢測的參數主要有：全尾砂放砂流量、水泥給料量、調濃水量、充填料漿流量、充填料漿濃度。系統(tǒng)自動調節(jié)的參數主要有：全尾砂放砂流量、水泥給料量、調濃水量。3?國內外應用及發(fā)展現狀2.1國夕卜20世紀50年代，加拿大礦山采用細顆粒浮選尾砂水力充填，由于非膠結充填體缺乏內聚特性，不能形成穩(wěn)固自立的充填體，1962年加拿大Food礦首次采用尾砂和水泥膠結充填；1969年澳大利亞的芒特艾薩礦開始采用尾砂膠結充填工藝回采底柱，同時進行鉛鋅銅冶煉爐渣代替水泥的研究；20世紀70年代，隨著膠結充填技術的發(fā)展，圍繞充填材料、充填料漿的制備、充填體力學性能及承載特性、充填水力輸送流體力學等進行了大量的試驗研究，從而使得尾砂充填工藝在金屬礦山推廣應用；20世紀80到90年代，隨著采礦工業(yè)的發(fā)展，原充填工藝不能滿足回采工藝的要求和進一步降低采礦成本或環(huán)境保護的需要。澳大利亞的坎寧頓礦，加拿大的基德克里克礦、洛維考特礦，德國的格德隆鉛鋅礦開始采用了全尾砂膠結充填的新技術；膏體泵送充填技術首先在德國的格隆德礦應用成功，隨后又在美國、英國、澳大利亞、加拿大、土耳其和葡萄牙等主要采礦國家的金屬礦山得到了廣泛應用。2.2國內我國尾砂充填工藝是20世紀60年代開始采用，1965年在錫礦山南礦為了控制大面積地壓活動，首次采用了尾砂水力充填采空區(qū)工藝。由于非膠結充填體無自立能力，難以滿足采礦工藝高回采率和低貧化率的要求20世紀70年代，我國開始開發(fā)和利用尾砂膠結充填技術。在這一階段，尾砂膠結充填技術的研究內容主要包括充填骨料的物理化學性質和化學成分對充填體的影響，充填體與圍巖的相互作用、充填體的穩(wěn)定性和充填膠凝材料等。這一時期的膠結充填均為傳統(tǒng)的混凝土充填，即完全按照建筑混凝土的要求工藝制備和輸送膠結充填料，這種傳統(tǒng)的粗骨料膠結充填輸送工藝復雜，且對物料的級配要求較高，因而一直未獲得大規(guī)模的推廣使用，后來幾乎被細砂膠結充填完全取代，細砂膠結充填以尾砂和棒磨砂等材料作為充填骨料，以水泥作為膠結劑，集料與膠結劑通過攪拌備成料漿后，以兩相流管道輸送方式輸入采場進行充填，因細砂膠結充填具有膠結性強和適于管道水力輸送的特點，自80年代開始在凡口鉛鋅礦應用并得到推廣，20世紀90年代初在凡口鉛鋅礦建成我國第一個全尾砂膠結充填系統(tǒng)，其后隨著活化攪拌技術和全尾砂高效濃密、貯倉沉降脫水技術的開發(fā)和不斷成熟，全尾砂膠結充填的應用不斷增加，如張馬屯鐵礦、武山銅礦、銅錄山銅礦、湘西金礦和南京鉛鋅礦等。1994年金川有色金屬公司二礦區(qū)建成了膏體泵送充填系統(tǒng)，這又為全尾砂膠結充填技術的推廣應用拓展了應用前景。3.展望隨著我國倡議建設綠色礦山，提高資源綜合利用率，節(jié)能減排，保護環(huán)境，科學發(fā)展的模式得到人們的普遍認同，然而全尾砂膠結充填在以上這些方面具有明顯的優(yōu)越性。因此，其應用和發(fā)展前景是十分廣闊的，但是，全尾砂膠結充填作為一項新技術，在理論和試驗研究方面還有待于我們進一步的探索，朝著改進充填工藝、改善充填體質量、降低充填成本、減少環(huán)境污染和生態(tài)破壞等方向努力，進一步推廣全尾砂膠結充填的應用，以便提高礦山企業(yè)的經濟和社會效益。1、 充填料漿的高濃度輸送高濃度全尾砂膠結充填以其充填能力大，脫水少，充填體強度高等優(yōu)點，高濃度全尾砂充填料的制備和管道輸送是其中的關鍵技術。全尾砂充填料制備的主要技術環(huán)節(jié)包括全尾砂脫水、充填料漿攪拌。選廠全尾砂的質量濃度一般在20%左右，因此，需要排出大量的水才能滿足高濃度的要求。但全尾砂的含泥量高，滲透性差，并且在脫水過程中要避免細泥物料的排放。因此，全尾砂的高效脫水技術成為全尾砂充填工藝的一項關鍵工藝和技術。同時，需要我們進一步加強對攪拌技術的研究，制備出流動性好的均質充填料漿，為高濃度輸送創(chuàng)造有利條件。充填料漿濃度越高，其流動性越差，不利于進行管道輸送。因此，可以通過ANSYS建立模型，對輸送濃度、輸送管徑、輸送速度、阻力損失、充填倍線等輸送參數進行優(yōu)化。2、 充填膠凝材料和添加劑的研究全尾砂膠結充填的高成本制約了其應用和推廣，加強低廉充填膠凝材料的開發(fā)與應用研究，以減少水泥的消耗或替代水泥來降低成本是今后發(fā)展的一個方向，例如，積極推廣利用冶煉廠水淬爐渣、鋁廠赤泥以及火力發(fā)電廠粉煤灰等工業(yè)廢料替代水泥作膠凝材料。同時，應加強低廉的添加劑的研制，如在充填料漿中的加入減阻劑等添加劑，會有效地改善全尾砂的泵送性能，從而提高充填料漿