矿山废石全尾砂充填研究现状与发展趋势
矿山尾矿资源综合利用也发展状况及前景

矿山尾矿资源综合利用也发展状况及前景摘要:随着时代的快速发展,矿山资源越来越多的地区逐渐被开发枯竭,浅层的矿石已经被开采至枯竭,而且地表的稳定性也遭受到了破坏。
只剩下尾矿的存在,如何开采尾矿也成为当今世界上的另一大难题,由于尾矿的性质总是处于不稳定性,所以开采难度较大,风险较高。
并且国家在2021年十四五开局之年着重强调高质量发展,绿色发展的理念,如何利用矿山尾矿资源就成为了我国未来发展的一大难题。
针对以上的问题,本文深入浅出,从矿山发展的角度给予几点分析,并且对尾矿资源的综合利用发展状况和前景谈谈几点感想。
关键词:矿山尾矿资源;综合利用;绿色发展;尾矿风险;技术支持前言:当前,随着产业升级的有序推进,自然资源的保护已经成为我国可持续发展的主流做法,以前的粗狂式发展模式逐步被高科技、规范化的模式所代替,工业化的快速发展也对各种原材料的需求有了新的要求,面对高质量发展的未来要求,以及未来碳中和目标的实现,实现矿山尾矿资源的综合利用也就成为了当前发展的一大难题。
我国矿山资源分布广泛,剩余尾矿资源也比较丰富,优质的矿产资源支撑着我国过去二十年快速发展的物质基础,也造就了很多只剩下尾矿的资源点,因此本文通过分析从绿色科技发展的角度入手,借用科技手段促进矿山尾矿资源的可持续发展[1]。
一、矿山尾矿资源综合利用的发展现状众所周知,地表浅层的各类矿山资源具有开采的便捷性,一直以来被矿山企业进行大力开发,而对于矿山开采之后的尾矿资源,不容易被开采,中国近年来着重开始强调绿色资源的循环利用,逐步开始重视尾矿的综合利用和循环利用,但由于我国矿产资源的复杂性,越来越多的共生伴生的综合矿较多,大体上的自然条件差,综合开发使用率不高。
同时,我国破旧的选矿设备逐步开始陈旧、并且自动化水平低、人员管理水平与时代落伍,有用矿物回收利用水平还普遍较低。
目前,我国正在努力开展尾矿综合利用的技术研究创新,政府和企业共同开发新的的尾矿利用方式,逐步完善相关制度从而提高尾矿利用率并且降低尾矿利用成本已经成为重要的发展方向。
充填采矿技术发展趋势与未来展望胡锐鹏

充填采矿技术发展趋势与未来展望胡锐鹏发布时间:2021-10-15T07:48:23.198Z 来源:《防护工程》2021年20期作者:胡锐鹏[导读] 矿业是我国基础性支柱产业,矿业的发展对于国家而言是具有重大战略意义的。
随着矿业开采技术的发展,充填采矿技术得到了越来越广泛的应用。
充填采矿法主要包括废石充填、人工砂石充填以及尾砂充填等,其中尾砂膏体充填由于显著的技术优势将成为未来充填采矿的主要发展方向。
人工智能的发展为充填采矿技术注入了活力,两者的有机结合极大地促进了相关领域的高水平发展。
胡锐鹏内蒙古科技大学 014010摘要:矿业是我国基础性支柱产业,矿业的发展对于国家而言是具有重大战略意义的。
随着矿业开采技术的发展,充填采矿技术得到了越来越广泛的应用。
充填采矿法主要包括废石充填、人工砂石充填以及尾砂充填等,其中尾砂膏体充填由于显著的技术优势将成为未来充填采矿的主要发展方向。
人工智能的发展为充填采矿技术注入了活力,两者的有机结合极大地促进了相关领域的高水平发展。
关键词:充填采矿;绿色矿山;智能开采0 引言随着国家绿色开采总体方略的提出,充填采矿技术成为未来地下矿山的主要开采技术。
充填采矿法具有安全性高、矿石回收率高、可避免地表塌陷等显著的技术优势,尤其是目前开发出了膏体充填这一充填技术,使得高效回收利用选厂产生的固体废弃物-尾砂成为可能。
目前,充填采矿法已经在我国取得了长足的发展,该技术逐渐向绿色化、智能化的方向发展。
随着人工智能时代的到来,越来越多的矿山开始进行智能化开采,进一步促进了充填采矿这一绿色采矿技术的发展。
1 充填采矿技术概况为了避免采矿对生态环境的破坏,我国多数矿山已经由露天开采转为地下开采的模式,这种采矿模式虽然有效避免了采矿对植被的破坏,但是也带来了地表塌陷的风险。
为了解决上述问题,充填采矿技术应运而生。
充填采矿是将废石/人工砂/尾砂等作为充填料,按照一定配比掺入水泥和水,形成充填浆,然后将充填料充填到采空区,不仅可以降低地表塌陷的风险,而且提高了矿物回收率。
充填采矿法的应用现状及发展方向

充填采矿法的应用现状及发展方向一、充填采矿法的概念和原理充填采矿法是一种将废弃物填充到开采过的矿井中,以形成稳定的地质体系,从而实现资源的高效利用和环境保护的采矿方法。
其原理是通过将废弃物与水泥等材料混合后,将其注入到矿井中形成固体支撑结构,并保持地表或地下水位不受影响。
二、充填采矿法的应用现状1. 应用领域广泛目前,充填采矿法已广泛应用于金属、非金属、煤炭等各个行业。
其中,金属行业是最早应用充填采矿法的行业之一,主要应用于铜、银、锌等金属的开采过程中。
非金属行业主要应用于盐、硫等资源开采;而在煤炭行业,则主要应用于深部开采及难以回收的细粒度废弃物。
2. 优点明显相较于传统的露天开采或井下支柱式开采等方法,充填采矿法具有许多优点。
首先,充填采矿法可以减少开采过程中的地表破坏和生态环境破坏;其次,通过充填采矿法可以实现废弃物的高效利用,节约资源;最后,充填采矿法还可以提高开采效率和安全性。
3. 发展前景广阔随着社会经济的发展和环保意识的提高,充填采矿法将会得到更广泛的应用。
未来,随着科技的进步和技术的创新,充填采矿法也将不断完善和改进。
三、充填采矿法的发展方向1. 提高充填质量目前,充填质量是影响充填采矿法应用效果的重要因素之一。
为了提高充填质量,需要加强对材料性能、配比、固化时间等方面进行深入探究,并制定相应的标准和规范。
2. 优化工艺流程随着科技水平不断提高,新型材料和新型设备不断涌现。
因此,在实际应用中需要不断优化工艺流程,并引入先进设备和技术,以提高充填采矿法的效率和质量。
3. 加强环保意识充填采矿法在实现资源高效利用的同时,也需要注意环境保护。
为了减少对生态环境的影响,需要加强环保意识,制定相应的政策和标准,并加强对充填采矿法实施过程中的监管和管理。
4. 探索新型应用领域除了传统金属、非金属、煤炭等领域外,还有许多新型应用领域可以探索。
例如,在城市建设中可以应用充填采矿法进行废弃物处理和土地复垦;在海洋开发中可以应用充填采矿法进行海底废弃物处理等。
尾砂利用现状分析报告

尾砂利用现状分析报告1. 研究背景尾砂是指煤矿、矿石开采等行业产生的固体废弃物,由于其颗粒细小、孔隙度高、化学成分复杂等特点,一直以来都是环境隐患的来源。
然而,近年来尾砂资源利用的研究逐渐增多,相关产业也在不断发展壮大。
本报告旨在对尾砂利用的现状进行分析,以期为尾砂资源的有效利用提供参考。
2. 尾砂利用的潜力2.1 建筑材料领域尾砂具有一定的粉状特性,可以作为建筑材料中的掺合料,用于水泥、混凝土等建材的生产。
它能够改善混凝土的工作性能和耐久性,降低施工成本,并且减少对天然砂的需求,从而起到环境保护的作用。
2.2 塑料增强材料由于尾砂具有高硅含量和低金属含量,它可以作为塑料制品的填充剂或增强材料。
尾砂粉末可以填充在塑料中,增加其硬度和强度,提高耐磨性和抗冲击性,同时还能减少塑料的成本。
2.3 环境修复尾砂中含有一定量的矿物质和养分,可以作为肥料用于土壤修复和农作物生产。
合理利用尾砂可以提高土壤肥力,减少化肥的使用,对环境保护具有积极作用。
3. 尾砂利用的现状3.1 建筑材料领域在建筑材料领域,尾砂在一些地区已经得到了广泛应用。
例如,山东省在青岛、烟台等地建设了一批以尾砂为原料的环保混凝土生产线,取得了良好的经济效益和环境效益。
3.2 塑料增强材料尾砂的塑料增强材料领域利用尚处于起步阶段,目前主要还是在实验室研究层面。
一些研究机构通过控制尾砂粒径和含量,研制出了一些具有较好机械性能和耐热性能的尾砂增强塑料制品。
3.3 环境修复尾砂在环境修复中的应用还相对较少。
除了有限的一些农田试验外,对于尾砂的环境修复效果和可行性研究还相对欠缺。
4. 尾砂利用面临的问题4.1 检测标准和评价体系不完善尾砂资源的有效利用需要有一套完善的检测标准和评价体系。
目前国内尚缺乏针对尾砂利用的标准和方法,给尾砂利用的推广应用带来了一定的困难。
4.2 技术水平和设备更新滞后尾砂利用需要对砂矿设备和技术进行改良和创新。
然而,大多数砂矿企业在技术水平和设备更新方面滞后,无法满足现代化尾砂利用的需求。
采矿工程中尾矿处理与再利用研究

采矿工程中尾矿处理与再利用研究尾矿处理与再利用是采矿工程中一个重要的环节,其目的是通过科学合理的处理方法,将矿石中的有用矿物质提取出来,同时减少对环境的影响,达到资源的可持续利用和环境的保护的双重目标。
本文将重点研究尾矿处理与再利用技术的现状和发展趋势。
一、尾矿处理的现状尾矿是矿山开采过程中产生的废弃物,含有大量的未提取的有用矿物质和其他污染物。
传统的尾矿储存方式主要有筒仓或堆放等,存在安全隐患和环境风险。
因此,尾矿处理和再利用成为了矿山开发中的重点问题。
目前,尾矿处理主要包括尾矿浓缩、尾矿干燥和尾矿填埋等方法。
尾矿浓缩是将尾矿中的有用矿物质通过物理或化学方法进行提取和分离,提高适用于下一步加工的矿石品位。
尾矿干燥是将浓缩后的尾矿进行干燥处理,减少其含水量,便于后续的储存和运输。
尾矿填埋是将不再具有经济价值的尾矿进行填埋,要求填埋方式科学合理,能有效减少对土壤和地下水的污染。
二、尾矿再利用的发展趋势随着环境保护意识的增强,尾矿再利用成为了全球矿业发展的重要方向之一。
尾矿再利用可以减少对自然资源的开采,降低环境污染和生态破坏,同时还可以为矿山企业带来经济效益。
1. 尾矿水回用现代尾矿处理技术中,尾矿水回用是一种重要的再利用方式。
经过处理后的尾矿水可以再次用于矿石的湿法处理和工业生产的冷却等环节,减少对淡水资源的消耗。
通过建立完善的尾矿水回用系统,可以实现资源的有效利用和环境的节约。
2. 尾矿细粉再利用尾矿中的细粉是一种容易产生二次污染的物质,传统处理方式是填埋或堆放。
然而,随着新型材料和新工艺的发展,尾矿细粉的再利用潜力越来越大。
例如,一些研究表明,尾矿细粉可以用于制备水泥、陶瓷、建材和填料等,为其他工业领域提供原料。
3. 尾矿复合利用尾矿的复合利用是指将尾矿与其他废弃物或原材料进行混合利用。
例如,将废弃矿石与尾矿混合,然后再次进行选矿处理,提取其中的有用矿产;或者将尾矿与工业废渣、粉煤灰等混合制备新型建筑材料等。
充填采矿技术应用发展及存在问题研究

充填采矿技术应用发展及存在问题研究
充填采矿技术是一种将矿石或尾矿充填到地下空洞或前方空间中的矿山采矿方法。
它既能够有效地提高矿山开采的利用率,又能够减少对地表环境的破坏,被广泛应用于包括金属矿山、煤矿、盐矿等多种矿山开采中。
充填采矿技术的应用发展:
1. 提高采矿效率:充填采矿技术可以将矿石或尾矿充填到地下空洞或前方空间中,扩大了可开采的矿石储量,提高了采矿效率。
2. 降低环境影响:充填采矿技术可以减少地表矿山对环境的破坏,减少了开采对地表水资源和土地资源的占用,保护了生态环境。
3. 提高安全性:充填采矿技术可以填充矿石或尾矿到地下空洞,减少了矿山塌陷事故的发生,提高了采矿的安全性。
充填采矿技术的存在问题:
1. 技术难度大:充填采矿技术需要高超的技术水平和经验,包括填充材料选择、填充工艺控制等多个方面的技术难题。
2. 填充材料问题:填充材料的选择对充填采矿技术的应用效果有重要影响,目前存在适用性差、成本高、资源有限等问题。
3. 地下空间管理:充填采矿技术需要将矿石或尾矿充填到地下空洞或前方空间中,对地下空间的管理和监控提出了更高的要求。
4. 矿山复垦问题:充填采矿技术对矿山的复垦提出了更高的要求,如何合理利用充填后的空间,保护生态环境,实现可持续发展是一个亟待解决的问题。
矿山充填技术现状与展望

矿山充填技术现状与展望摘要本文将煤矿的开采和填充技术进行了一定的讨论,实现了相关的技术整合,包括采煤技术的发展以及矸石充填采煤技术、高水材料充填采煤技术、部分充填采煤技术。
建立在分析采煤现状的基础上展开讨论,进一步提出相关技术结论解决关于能力不足问题,也就是能够建立相关的工艺模型来填充和解决高效的能力。
同时应深入研究相关的岩层移动,一定程度上要为采煤的设计提供想干的理论保障。
关键词充填采煤;岩层控制;“三下一上”采煤;绿色开采1 充填采煤技术特点1.1充填采煤技术特点最近几十年的时间,在金属的采煤技术进步之下,得到了很多的处理方案,也就是有了更多的矿采用方式,和特殊条件密不可分。
跟其他的开采相比较而言,煤矿的开采主要表现在以下几个方面:1)采煤、填充生产能力的均衡问题大家都知道,现在的煤矿开采之中,填充的方式是相互制约的,因此,即使不填充,也能将相关的环节进行循环处理,加强矿井开采的模式,进一步实现均衡的采矿能力,需加强填充技术的生命力,进一步加强矿山的有效应用能力,实现采煤生产和填充均衡,这样才能进一步加强采煤生产的匹配,按照现在的趋势来看,充填与采煤在生产时不能融合。
与金属矿山炮采工艺相比,煤炭地下采矿早就实现机械化作业法,其综合机械化,也就是把落煤、装煤、运煤、支护和放顶五道工序一起作业,就出现了很多的地下矿山,面积之大,就会出现一定的技术要求,所以要加强采集技术的发展力度,进一步适应相关的采煤技术需求,改善匹配的原则,一般可以实现技术的相匹配。
2)充填材料在供应与需求环节上的均衡问题用尾砂、废石等对一般的金属矿山进行采掘,填充的采用主要用的就是它们,这样就可以解决材料的供应与需求环节上的均衡问题,从而实现内部的金属比例调整,使整个工业过程中产生的废弃物少,一般来说煤炭开采量里面只涵盖煤矿的矸石百分之十五,因此这样的情况下就难以解决材料的来源问题,所以,需要加强低廉材料的填充,填充材料满足回填空间的要求,进一步完善相关材料供需问题的整合,这样就能够提升开采的技术和条件。
充填采矿法的应用现状及发展

充填采矿法的应用现状及发展摘要:基于充填采矿法较高的回采率,使充填作业实现了自动化、导管化的效果,而且广泛采用现场厂尾砂作为矿山的充填原材料,提高了矿山开采活动的安全性,特别是在高品位矿物、贵重金属矿藏等的开采作业中,充填采矿法的全面应用具有很高的综合价值,故而,我们需要不断研究改进充填采矿法,并推广普及最新型的充填采矿法。
基于此,本文主要对充填采矿法的应用现状及发展进行分析探讨。
关键词:充填采矿法;应用现状;发展1、前言充填是指用适当的材料,如废石、碎石、河沙、炉渣或尾砂等,对地下采矿形成的采空区进行回填的作业过程。
充填采矿法有许多优点:可以防止由采矿引起的岩层大幅度移动、地表沉陷;可以充分回收矿产资源,促进矿产资源的可持续发展;废石可以充填空区,减少提升费用;可以将大部分的尾砂回填到井下,减少因尾矿库发生的各种费用和潜在危害;可很大程度上解决深井矿山中高温、高应力所带来的一系列问题,保证井下有安全的生产环境;对于大水矿山可以通过减少岩移来降低涌水量和排水费用等。
2、我国当前充填采矿法的普及现状对充填采矿法的研究一开始是起源于国外,但自20世纪中叶传入我国后得到了令人瞩目的发展。
充填采矿法在中国的发展大致可以归纳为四个阶段:第一阶段:20世纪中叶。
这一时期的充填采矿法以干式为主,主要应用到有色金属矿藏中,但因设备、技术等放干的制约,此方法的使用率逐渐下降。
第二阶段:上世纪六七十年代。
这一时期的充填采矿法是以水砂充填跟胶结充填为主。
60年代,为了预防矿坑内部出现火灾,湘潭的锰矿应用了碎石水力充填技术。
在1968年时,为了满足采矿工业中的工艺需求,铅锌矿使用了分级尾砂还有水泥胶结充填的技术。
第三阶段:80年代前后。
这一时期的充填采矿法以胶结充填技术为主流。
在临近90年代时,铅锌矿普遍使用全尾砂填充技术,它还开始引入高水速凝充填技术。
到1988年,大厂铜坑矿逐渐应用了块石胶结充填技术手法。
第四个阶段:20世纪90年代。
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矿山废石全尾砂充填研究现状与发展趋势王贤来;姚维信;王虎;乔登攀;程伟华;张磊【摘要】矿产资源开发过程中产生的废石、尾砂和冶炼渣,等占我国工业固体废料排放量的85%左右.大量矿山固体废料堆放地表,易造成严重污染,诱发泥石流、尾矿溃坝事故.固体废料充填工艺是解决矿山废尾排放的最有效途径.本文介绍了低浓度分级尾砂充填、全尾砂高浓度充填、膏体似膏体充填、块石胶结充填工艺的研究与应用现状,并分析了矿山废石全尾砂充填技术的研究与发展方向.%The waste rock, tailings and smelter slag in the process of the exploitation of mineral resources accounted the industrial solid wastes for about 85% in China based on traditional mining pattern. A large number of the solid waste pilled up on the ground in mine can cause serious pollutions, and may induce mudflows and tailings dam-break accidents. Undoubtedly, the solid waste backfill is the most effective way to solve the discharge of mine waste. In this paper, the present situation of research and application of several filling technology are described with regard to low-density classified tailings backfill, high-density total tailings backfill, paste and like paste backfill, as well as rock cemented backfill. Furthermore, the directions of R&D on backfill with waste rock and total tailings in underground mine were analyzed.【期刊名称】《中国矿业》【年(卷),期】2011(020)009【总页数】4页(P76-79)【关键词】充填;全尾砂;废石;高浓度充填;膏体充填【作者】王贤来;姚维信;王虎;乔登攀;程伟华;张磊【作者单位】中南大学,湖南长沙410083;金川集团有限公司,甘肃金昌737100;金川集团有限公司,甘肃金昌737100;昆明理工大学,云南昆明650093;金川集团有限公司,甘肃金昌737100;昆明理工大学,云南昆明650093;昆明理工大学,云南昆明650093;昆明理工大学,云南昆明650093【正文语种】中文【中图分类】TD745+1 我国采矿废尾排放现状目前,世界矿业每年采掘出280亿t以上的矿岩。
我国现已有矿产地18000余处,其中大中型矿产地7000余处。
我国矿山开发的总规模居世界第3位,年采掘量超过50亿t。
据不完全统计,1949~2005年,全国各类矿山产出各类矿废石162.3 亿t,其中煤矸石35.6 亿t,铁矿废石94 亿t,有色金属矿废石25 亿t,金矿废石4.6 亿t,化工矿废石3 亿t。
我国现有尾矿库12718座,其中在建尾矿库为1526座,占总数的12%,已经闭库的尾矿库1024座,占总数的8%,截止到2007年,全国尾矿堆积总量为80.46亿t。
仅2007年,全国尾矿排量近10亿t。
此外,全国堆存粉煤灰12 亿t。
煤矸石是煤炭生产和加工过程中产生的固体废弃物,每年的排放量相当于当年煤炭产量的8%~20%。
据有关部门统计,目前全国大中型煤矿有矸石山1500多座,煤矸石积存超过34亿t,占地20万亩,并以每年2亿t的速度增长。
矿产资源开发利用过程中产生的煤矸石、废石、尾砂、粉煤灰和冶炼渣,已成为我国排放量最大的工业废弃物,占固体废弃物总量的85%左右。
大量矿山固体废料堆放地表,易诱发泥石流、尾矿溃坝事故。
此外,矿床开采产生的地下大量采空区,易诱发矿区塌陷、矿震、崩塌、滑坡、矿井突水等地质灾害,采空区失稳问题越来越成了影响矿山安全生产的最主要的危险源之一。
2 矿山充填工艺的研究与应用现状随着现代采矿设备机械化和系列化程度的不断提高,充填技术的发展以及相关采矿技术的不断革新和完善,充填法逐步成为了安全、高效的采矿方法。
目前,水平分层充填采矿法(上向和下向)在我国得到了较为广泛的推广使用。
此外,为了进一步提高采场生产能力及工效,大空场嗣后充填法、分段充填法也在铁矿山进行了试验和推广应用,它兼具空场法效率高及充填法贫损指标低的特点,也是我国今后若干年充填采矿法发展方向之一。
众所周知,充填采矿技术具有消除采动引起的地表下沉和改善采矿应力环境功能,具有低贫损开采、提高资源综合利用率功能和“采富保贫”远景资源保护功能,具有降低废石尾砂等固体废料排放、达到无废开采的功能,以及具有适应各种复杂难采矿床开采的功能[1-2]。
2.1 低浓度分级尾砂胶结充填20世纪50年代初,国外开始采用分级尾砂进行水力充填。
进入60年代后,加拿大、澳大利亚、德国、美国、前苏联、中国等国家,围绕着新型充填材料及其特性,多相流流体力学及充填流变学为基础的浆体输送理论的研究取得了新的进展,并研制了充填料浆新的制备、输送设备,加上无轨采矿设备的应用,从而出现了胶结充填工艺。
胶结充填工艺用于开采高品位富矿、矿岩不稳固的厚大矿体、深矿井及大面积区域性地压支护体系、“三下”(水体、道路、建构筑物下)及自燃发火倾向矿床的开采,已成为干式和水力充填工艺根本无法取代的充填工艺。
1962年,加拿大弗鲁德(Frood)矿尾砂胶结充填工艺投入工业应用,使分层充填采矿和矿柱回采工作大为改善,并大大地提高了机械化程度,形成了一种新的较为高效的采矿方法[1,3]。
以后,在美国犹他州的马夫劳韦尔(Mayflower)等矿试验成功,并在尾砂充填层上用波特兰水泥∶尾砂为1∶7配比的砂浆铺面,平均厚度0.15m。
这就为分层充填采矿法提供了一个具有一定强度的分层平整表面[3]。
在水力充填料浆中添加胶凝材料,对节省开支、改进品位控制,以及提高采矿方法回采效果和适应性等诸多方面,都显示出了明显的优越性。
我国凡口铅锌矿于1964年首先开始进行低浓度尾砂胶结充填的试验,以后陆续在全国数十个矿山采用尾砂胶结充填技术,都取得了显著的技术经济效果。
目前,分级尾砂充填可分为水力非胶结充填和胶结充填两种。
胶结剂一般为水泥、石膏、磨细的炉渣等。
分级尾砂充填工艺的尾砂利用率,一般只有50%~60%。
该工艺在使用中存在料浆凝固慢、离析分层、强度低且不均匀等现象;井下脱水时,胶凝材料及细粒级尾砂流失;井下废水、细泥污染环境;排水、排泥费用高;采场回采周期长;生产能力低等问题,需进一步改进和提高。
2.2 全尾砂高浓度胶结充填由于传统的水泥胶结充填采用分级尾砂,而含泥及细粒级尾砂被排放到尾砂库,一方面增加了库坝的维护费用,另一方面造成环境污染。
现代充填技术,不仅考虑采矿工艺的需要,还要考虑矿山开采废弃物的综合利用与处理、环境保护、减少污染等社会要求,实现无废害开采。
因此,应完全、彻底地将全部尾砂用于井下充填。
但由于传统的分级尾砂充填的浓度较低,料浆充入采场后的脱水过程中会发生离析、分层现象,导致充填体的整体性不好、强度不高,同时采场内脱水也难免会带走部分水泥和细粒级尾砂,污染井下作业环境,水泥的流失也会降低充填体的强度。
此外,由于充填体的沉缩率较大,常造成充填体难以接顶。
为了改变这些问题,到了20世纪70年代,人们着手研究和探索实现料浆高浓度充填的有效途径。
不少矿山采取措施,将料浆质量浓度提高到大于70%以上,即所谓高浓度或浓砂浆胶结充填。
与此同时,还研究了利用不分级脱泥(-20~-37μm)的细粒级物料的全尾砂料浆作惰性充填材料的胶结充填工艺。
中国、德国、南非、美国、加拿大、哈萨克斯坦、奥地利等国,采用不同的工艺,先后实现了全尾砂高浓度胶结充填[3-8]。
目前,高浓度充填在矿山充填中仍然占主要的地位,应用最为广泛。
高浓度充填料浆管输时,高浓度料浆固体颗粒在横断面上呈均匀分布状态,在流动过程中很少有固体颗粒之间的相对位移,不易发生离析和沉淀,并具有充填体力学性能良好、强度高、采场脱水量少、胶结材料的用量大幅度降低等优点。
2.3 膏体、似膏体充填膏体充填在近年来发展极为迅速,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。
以德国普鲁塞格金属公司(Preussage AG Metal)为代表的全尾砂膏体泵送胶结充填工艺。
这种工艺可提供在低水泥耗量下的高强度充填体,且充填材料选用范围广,既可以采用全尾砂或分级尾砂,也可以添加不同比例的30mm以下的碎石、戈壁集料、天然砂或炉渣,以及粉煤灰、煤泥等工业废料,使胶结充填迈入了一个新的阶段。
目前,膏体充填料浆采用粗骨料(分级尾砂、河砂等)与细骨料(溢流尾砂、黏土、淤泥等)按一定的比例混合搅拌而成。
由于一定量的细粒级存在,料浆外观象牙膏,故称之为膏体。
膏体具有良好的均质性、悬浮性和稳定性。
膏体充填的特点是料浆浓度大,其重量浓度可达75%~85%。
由于膏体的塑性粘度和屈服切应力大,必须采用加压输送。
膏体料浆象塑性结构体一样,在管道中作整体运动,膏体中的固体颗粒一般不发生沉淀,层间也不出现交流,膏体在管路中呈柱塞状流动。
膏体充填料的内摩擦角较大,凝固时间短,能迅速对围岩和矿柱产生作用,减缓空区闭合。
膏体充填工艺充填料浆浓度高,减少了水泥用量,降低了充填成本;充填体沉缩率小,接顶率高,充填质量好,强度高;采场无溢流水,改善了井下作业环境节省了排水及清理污泥的费用。
全尾砂膏体泵送充填一次性投资大,尾砂脱水浓缩、储存和膏体泵压输送技术难度大。
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、高浓度浆体泵送技术与设备、活化搅拌设备、计算机在线控制技术等,是现时采矿工业中一项技术含量很高的新技术之一。
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主力方向[2,4-8]。
鉴于全尾砂高浓度胶结充填工艺与膏体充填工艺的优点与不足,人们试图寻求一种既具有水力胶结充填料浆那样的流动性好、输送方便,又具有膏体充填强度高、井下不脱水、保护环境等优点的充填工艺。