湖南和宇重工工业充填泵在全尾砂充填中技术遥遥领先国内同行
湖南和宇重工工业充填泵在全尾砂充填中技术遥遥领先国内同行
，全尾砂充填采空区是对尾砂进行无害化和环保化处理，实现矿山绿色开采的新技术。本文阐述了全球矿业大国应用全尾砂充填技术的现状，分析对比了几种常见的尾砂充填技术，并对其今后的研究方向和应用前景进行展望。文章最后指出，随着无废采矿理念和工业生态学矿山填充理念的不断深入人心，全尾矿充填技术的应用和发展前景非常广阔。
全尾砂充填在矿山企业应用及推广的动力主要来自以下4个方面：一是对环境保护的重视。利用尾砂充填采空区，可以减少矿山固体废料排放，实现矿山无废开采，避免可能造成的对大气、水体、土壤的污染，对保护地表生态环境具有重要的意义。二是对生产安全的重视。利用尾砂胶结充填，可以有效地控制地压，消除采空区安全隐患，提高回采作业的安全性。三是节省尾矿库征地、建设和维护费用，同时避免了尾矿库尾砂泄漏或溃坝等安全隐患。四是矿山经过长期的开采，矿产资源将不断减少，开采难度也会逐步增大。
国内外全尾砂充填的应用现状
1.美国
进入20世纪80年代后，美国矿务局就开始了全尾砂充填体强度的研究、膏体输送泵模拟装置及充填体和矿柱现场测量仪表的研制，以及进行充填体稳定性的计算机模拟。随后，在南达科他州的霍姆斯特克(Homestake)矿和希拉克(Helca)采矿公司幸运星期五(Lucky Friday)矿试验成功了高浓度全尾砂充填技术。
美国FL Smith矿业公司研制的道尔-爱姆科深锥膏体浓密机是目前世界上最先进的膏体制备浓缩设备。其制浆浓度可达71%～75%，推动了全尾砂高浓度充填和膏体充填在世界各国的应用和推广。
2.加拿大
1962年加拿大Food矿首次采用尾砂和水泥胶结充填，1985-1991年间加拿大在充填材料、充填工艺方面的研究取得很大成就。加拿大矿山相继采用全尾砂高浓度管道输送膏体充填，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。到现在为止，加拿大地下矿山几乎都采用充填工艺。
3.德国
格隆德矿于上世纪70年代末开始寻求一种适合于该矿走向长度的充填方法，经研究提出了以S管双活塞泵（PM公司制造）为核心的高浓度低紊流的管道输送全尾砂充填料的泵送方案，并于1983年基本建成系统。泵送充填技术在格隆德矿首次应用成功以后，已在世界范围普遍得到推广采用。1979年，膏体充填技术首先在格隆德铅锌矿应用成功，随后在南非几个大金矿陆续推广使用，效果良好。
4.澳大利亚
上世纪60-70年代，在澳大利亚芒特艾萨矿开始应用尾砂胶结充填（水泥添加量为12%）回采矿柱。1997年8月所建成的大型地下矿山坎宁顿(Cannington)矿就采用了膏体充填系统，而芒特艾萨矿业公司为开采3500m深部的矿体，在1998年底建成一个膏体充填系统。
6.南非
南非的许多矿山,在20世纪80年代初期开始应用尾砂胶结充填工艺，整个80年代是南非充填工艺发展最快的时期，主要有废石胶结充填、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3800m，岩爆成为深井开采的主要安全问题之一。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。
7.中国
20世纪80-90年代，我国对全尾充填进行多方面的研究，大力发展了全尾砂胶结充填、膏体充填等新技术，并将这些技术分别用于凡口铅锌矿、金川二矿区、张马屯铁矿、湘西金矿、铜绿山铜矿和南京铅锌银矿等。目前，铜绿山铜矿通过充填已基本实现无尾矿排放，南京铅锌银矿通过充填已在全国矿山率先通过了ISO14001环境体系认证，成为典型的“零排放”无废开采矿山。
几种常见尾砂充填技术的比较
1.分级尾砂充填技术
通过对尾砂脱泥分级，使得充填体料浆的脱水速度变快，充填体的强度也得到明显提高。因此，分级尾砂充填技术得到国内外矿山的广泛应用。但由于传统的分级尾砂充填的浓度较低，料浆在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，会造成充填体难以接顶。
分级尾砂的利用粒径一般为+37μm，利用率一般在50%左右。
2.高浓度全尾砂充填技术
高浓度全尾砂充填技术是上世纪80年代末发展起来的新型矿山充填技术，在矿山日益得到广泛应用。该技术的特点是以全尾砂作为充填骨料，通过活化搅拌，在高浓度状态下输送到采场。该工艺将全部尾砂作为充填料，无需建尾矿库，为无废开来奠定了基础。
高浓度充填可以减少胶凝剂的用量，降低充填成本；可以减少采场的脱水量，增大充填料浆的有效利用率，提高实际充填能力，同时减少了井下环境污染；可以明显改善充填体的物理力学性质，提高充填体的强度，有效控制地压，提高充填作用效果。
上世纪90年代以来，全尾砂高浓度胶结充填工艺研究成为热点课题，人们力图将尾砂不进行分级与脱泥，而全部应用于井下采空区充填，并取得了技术上的重大突破，但生产实践中依然存在制浆技术难度大的问题，尤其是利用全尾砂造浆时，难以达到预期的浓度，对高浓度料浆输送及参数控制，设备技术要求高，在目前的条件下尚未全面推广应用。
3.膏体充填技术
膏体充填是以全尾砂或全尾砂和碎石集料等作为充填骨料，与一定比例的胶结材料和水优化组合，配制成具有一定稳定性、流动性、可塑性的牙膏状的浆体，在外加力（泵压）或重力作用下以柱塞流的形态，用管道输送到地下采空区，完成充填作业。
膏体充填料浆无需脱水，因而减少了井下充填污染及排水费用，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输送充填要短，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，从长远发展来看，膏体充填技术是充填采矿技术发展的主要方向。
但是，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，是当代采矿工业中一项技术含量很高的新技术之一。
4.似膏体胶结充填技术
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、井下不脱水等优点的充填工艺。
中国矿业大学孙恒虎教授于20世纪末提出了似膏体充填新模式，发明了似膏体充填专用胶凝材料，初步建立了似膏体充填理论体系，并提出了似膏体充填工艺过程。似膏体充填模式的实质可以概述为：利用似膏体充填胶凝材料（全铝土胶凝料）做胶结剂，矿山尾砂或河砂等作骨料，骨料中配以15%～30%的细粒级物料（－37μm，如粉煤灰、溢流尾砂等），制成质量浓度72%～78%、外观近似膏体一样的浆体，故称之为“似膏体”。采用重力自流或泵送的方式经管路输送至井下充填空区，充填料浆在井下不脱水或微量脱水即可固结成充填体。几种尾砂充填技术的比较见表1。
表1 几种尾砂充填技术比较
图片
展望
随着可持续发展理念、无废采矿理念和工业生态学的矿山充填理念在世界各国的不断深入，全尾砂充填技术的应用和发展前景十分广阔，其主要的发展方向概况如下：
（1）充填材料方面
需要通过对充填材料和充填体物理力学性质的认识，研究开发来源广泛、成本低廉、能满足充填体强度要求的新型充填材料和胶结剂；新型胶结剂的开发与研制将是未来充填技术进步中地位最重要、发展潜力最大、前景最广阔的研究内容，是充填技术发展水平的重要标志。目前，已开始应用有一定活性的工业废弃物，如炉渣、粉煤灰和赤泥等为胶结剂的主要组分，既满足了充填技术要求，又综合利用了工业废弃物，属良性循环的发展道路。
（2）充填工艺方面
通过对充填体力学作用机理的探讨，结合采矿工艺和环境保护的要求，研究新的充填工艺技术。
（3）充填设备方面
加快料浆脱水、搅拌，以及泵送等关键设备的革新，并研制更精准、更智能的充填参数自动检测仪表。
（4）充填综合效益评价方面
构建全尾砂充填综合效益评价指标体系，利用层次分析法、模糊数学或人工神经网络等技术手段，对全尾砂充填的经济效益、社会效益等进行综合评价。
上一条：和宇重工混凝土泵公司二衬小型车载泵助力芜黄高速建设
下一条：湖南和宇重工研发的充填工业泵和尾砂充填系统运行得到重大突破
返回列表