金川矿山废料胶结充填工艺技术研究
金川镍矿充填系统与工艺调查及提高充填质量技术措施
金川镍矿充填系统与工艺调查及提高充填质量技术措施1. 引言- 介绍金川镍矿充填系统的背景和意义2. 金川镍矿充填系统与工艺调查- 系统结构和流程图的介绍- 工艺调查，包括充填料的选用、加水量、搅拌时间等- 系统存在的问题及原因分析3. 提高充填质量技术措施- 提升充填料和配方的质量- 改善充填过程和设备- 增强充填质量的监控和控制4. 实验研究- 设计实验方案和方法- 详细介绍实验过程及数据分析- 讨论实验结果及其在充填系统中的应用5. 结论与展望- 总结本篇论文的主要内容和结论- 展望金川镍矿充填系统未来的发展方向和研究重点第一章节：引言1.1 背景介绍金川镍矿是中国重要的镍生产基地之一，其镍资源储量和品质在国内外享有较高声誉。
随着市场对高品质镍的需求不断提升，金川镍矿不断加大了开采和生产规模，也给矿山的充填系统提出了更高的要求。
目前，金川镍矿的充填系统已经发挥了重要的作用，为提高矿山的产量和效益发挥了积极的作用。
1.2 研究意义随着近年来复杂矿山资源的储存和采掘，矿山充填技术越来越受到了重视。
金川镍矿的充填系统是一个典型的例子，其自动化程度和充填质量的要求均不断提高。
因此，对金川镍矿充填系统进行深入的调查和研究能够增进我们对于矿山充填系统的认识和理解，同时有助于改进矿山充填技术，提高矿山的效益和相应设备的使用寿命。
1.3 论文构架本论文分为五个章节。
第一章节介绍了研究的背景和意义，介绍了金川镍矿充填系统的现状以及系统存在的问题。
第二章节会详细介绍金川镍矿充填系统的结构和流程，以及已有的调查结果。
第三章节提出了提高充填质量的技术措施，包括充填料的质量控制、改进充填过程和设备、以及增强充填质量的监控和控制。
第四章节介绍了实验研究的方法和设计，详细介绍了实验过程和数据分析，以及实验结果的讨论和应用。
第五章节对本篇论文进行了总结，同时展望了金川镍矿充填系统未来的发展方向和研究重点。
本篇论文的研究对于矿山充填技术的发展和提高，以及对矿产资源的保护和开发都具有重要的意义。
泡沫砂浆充填技术在金川矿山的应用研究
世界有色金属 2020年 7月下164充填采矿法是地下矿山一种典型的采矿方法，对采空区的充填处理是保障井下作业安全、控制地表岩移的重要手段。
下向胶结充填采矿方法在金川矿区使用已有四十多年的历史，在完成“采富保贫”任务的同时，也形成了富有金川特色的胶结充填技术。
但随着金川矿区贫矿开采比例的增大和有色金属价格的持续走低，胶结充填采矿法生产成本高的弊端一再呈现，成为制约金川矿区提升经营效益的主要影响因素。
探索应用高性能泡沫砂浆充填技术，降低充填成本成为金川矿区的充填技术应用研究的主要方向。
1 泡沫砂浆充填体的主要特征泡沫砂浆充填是指将发泡剂和水泥基胶凝材料、充填骨料等按照一定的比例进行混合搅拌，并经物理化学作用形成的一种新型充填材料[1]。
泡沫砂浆充填技术具有流动性好，易于管道自流输送；脱水少，成本较低等优势。
通过室内试验和工业试验研究了泡沫砂浆充填体的特性，其与金川胶结充填砂浆相结合的抗压强度、流动性、质量浓度等特征参数，是符合金川矿区趋于深井开采和低品位矿体开采的一种新型充填技术。
1.1 抗压强度金川矿山采用下向胶结充填采矿法，对胶结充填体的抗压强度要求为R3≥1.5Mpa、R7≥2.5Mpa、R28≥5.0 Mpa，泡沫砂浆的质量浓度、灰砂比、骨料级配主要围绕这一要求进行室内试验选配。
金川下向胶结自流充填工艺所用骨料主要为棒磨砂（粒径-3mm）和河砂，胶结剂为一般硅酸盐水泥。
对棒磨砂、河砂分别进行添加泡沫配比试验。
试验表明，料浆的灰砂比大于1∶4、输送质量浓度在79%以上，泡沫含量小于25%的情况下，基本上可以满足金川矿山以棒磨砂及河砂为主要骨料的充填体强度要求，棒磨砂为骨料的充填体 强度要高于河砂为骨料的充填体强度。
部分试验结果见表一。
1.2 管道输送性能为满足金川矿山自流充填的要求，泡沫砂浆流值应该在180mm 以上。
图1和图2为棒磨砂和河砂在不同气泡率下的流值关系曲线。
试验表明，灰砂比越大，流值越大；浓度越高，流值越小；气泡率越大，流值越小。
金川集团公司井下废料人工搅拌混凝土打底回填采空进路项目的应用和效益分析
金川集团公司井下废料人工搅拌混凝土打底回填采空进路项目的应用和效益分析本文介绍了金川集团公司二矿区充分利用井下掘进、返修生产的毛石以及接顶充填过程中溢流出的砂浆等废料经过添加水泥、铲运机搅拌、人工振捣等工艺过程将废料混合料浆回填至采空进路的试验工艺、效果和产生的经济效益。
此工艺具有安全可靠、操作简单、方便可行，效益显著等特点，目前已在二矿区所属各机采盘区广泛推广应用。
标签：井下废料搅拌打底回填应用和效益分析1废料回填工艺的回顾简述1995年，二矿区曾就当时的条件和实际进行了井下毛石回填的试验工作。
该工艺的方法是：在打完底的进路中，用928铲运机把毛石铲到半砖墙内（打底前只砌2m高的砖墙），然后由人工装上架子车送至掌子头，后退式堆积。
这种回填办法由于效率低下而被淘汰。
随之在上述基础上又发展演变成：把半砖墙往里移10m左右，进路口至半砖墙间用矿石垫成斜坡，直接利用LF-4.1铲运机把毛石铲运至掌子头，后退式堆积，堆积高度一般在1～1.5m。
这种回填办法发挥不了铲运机的功效，回填效率仍很低，回填量不大。
为了充分发挥铲运机的效率，增加回填量，从2010年4月开始，二矿区首先在1138分段Ⅳ盘区四分层的45#、7#、22#、9#进路和1218分段Ⅰ盘区三分层的25#进路进行了毛石加水泥搅拌直接打底回填采空进路的试验工作，取得了较好的社会效益和经济效益。
2井下废料搅拌打底回填采空进路的技术工艺搅拌回填，简单地说就是：在废料中加入一定量的水泥和适量水，利用928铲运机将这些混合物搅拌均匀后，按照要求和步骤直接回填到未进行打底充填的采空进路中，再用振动棒把混合物料浆振捣密实，使之形成具有符合强度要求的人工砼。
2.1搅拌回填的原则废料加水泥和适量水搅拌回填所形成的人工砼假顶，应能满足整体性好、龄期28天砼块的单轴抗压强度不小于5MPa、不产生脱层的要求，以保证下一分层回采中作业人员和设备的安全。
2.2搅拌回填进路的选择搅拌回填打底进路必须经负责技术的生产科批准并选择在盘区上、下分层能实现交错布置的部位，不能与分层联络道、分层道等服务时间较长的工程重合。
导流滤水在下向分层水平进路胶结充填采矿法中的研究应用
世界有色金属 2023年 5月下38采矿工程M ining engineering导流滤水在下向分层水平进路胶结充填采矿法中的研究应用付栋川，王小平（金川集团股份有限公司三矿区，甘肃 金昌 ７３７１００）摘 要：充填采矿法是随着回采工作面的推进，逐步用充填料回填采空区的方法。
利用形成的充填体进行地压管理，控制围岩崩落和地表下沉，并为回采工作面创造安全条件，以达到保障安全生产、保护地标建筑物和缓和大面积地压活动的目的。
充填过程中如何保障充填体质量、如何提高充填接顶率，达到以质量保安全就显得尤为重要，也是生产过程中长期存在的一个难题和重点。
经过实践摸索，导流滤水技术可有效解决上述问题。
关键词：充填采矿法；充填体质量；充填接顶率；导流滤水中图分类号：ＴＤ８５３．３４３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２３）１０－００３８－３Research and Application of Diversion and Filtration in the Cementing and Filling Mining Methodof Downward Layered Horizontal DriftFU Dong-chuan, WANG Xiao-ping（Ｊｉｎｃｈｕａｎ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．， Ｌｔｄ． Ｍｉｎｉｎｇ Ａｒｅａ ３，Ｊｉｎｃｈａｎｇ ７３７１００，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｔｈｅ ｆｉｌｌｉｎｇ ｍｉｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ａ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇ ｔｈｅ ｇｏａｆ ｗｉｔｈ ｆｉｌｌｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｓ ｔｈｅ ｍｉｎｉｎｇ ｆａｃｅ ａｄｖａｎｃｅｓ． Ｕｔｉｌｉｚｅ ｔｈｅ ｆｏｒｍｅｄ ｆｉｌｌｉｎｇ ｂｏｄｙ ｆｏｒ ｇｒｏｕｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ， ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｃｏｌｌａｐｓｅ ａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ， ａｎｄ ｃｒｅａｔｅ ｓａｆｅｔｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍｉｎｉｎｇ ｆａｃｅ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｓａｆｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ， ｐｒｏｔｅｃｔ ｌａｎｄｍａｒｋ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ， ａｎｄ ｅａｓｅ ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ ｇｒｏｕｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ． Ｈｏｗ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｌｌｉｎｇ ｂｏｄｙ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｆｉｌｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ， ｈｏｗ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｆｉｌｌｉｎｇ ｃｏｎｔａｃｔ ｒａｔｅ， ａｎｄ ａｃｈｉｅｖｅ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｓａｆｅｔｙ ａｒｅ ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ， ｗｈｉｃｈ ｉｓ ａｌｓｏ ａ ｌｏｎｇ－ｓｔａｎｄｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍ ａｎｄ ｆｏｃｕｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ． Ｔｈｒｏｕｇｈ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ， ｔｈｅ ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ ａｎｄ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ａｂｏｖｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ．Keywords: ｂａｃｋｆｉｌｌ ｍｉｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ； Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｆｉｌｌｉｎｇ ｂｏｄｙ； Ｆｉｌｌｉｎｇ ａｎｄ ｔｏｐｐｉｎｇ ｒａｔｅ； Ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ ａｎｄ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｔｅｒ收稿日期：２０２３－０３作者简介：付栋川，男，生于１９８４年，汉族，甘肃武威人，本科，中级工程师，研究方向：地质采矿。
金川矿山早强充填胶凝材料配比试验与优化
金川矿山早强充填胶凝材料配比试验与优化
第一段：金川矿山位于我国贵州省黔西南自治州，是一个重要的国有煤炭基地。
为了满足矿山的需求，金川采用早强充填技术，并配备胶凝材料进行钢筋混凝土支护，这种技术在煤矿工程中有着极大的应用价值。
第二段：早强充填胶凝材料是支护煤矿工程的重要材料，其配比也是重要的性能决定因素，因而它的配比也是金川矿山工程的重要课题。
为了确定其最佳配比，金川矿山对其做了大量的试验研究，以确定最佳的配比。
第三段：金川矿山在配比试验中采用了多种方法，如单因素试验、综合试验、正交试验等。
单因素试验是改变单一因素，考察其对填充物性能的影响，以得到每个因素的最佳取值。
综合试验是改变多个因素，同时考察它们对填充物性能的影响，以得到多个因素的最佳取值。
正交试验是根据技术要求，按照等比数列的原则，确定各因素的有效取值，以得到配比的最佳取值。
第四段：金川矿山的试验结果表明，最佳配比为：粉煤灰占60%、粗沙占20%、水泥占10%、细沙占10%。
该配比能够有效提高填充物的抗折强度和抗压强度，以及抗水性能，从而满足工程需要。
第五段：金川矿山早强充填胶凝材料配比试验与优化是一项重要的研究课题，该项研究能够为我国煤矿工程的安全提供重要的技术支持，对于提高我国煤矿的安全生产水平具有重要的意义。
金川二矿区下向分层采矿充填体力学行为及其作用的研究
金川二矿区下向分层采矿充填体力学行为及其作用的研究金川二矿区是金川集团最大的主力矿山,为了在矿岩稳固性差且地应高的采矿环境下安全有效回收宝贵资源,二矿区采用机械化下向分层水平进路胶结充填采矿法开采。
多年的生产实践证明,使用该方法开采二矿区矿体是安全、经济和高效的。
随着二矿区开采深度向下延伸,地层中的原岩应力呈随开采深度增加而增大的趋势。
进路胶结充填体是采矿生产作业的直接顶板,关乎人员和设备安全、企业效益。
然而,在高水平构造应力条件下,充填体的稳定性机制至今仍缺少深入系统的研究,探索下向分层充填法中充填体的力学行为及其作用,具有重要意义。
本文通过现场调研,采用理论分析、室内材料试验、基于FLAC3D二次开发的三维力学数值分析相结合的方法,主要根据金川二矿区下向分层充填采矿的生产实践,对充填体力学行为及其作用进行了系统研究,主要研究内容如下：(1)采用结构理论中的三弯矩方程,研究相邻分层进路不同布置条件下,胶结充填形成的人工假顶结构(注：抽象为连续梁)中的内力(M、FQ)状态,得到了相邻分层进路垂直交错布置、相邻分层进路斜交及平行交错布置下,人工假顶结构内力的分布状态方程,为人工假顶设计逐渐由经验设计阶段向定量设计过渡提供了可能。
初步揭示了竖向约束(支座)的变化,对人工假顶内力变化产生影响的趋势；建议设计人工假顶时,应采用合理技术措施,如留中间支座、相邻进路充填体采用抗剪连接,以期消除假顶截面中因最大弯矩和最大剪力过度集中而产生的张拉、剪切失效的隐患。
(2)目前大多数简化充填体模型没有考虑带筋充填体中的材料构造,难以适应因采动影响产生的复杂加载方式,也无法客观反映加载路径变化产生的影响。
针对这些简化模型存在的问题,本文根据金川二矿区生产实际,把进路充填体的主要力学作用,归结由砂浆固结后形成的胶结体和其中的构造钢筋(吊筋和底筋)共同承担,率先提出金川二矿区充填体的基本结构是一种二元结构,也就是,充填体基本结构由砂浆胶结体连续介质(简称“充填体”)和连续介质中的钢筋构件组成；进一步地,根据充填体内钢筋构件主要受拉和受压的力学特点,利用FLAC3D中锚索结构单元,对钢筋构件进行力学数值模拟,进而建立起更接近于实际情况的基于二元结构的充填体FLAC3D数值力学模型。
金川矿山废石-全尾砂高浓度充填工艺试验研究
条 件下 水 泥含 量小 于 １０ｋ／ 是尾 砂 胶结 充 填 ０ ｇ ，仅 ｍ 水 泥用 量 的一半 ， 而 使 成本 大 幅度 降 低 ． 从 生产 实 践 表明， 在相 同水 泥 用量 的条 件 下 ， 与其 他胶 结 充填 工
结充 填工 艺应用 Ｉ１ 国则 试验成 功 了在块 （ ） 倒 １． 我 碎 石 人采 空 区 的 同时 ，将水 泥砂 浆 用 管路 输送 注入 空 区 自淋混 合 胶结 充 填 ． 如大 厂锡 矿 、 录 山铜 矿 等 试 验 铜 成 功 了块 石 一水 泥砂 浆 自淋 混合 充 填工 艺 ，结 果 表
第 ２卷 第 ６期
２０ １ １年 １ ２月
有 色金属科 学与工程
Ｎｏ ｆ ｒｏ ｓ Ｍｅａ ｓ ｃ ｅ ｃ ａ ｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｎ ｅｒｕ ｔｌ Ｓ ｉｎ ｅ ｎ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ
Ｖｏ ． １ ２，Ｎｏ６ ． Ｄｅ ２０１１ ｃ．
文章编 号 ：６ ４ ９ ６ （０ １ ０ — ０ ７ ０ １７ — ６ ９ ２ １ ） ６ ０ ５ — ５
矿 、 ｉｄＣ ｅｋ矿 ，９ ３年 Ｍｏｎ ｓ Ｋ ｄ ｒｅ １７ ｕ ｔ ａ矿 开 始 块 石 胶 Ｉ
件 充填采 空 区的块 石胶 结充 填工 艺． 透 山铜 矿 在井 红
下 建立 了一套 块 石倒 运与 充 填 系统并 形成 较 大充 填
能力 ， 到 了废 石不 出坑 ］ 达 ．
一
பைடு நூலகம்
般 情况 下 ， 石胶 结充填 体在试 块 强度 ３ＭＰ 块 ａ
金川矿 山废石 一全尾砂高浓度充填工艺试验研究
乔 登 攀 ， 姚 维信
（ 明理 ５ 大 学 国土 资 源 工 程 学 院 ， 明 ６ ０ ９ ） 昆 １ ２ 昆 ５０ ３
金川充填胶凝材料研究进展与废弃物综合利用展望
金川充填胶凝材料研究进展与废弃物综合利用展望杨志强;陈得信;高谦;把多恒;王永定【摘要】矿山废弃物排放面临严峻的环保压力,同时随着开采深度增加,充填采矿成本逐年提高.利用废弃物开发低成本充填胶凝材料和废石作为充填骨料,是提高充填采矿经济效益和实现可持续发展的必由之路.首先简要介绍充填胶凝材料研究进展,分析开发金川矿山充填胶凝材料存在的困难和问题;然后提出利用酒钢矿渣开发低成本充填胶凝材料的技术路线与关键技术;最后针对金川镍矿资源开采和废弃物利用现状,提出以新型充填胶凝材料开发为突破口,开展废石、废渣、尾砂等固体废弃物资源化综合利用的技术途径,展望金川固体废弃物资源化综合利用的发展前景.%A lot of waste discharge faces severe environmental pressure in Jinchuan mine and filling mining cost increase year by year with the mining depth increasing.It is the only road to reduce filling mining cost and realize sustainable development for Jinchuan mine that use waste developing low-cost cementing materials and using waste rock as filling aggregate.First,the research and development of filling cementing materials and analyze existing difficulties and problems for development of new filling gelled material for Jinchuan mine are briefly introduced in this paper.Then,the technical route and key technology for development of new type filling cementing materials using slag was putforward.Finally,considering the status of comprehensive utilization of nickel and cobalt mining resources in Jinchuan mine,the research technique route to develop the new filling gelled material,as the breakthrough point,realize comprehensive utilization of solid wastes suchwaste rock and tailings are put forward and look forward development prospects to realize the resource comprehensive utilization in Jinchuan mine.【期刊名称】《福州大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(045)004【总页数】7页(P610-616)【关键词】充填胶凝材料;矿山;固体废弃物;综合利用【作者】杨志强;陈得信;高谦;把多恒;王永定【作者单位】北京科技大学土木与环境工程学院,北京 100083;金川集团股份有限公司,镍钴资源综合利用国家重点实验室,甘肃金昌737100;金川集团股份有限公司,镍钴资源综合利用国家重点实验室,甘肃金昌737100;北京科技大学土木与环境工程学院,北京 100083;金川集团股份有限公司,镍钴资源综合利用国家重点实验室,甘肃金昌737100;金川集团股份有限公司,镍钴资源综合利用国家重点实验室,甘肃金昌737100【正文语种】中文【中图分类】TD863金川镍矿是世界第三大硫化铜镍矿床，已探明资源储量5.64亿t，镍金属储量550万t. 目前矿山生产能力为910万t， 2018年末提高到1 000万t，年充填量340万m3，是目前我国乃至世界上最大分层胶结充填有色矿山. 金川硫化铜镍矿床以埋藏深、地应力高、矿体厚大和围岩破碎等不利的采矿技术条件著称于国内外，以水泥作为胶凝材料并以棒磨砂作为充填骨料实施下向分层进路式充填法开采[1]，充填材料成本高达165元·m-3. 近年来镍金属国际市场持续低迷，给企业带来巨大的经济压力. 同时，采、选、冶工程每年排放大量废石、废渣等工业废弃物，不仅占用大量土地，而且其有害成分使土地毒化、酸化，从而恶化生存环境，给矿山带来严重的环境问题. 降低充填采矿成本和实现绿色开采，是提高金川企业在国际上的竞争力以及可持续发展的必由之路[2-3]. 金川二矿区从2004年开展废石-尾砂混合骨料的充填采矿技术研究，已获得显著的经济效益和社会效益. 龙首矿从2013年开始废石-棒磨砂混合粗骨料的充填工业试验，也取得了初步成果[4-8]. 金川矿山采用1∶4高灰砂比充填采矿，每年胶凝材料用量超过80万t. 利用固体废弃物开发低成本充填胶凝材料，是降低金川充填采矿成本的重要途径. 为此，金川矿山开展替代水泥的新型胶凝材料开发. 经过3年的室内外和半工业化试验，已经取得了突破性进展[8-12]. 研究结果表明，开发的固结粉新型充填胶凝材料，不仅满足下向分层进路采矿对胶结充填体强度要求，而且对废石-棒磨砂等混合骨料充填具有很好的适应性，从而为废石、尾砂等固体废弃物在金川充填采矿中资源化利用探索出一条有效途径.1.1 水泥充填胶凝材料应用现状充填胶凝材料是充填法采矿的核心，直接影响充填采矿安全、高效和采矿经济效益. 目前以水泥作为胶凝材料充填矿山存在主要问题是：① 水泥价格昂贵，采矿成本高. 据统计，水泥成本约占整个充填采矿成本的1/3～1/2甚至更高. ② 水泥工业能源与资源消耗大，污染严重. ③ 每生产1 t水泥熟料将排放0.8 t的CO2，生产水泥排放大量CO2污染环境. ④ 水泥难以适应含泥量高的全尾砂充填骨料，导致加大充填采矿成本，使充填法采矿面临更大经济压力.为降低充填成本，国内外学者开展了粉煤灰、脱硫灰渣及矿渣微粉等火山灰材料作为掺合料，在充填采矿中应用研究. 金川矿山研究结果表明，粉煤灰是一种良好的火山灰材料，掺入水泥不仅可以降低水泥用量，而且还能够提高充填料浆的流动性. 但由于粉煤灰早期水化程度低，降低充填体早期强度，因此粉煤灰掺量不大于10%[5]. 钢铁冶金工业排放的水淬铁渣是另一种火山灰质材料，当水淬渣粉磨成一定细度后，可以用于水泥掺合料，由此降低水泥胶凝材料成本. 矿渣微粉掺入水泥也存在充填体早期强度低的问题，因此矿渣微粉掺量受到控制，通常掺量不大于40%. 脱硫石膏、灰渣、电石渣和磷石膏等固体废弃物不仅可以用于混凝土掺合料，而且还是开发新型充填胶凝材料的激发剂材料. 但由于这些废弃物的化学成分、粉体粒径级配以及排放方式不同，其物化特性在不同企业存在很大的不确定性，由此给材料选择、材料配方以及应用条件带来诸多技术难题. 目前金川企业的粉煤灰、灰渣及石膏等废弃物除了少量掺加水泥外，大部分均无偿地提供给金昌水泥集团用于生产水泥的原料.1.2 新型充填胶凝材料研究进展新型充填胶凝材料是相对于水泥料而言，其本质是采用碱、盐类或碱与盐类材料合成的激发剂，对矿渣微粉、粉煤灰等一类具有潜在活性的火山灰质材料进行激发，由此开发新型胶凝材料. 国内学者已经开展了大量研究[13-17]. 这种新型胶凝材料国外称之为无机高聚合胶凝材料或地质聚合物，由法国Joseph于1970年首先发现并命名，原意是指由地球化学作用或地质合成作用形成的铝硅酸盐矿物聚合物. 1980年前后，前苏联、前西德、美国等国家均对该类胶凝材料开展大量研究，并取得阶段性成果； 1990年后，澳大利亚墨尔本大学的Deventer对地质聚合物作为有害元素固化处理材料开展研究. 我国建材研究院、建设科学研究院等单位共同开展了石膏矿渣水泥、石灰矿渣水泥、湿碾矿渣混凝土和湿磨矿渣混凝土研究，在包钢、武钢等工程中应用. 在国外研究基础上，中冶集团建筑研究总院开始粒化高炉矿渣微粉的应用研究， 1996年首次用于首都机场扩建工程和地铁复八线建设工程. 随着充填采矿技术的发展，全尾砂作为充填骨料应用于矿山充填. 但由于采矿工艺、充填强度及设备等不利因素的影响，限制了全尾砂水力充填，大多数矿山采用分级尾砂充填，导致矿山生产环境污染严重、充填体强度低、细粒尾砂难以处理等技术问题. 全尾砂充填法采矿作为一种充填骨料，能够最大限度地利用尾矿资源，减少对环境污染，缓解尾矿库压力，为建设无废绿色矿山提供一条途径[18-23]. 为解决水泥胶凝材料难以适应全尾砂充填采矿技术问题，我国以孙恒虎教授为代表的充填材料专家，最早开展了充填胶凝材料研发与应用研究. 湖北三鑫金铜股份有限公司和黄石海易充填材料有限公司共同研发一种称之为“胶固粉”的新型矿山尾砂充填胶结材料， 2004年5月建成年产2万t的胶凝材料生产线， 2005年9月4日通过由中国黄金协会组织的专家鉴定. 该胶凝材料的原料为钢铁厂经高温煅烧后的工业水淬渣、石膏和复合激发剂. 新型尾砂胶结材料主要用于三鑫公司等黄金矿山井下充填. 工业试验结果表明，在相同灰砂比和料浆浓度的条件下，全尾砂胶结充填体早期和后期强度均达到水泥胶结充填体强度的2倍以上，且充填料浆流动性、悬浮性与可泵性好，充填工艺简单，能满足井下充填的需要. 经过多年开发与完善，该种胶凝材料在我国山东黄金矿山获得推广应用.为开发铁矿全尾砂新型充填胶凝材料， 2009—2011年北京科技大学与河钢集团矿业公司共同开展铁矿全尾砂充填胶凝材料研究并获得成功. 开发的全尾砂新型胶凝材料命名为“矿尾粉”，由唐山唐龙新型建材有限公司工业化生产，在东华集团东凯矿业公司矿山中应用，获得显著的经济效益和社会效益. “矿尾粉”胶凝材料开发应用，为正在建设中的河钢冀东地区大型铁矿全尾砂充填法开采奠定了基础[24-26].2.1 金川下向分层充填采矿法对充填体强度要求金川矿山采用下向分层进路充填法采矿，作业人员在充填混凝土假顶下作业，因此充填体强度和整体稳定性直接关系到采矿生产安全. 金川矿山设计的胶结充填体3、 7和28 d强度分别不低于1.5、 2.5和5.0 MPa，与上向分层和阶段嗣后充填采矿法相比，该采矿方法对充填体强度，尤其早期强度要求高. 为达到设计强度，金川矿山采用高成本的棒磨砂作为充填骨料和1∶4高灰砂比，因此大大增大采矿成本. 降低采矿成本是金川矿山最迫切的研究课题. 2005年金川矿山技术人员对新型尾砂胶结材料研发与应用进行考察. 但由于金川矿山对充填体早期强度要求高以及金川铜镍渣活性低，与考察的矿山情况存在显著差异，因此金川矿山新型充填胶凝材料的研究没有取得进展.2.2 金川冶炼铜镍渣矿物成分与活性分析1963年金川企业的采选冶工程建成投产以来，每年排放出大量的废石、尾砂、冶金渣等固体废弃物. 到2012年底累计堆存冶炼炉渣3 300万t，并每年以160万t的速度增加. 在提取约60万t的铁金属之后，每年可产生熔融二次尾渣约120～130万t，是金川亟待开发利用的固体废弃物. 虽然镍渣化学成分与高炉矿渣相似，但其活性与矿渣存在本质差异. 质量系数K由下式计算：表1给出我国不同冶炼企业镍渣的化学成分和质量系数. 由此可见，镍渣主要以SiO2、 Fe2O3和MgO为主，还有少量的CaO、 Al2O3. 熔融相是以FeO2、SiO2为主，与普通高炉矿渣、磷渣、钢渣和粉煤灰等玻璃相组成完全不同. 研究还发现，由于镍冶炼方法和矿石来源不同，其矿物成分与质量存在较大差异. 我国镍渣质量系数最大为0.496，金川镍渣仅为0.292. 根据《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉(GB/T 18046-2008)》[27]规定，可利用的冶炼渣质量系数K 应不小于1.2. 显然金川镍渣活性低，不能直接用于金川矿山新型充填胶凝材料开发.借鉴北京科技大学在河钢集团矿业公司开发矿微粉充填胶凝材料的成功经验，利用金川矿山附近的酒钢公司高炉水淬渣，开展了金川矿山新型充填胶凝材料开发研究.3.1 酒钢矿渣物化特性与可行性分析研究表明，不同铁矿的矿石成分、冶炼工艺以及生产管理水平不同，导致高炉水淬渣潜在的活性存在较大差异. 活性系数H0、碱性系数M0由下式计算：H0=wAl2O3/wSiO2， M0=(wCaO+wMgO)/(wSiO2+wAl2O3).表2给出了我国不同地区矿渣化学成分及评价指标. 由此可见，酒钢矿渣碱性系数为0.935<1.0，属于酸性渣；活性系数为0.295<0.3，属于低活性渣；质量系数为1.411<1.6，是一种合格的矿渣. 但矿渣质量系数>1.2，可以利用开发充填胶凝材料.3.2 金川充填胶凝材料开发技术路线与关键技术3.2.1 金川充填胶凝材料开发技术路线金川矿山充填胶凝材料开发技术路线见图1，由图可知，利用低活性酸性矿渣开发充填胶凝材料技术途径有： 1) 通过机械活化提高粉体细度来增加矿渣微粉的水化活性； 2) 化学激发活化，即开发一定量的激发组分来加快矿渣活性组分的水硬化性； 3) 通过提高温度加快矿渣水化反应，或在提高温度的同时引入改性物质改善矿渣组成与结构来提高矿渣本身的胶凝性能； 4) 通过特定的分选工艺，实现矿渣中活性矿物与非活性矿物的相分离，从而提高矿渣的水化活性. 从实际应用情况来看，最常用活化方法有机械粉磨和化学激发两种，由于分选工艺和热活化法在矿山充填中的操作工艺复杂、成本高难以实现，因此目前应用较少. 针对酒钢公司的低活性酸性矿渣，提出利用酒钢公司低活性酸性矿渣开发金川早强新型充填胶凝材料的技术路线.3.2.2 金川充填胶凝材料开发关键技术金川早强新型充填胶凝材料主要涉及机械粉磨和化学复合激发剂激发与最优配比设计等关键技术：1) 机械活化机理与关键技术. 矿渣微粉只有达到一定细度时才能充分水化，但矿渣微粉活性不仅取决矿渣细度，而且还与矿粉粒径级配密切相关. 提高矿渣微粉细度和优化粒径级配，是提高矿渣微粉活性的关键技术. 研究结果表明，大于60μm的矿渣粉体属于惰性粒子，对胶结充填体强度无积极作用. -30 μm粉体对强度起主导作用，而-10 μm粉体有利于提高充填体早期强度. 提高矿渣微粉细度必然增加矿渣微粉的生产成本. 尤其超细粉对充填体的工作性及自收缩可能产生负面影响，因此当比表面积超过一定值后，对提高胶结充填体性能影的效果不显著，所以确定比表面积的合理范围至关重要. 针对酒钢低活性矿渣，通过调整球磨机钢球的粒径级配以及结构参数与风压，来提高矿渣微粉的粒度和优化渣粉级配，是本研究利用低活性酸性矿渣开发早强充填胶凝材料的关键技术之一.2) 化学活化机理与技术. 化学活化激发就是研发由碱、盐合理配比的复合激发剂，对矿渣微粉实施复合激发，从而提高矿渣微粉的胶结性能. 因此，化学激发剂的选择和优化配比是开发新型充填胶凝材料的关键技术之一. 目前盐类激发剂材料主要有石膏、硫酸钠、碳酸盐类(碳酸钠)等；碱性激发剂多选择氢氧化钙、氢氧化钠等. 研究表明，对于低活性矿渣微粉，采用碱和盐类激发剂能够显著提高矿渣微粉活性.3) 外加剂的选择与配比设计. 外加剂选择与配比是开发金川早强充填胶凝材料的另一关键技术. 随着技术发展，目前可以利用的外加剂种类很多，例如亚硫酸钠早强剂、萘系早强减水剂、水玻璃、促凝剂和增效剂等. 但对于不同矿渣微粉的物化特性，外加剂作用效果存在显著差异. 针对酒钢矿渣物化特性，选择与之相适应的外加剂与合理添加量，是开发金川矿山充填胶凝材料的关键.4.1 金川固体废弃物与资源利用存在的问题4.1.1 金川矿山固体废弃物与利用现状金川集团公司采、选、冶工程自建成投产以来，在生产过程中已经排放大量废石、尾砂、废渣和烟气灰渣等废弃物. 随着金川集团生产能力逐年提高，废弃物排量也在逐年增加. 根据金川集团公司《二次资源调查报告》， 2011年矿山产生废石202.5万t，选厂产生尾砂689.75万t，热电厂产生粉煤灰与脱硫灰渣20.578万t. 建成投产的110万t·a-1铜炉渣选矿工程，每年产生66万t铜渣尾砂. 河西堡瓮福化工集团在地表堆放磷石膏超过700万t，每年还以100万t的排放量增加. 废石作为粗骨料已在二矿区和龙首矿充填采矿中获得少量应用，选矿尾砂在膏体充填技术中也实现了部分充填. 热电厂排放的粉煤灰无偿提供给金昌水泥厂作为水泥混合材，而热电厂脱硫灰渣除了周边砖厂和建筑工地拉运少部分外，其余大部分均在指定地点倾倒处置. 铜渣尾砂的资源化利用目前仍未得到很好的解决，大部分采用堆放处置. 甘肃瓮福集团排放的磷石膏废弃物虽然多家一直在开展资源综合利用研究，但现有技术由于开发利用成本高，利用规模小，大部分废弃物仍地表堆放.4.1.2 充填采矿废弃物资源化利用存在的问题针对金川矿山固体废弃物，将废石替代棒磨砂并以粉煤灰作为掺合料替代水泥，是实现金川矿山废弃物资源化利用的主要途径. 但存在以下主要的问题：1) 废石骨料粒径大，料浆离析严重，充填体强度低，整体稳定性差，并存在堵管、爆管风险.2) 掺加粉煤灰的水泥胶凝材料，会降低胶结充填体早期强度，因此粉煤灰用量小.3) 脱硫灰渣、铜渣尾砂和磷石膏等具有低活性的掺合料，由于研究工作少，目前尚无利用途径.4) 泡沫砂浆充填技术在三矿区进行试验研究，但增加充填工艺，目前在矿山未得到推广应用.4.2 固体废弃物在金川充填采矿中综合利用途径针对金川矿区及周围废弃物利用现状，以开发固结粉充填胶凝材料为契机，提出在金川矿山充填采矿中实现废弃物资源综合利用途径、研究技术路线和亟待解决的关键技术.4.2.1 废弃物资源综合利用途径高浓度充填技术是解决料浆离析的主要途径，同时还能提高充填体强度和整体稳定性. 因此，针对金川废弃物在采矿中综合利用存在的技术难题，提出了“以高浓度充填技术为研究目标，以优化固结粉高浓度充填料浆的流动性为技术手段”，从而实施金川矿山废石、尾砂、废渣和粉煤灰等固体废弃物资源化应用的新途径. 提高充填料浆流动性的关键技术如下：1) 优化废石-棒磨砂-掺合料混合充填料粒径级配. 充填材料的粒径级配对充填料浆的流动性、稳定性以及充填体强度产生重要影响，优化“废石、棒磨砂和掺合料”三组分混合材料的粒径级配，从而确定粗、细、粉三种集料的最优配比，由此获得混合充填料的粒径级配和堆积密实度的合理级配. 同时，发挥低活性掺合料对充填体强度的增强作用以及充填料浆的流动性与稳定性的双重作用.2) 优化固结粉充填胶凝材料的流变性能. 固结粉胶凝材料主要由火山灰质材料组成，因此固结粉充填料浆的流变性一般情况下优于水泥充填胶凝材料的充填料浆. 在利用固结粉新型胶凝材料的基础上，在生产过程中添加如泡沫剂、减水剂等外加剂，进一步提高固结粉胶凝材料本身的流变性能，从而提高固结粉充填料浆的和易性与管输特性.4.2.2 实现废弃物资源化综合利用亟待研究的关键技术实现三组分混合料高浓度充填法采矿亟待研究解决的关键技术如下：1) 混合充填料的粒径级配分析与配比决策优化技术. 在废石、棒磨砂和掺合料三种集料粒径分析的基础上，确定最优级配的三种混合料的最优配比.2) 固结粉和易性改性技术. 选择与之相适应的高效外加剂，并通过在固结粉生产过程中实施添加，从而提高材料特性来改善充填料浆的流动性和强度，避免在充填生产中添加外加剂使充填工艺过于复杂而增加生产与管理程序.3) 混合充填料浆优化设计模型的决策技术. 采矿安全、技术可靠、经济显著和工艺简单是充填采矿技术的所追求的目标; 而为了满足矿山充填体的设计强度, 使充填料浆具有良好的流动性及稳定性，且使充填工艺方便简单，是将废弃物在充填采矿中推广应用的基础. 由于充填料浆的流动性与充填体强度及稳定性有部分对立，因此合理解决他们之间的对立关系，是充填料浆优化设计目标. 在研究中，将以充填料浆流动性作为优化目标，以充填体强度和充填料浆的稳定性为约束条件，建立废弃物充填料浆配比优化决策设计模型，从而获得满足约束条件的充填料浆最优流动度. 如果该流动性满足矿山自流输送要求，则通过数值仿真和环管试验，研究建立充填料浆管输水力坡度计算模型. 否则，调整掺合料的类型与配比，重复上述优化设计过程，直至获得合理的充填料浆配比.4.3 金川矿山废弃物资源综合利用研究技术路线针对废弃物资源综合利用途径和关键技术，提出的研究技术路线如图2所示.由此可见，从优化混合充填料粒径级配和采用固结粉新型胶凝材料两个方面研究，优化充填料浆的流动性，实现混合粗骨料料浆高浓度充填，从而解决粗骨料料浆分层离析问题. 根据矿山充填系统，选择灰砂比1∶5. 在废石、棒磨砂混合料优化设计的基础上，分别掺加铜渣尾砂、脱硫灰渣及磷石膏的三组分混合料的优化设计研究，由此确定在满足矿山安全、可靠和经济的条件下，使废弃物掺加量最大. 最后，在管输特性的环管试验和数值仿真基础上，建立充填料浆管输阻力的计算模型.固体废弃物在充填采矿中资源化利用是目前充填采矿技术的发展趋势. 利用酒钢公司低活性矿渣，已经成功开发出金川矿山早强型充填胶凝材料—固结粉. 该胶凝材料配方已获得国家发明专利，并授权金昌熙金节能建材公司实现工业化生产. 截止2015年10月，固结粉在龙首矿工业用量达到5.4万t. 现场试验结果表明，固结粉胶结充填体强度满足矿山设计要求，可以替代水泥用于金川矿山充填法采矿. 与目前的普通硅酸盐水泥相比，固结粉胶凝材料成本降低15%以上. 针对固结粉在金川矿山工业化应用，提出采用废石替代棒磨砂的充填采矿技术途径和可行性，展望金川矿山固体废弃物资源化综合利用的技术路线和发展前景.【相关文献】[1] 刘同有. 充填采矿技术与应用[M]. 北京: 冶金工业出版社， 2001.[2] 王武名, 鲁安怀, 陶维东, 等. 金川铜镍矿山尾矿砂循环经济研究[J]. 金属矿山， 2006 (4): 81-84.[3] 梁永顺, 索文德. 金川铜镍矿资源综合利用和矿山生态环境建设[J]. 有色金属， 2002, 54(2):111-113.[4] 党明智, 田维, 莫亚斌. 高浓度尾砂胶结充填在金川二矿区的应用[J]. 矿业研究与开发， 2004,24(5): 73-75.[5] 王正辉. 金川矿山废料胶结充填工艺技术研究[J]. 采矿技术， 2011, 11(4): 32-36.[6] 乔登攀, 姚维信. 金川矿山废石-全尾砂高浓度充填工艺试验研究[J]. 有色金属科学与工程，2011, 2(6): 57-61.[7] 杨志强, 王永前, 高谦, 等. 金川镍矿尾砂膏体充填系统工艺技术改造与应用研究[J]. 有色金属科学与工程， 2014, 5(2): 1-9.[8] 杨志强, 高谦, 王永前, 等. 金川全尾砂棒磨砂混合充填料胶砂强度与料浆流变特性研究[J]. 岩石力学与工程学报， 2014, 33(增刊2): 3 985-3 991.[9] 杨志强, 肖柏林, 高谦, 等. 基于金川棒磨砂充填料开发新型充填胶凝材料试验研究[J]. 有色金属(矿山部分)， 2014, 66(5): 65-68.[10] 王佳佳, 刘广宇, 倪文, 等. 激发剂对金川水淬二次镍渣胶结料强度的影响[J]. 金属矿山， 2013 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金川全尾砂棒磨砂新型充填胶凝材料试验研究
前 充填 骨料 主要 是砂 石 厂生 产 的棒磨 砂 和部分 河砂 。为 了利 用尾 矿 资源 ， 变废 为宝 ， 同 时矿 山充填 料 的需 求
灰 的 主要组 成为 玻璃 态物 质 ， 内能高 、 热力 学 上处 于不稳 定状 态 ， 具有潜 在 活性Ｌ ６ ］ ， 可 以部分 替代 水 泥 ， 降 低
充 填成 本 。 同时还可 以提 高 充 填 料浆 的 流 动性 ， 减 少 管 道 的磨 损 。粉 煤 灰 中 Ｓ ｉ Ｏｚ与 Ｃ ａ （ ＯＨ） ｚ化 合 生 成
量 随 着 矿 山 生 产 能 力 的增 加 逐 步 提 高 ， 棒 磨 砂 现 有 生 产 能 力 难 以满 足 充 填 料 的 需 求 ， 而 且 其 加 工 成 本 居 高 不
下 。有 效利 用廉 价 的全尾 砂作 为 充填料 进 行充 填法 采矿 ， 既 能 够 降低 矿产 资 源开 发 过 程 中产 生 的 大量 尾 矿 对环 境 的污 染 ， 也能 够降低 充 填采 矿成 本 ， 提高 矿石 回采 率 ， 同时还 能 为 回采 工作 创 造 安 全采 矿 条 件 。但 采 用全 尾砂 与 棒磨 砂混 合充 填 时 ， 由于二 者力 学性 质 和粒 径相 差 较悬 殊 ， 将 影 响充 填 体 强度 。因 此 ， 开展 全 尾 砂 与棒磨 砂 混合 料掺 量配 比及 其 添加剂 掺 量研究 ， 对 实现 安全 采矿 具有 重要 意义 。
１ ． ２ 新 型 充 填 胶 凝 材 料 的 主 要 潜 在 活 性 材 料
新 型充 填胶 凝材 料 以粉煤 灰 和矿 渣微 粉为 主 ， 采 用脱 硫石 膏 和石灰 等 复合激 发剂 进行 激发 ， 从而 形成 水
金川二矿区充填工艺优化及效益评价_贺发运
金川二矿区充填工艺优化及效益评价贺发运1,2(1.昆明理工大学, 云南昆明 650093;2.金川镍钴研究设计院矿山分院, 甘肃金昌市 737100)摘 要:金川二矿区高浓度细砂管道自流胶结充填工艺,为二矿区采富保贫、稳产高产做出了巨大的贡献。
根据金川二矿区充填工艺现状并结合笔者多年研究成果和实践经验的体会,提出了对充填工艺进行优化的思路,即优化进路底部充填和进行井下固体废料资源化利用,并对其经济效益做出了分析与评价。
关键词:充填工艺;胶结充填;固体废料资源化利用;优化金川二矿区是金川镍矿的主力矿山。
目前,二矿区采用机械化盘区下向分层水平进路胶结充填采矿法,实行多中段大面积无间柱连续开采。
采矿分段高为20m ,分层高为4m ,分层道设计净断面规格为4m ×4m ,进路典型断面规格为5m ×4m ,进路长度为40～70m 。
二矿区产量现已突破300万t /a ,相应的充填量达到100万m 3/a 。
已回采进路充填分底部充填(灰砂比为1∶4)和上部充填(灰砂比1∶6)两部分。
底部充填是为了形成较高质量的底部结构作为下分层进路回采的直接顶板,为满足采矿工程的需要,进路底部充填要求一次性不间断进行,形成整体性完好的底部结构。
在我国金属矿山胶结充填生产中,用灰量较高,灰砂质量配比(简称灰砂比)多为1∶8,1∶10,在国外可见水泥含量低的胶结充填,灰砂比达1∶20～1∶30。
而金川二矿山由于采矿方法对充填体质量要求严格,为了回收顶底柱矿石,在矿块底部经常采用1∶4,1∶6的灰砂比,且充填骨料主要为戈壁集料加工的棒磨砂,因此金川二矿区充填费用偏高,有必要对充填工艺进行优化,以控制充填体质量和成本。
金川矿山控制充填体成本的技术路线一直采用充填物料代用[1],如采用干粉煤灰代用部分胶凝材料水泥,采用选矿尾砂、冶炼水淬渣等代用部分骨料棒磨砂。
从优化进路底部充填和井下固体废料资源化利用两个方面对充填工艺进行优化,并对其经济效益进行了分析。
金川矿山废石—全尾砂高浓度充填工艺试验研究
金川矿山废石—全尾砂高浓度充填工艺试验研究乔登攀;姚维信【摘要】废石和尾砂是矿山企业的大宗工业废料且不存在来源不足问题,如何高效利用废石和尾砂进行充填采矿是采矿界的前沿性课题.本文结合金川公司充填工艺介绍了废石-尾砂高浓度管输充填新技术,并阐述了该技术中高浓度充填和膏体充填的特点,且充填成本低.【期刊名称】《有色金属科学与工程》【年(卷),期】2011(002)006【总页数】5页(P57-61)【关键词】充填;全尾砂;废石;高浓度充填【作者】乔登攀;姚维信【作者单位】昆明理工大学国土资源工程学院,昆明650093;昆明理工大学国土资源工程学院,昆明650093【正文语种】中文【中图分类】TD853.34自20世纪70年代以来，澳大利亚、前苏联等国试验成功了在空区内先倒入块石充填，再向块石中压注水泥净浆或水泥砂浆的充填工艺，如Mount Isa矿、Kidd Creek矿，1973年Mount Isa矿开始块石胶结充填工艺应用[1－3].我国则试验成功了在块（碎）石倒入采空区的同时，将水泥砂浆用管路输送注入空区自淋混合胶结充填.如大厂锡矿、铜录山铜矿等试验成功了块石—水泥砂浆自淋混合充填工艺，结果表明充填体强度高且充填成本低.个别矿山则试验成功了在采空空区的上部，用电耙、无轨设备或溜槽进行废石与水泥砂浆的混合拌制，而后利用空区自落条件充填采空区的块石胶结充填工艺.红透山铜矿在井下建立了一套块石倒运与充填系统并形成较大充填能力，达到了废石不出坑[4－5].一般情况下，块石胶结充填体在试块强度3 MPa条件下水泥含量小于100 kg/m3,仅是尾砂胶结充填水泥用量的一半，从而使成本大幅度降低.生产实践表明，在相同水泥用量的条件下，与其他胶结充填工艺相比较，块石胶结充填体强度更高，充填体稳定性比细砂胶结充填好得多，能有效保证二步矿房（矿柱）回采时的安全.空场嗣后块石胶结充填采矿法矿石贫化小、能力大、废石提运少，也能够缓解地表堆放废石引起的诸多问题，是当前胶结充填工艺的发展方向之一.但是，目前块石充填工艺需利用采空区落差条件，通过充填料分流输送和自淋混合方式实现胶结充填，仅以空场（分段或阶段）嗣后充填方式实现，对分层采矿法（上向或下向）并不适用，因而目前块石充填应用仍非常有限[6].金川镍矿规模大、埋藏深，矿岩破碎且蠕变特征明显、地应力大，其开采难度世界罕见.金川矿山在复杂的工程地质条件下遇到了各种各样的涉及到充填采矿的技术问题，在长期的大规模工业生产实践和国内外的科技合作中，从未间断过开展充填采矿领域的试验研究，其中一批重大问题多次列入国家重点科技攻关计划，积累了丰富的充填采矿经验和大量的技术资料.金川矿山先后进行过VCR法、上向分层进路式胶结充填法和下向分层胶结充填法试验；经过几十年探索最终定型为下向水平分层进路式胶结充填采矿法，发明和应用成功了下向六角形进路式充填法.目前，金川三大矿山（龙首矿、二矿区、三矿区）已形成1000万t/a的生产规模，是全球应用下向水平分层充填法规模最大、机械化程度最高的矿山.2010年，龙首矿西部贫矿开采项目开始投产，另外金川四矿区工程也已开工建设.根据金川公司的总体规划，“十二五”末，所属四大矿山的生产能力将超过1200万t/a，届时，充填能力将达到400万m3/a以上.经调查，金川矿山地表堆放的可用于充填的废石量总计约1800万t，今后废石量将超过130万t/a，2009年废石综合出窿费用高达约1.96亿元.废石外排不仅会大大影响到矿山周边区域的生态环境，也是矿山生产中的沉重负担，如何处理大量工业废石是解决金川公司矿山周边生态环境保护与污染防治、矿山生产提运压力的重中之重.因此，研究粗粒级废石破碎集料高浓度充填技术非常重要[7].金川矿区井下废石混合料主要来自矿山生产掘进和巷道返修所产生的废石.金川矿山充填管道主要有内径110 mm和80 mm两种，一般要求骨料粒径不能超过管径的1/5～1/4，故试验将工程废石的破碎粒度确定为-16 mm.废石破碎集料对于充填料浆配合比设计的主要影响因素是集料级配.通过筛分统计，金川矿区废石破碎集料的粒度级配见表1.经测定，废石破碎集料的加权平均粒径为dav=5.803 mm，中位粒径d¯c=5.235 mm，d60=7.023 mm，d10=0.391 mm，则有d60/d10=17.96.显然，按塔博条件（塔博研究认为：当d60/d10=4～5时，物料的密实度最好，即最佳颗粒级配.）废石破碎集料的级配并不好，粗粒料偏多，细粒级含量偏小，料浆由于难以形成絮网结构，管道输送（无论是泵压或自流输送）中料浆易发生泌水现象而导致堵管.因此，需要添加相应的细粒料—全尾砂进行骨料级配优化.金川公司全尾砂是一选厂与二选厂排放的尾砂混合物.金川全尾砂平均粒度细，氧化镁含量高，渗透系数小(15 mm/h).应用激光粒度分析仪对金川公司全尾砂进行分析，见表2.金川矿山充填所用的胶结材料为325级增强复合水泥，水泥比重3.1 t/m3，密度1.1 t/m3,其比表面积为 3100～3300 cm2/g.通过测试与分析，金川公司破碎废石集料和全尾砂的有关参数见表3.废石-全尾砂胶结充填料浆是一种低标号的多相混合体.理想状态下的充填料浆，其组分如废石集料、全尾砂和水泥是相互均匀分散的，相互填充.对于料浆中体积占绝大多数的废石集料而言，良好的级配不仅可以减少离析现象，改善料浆拌合物的工作性，而且增加了废石集料颗粒之间的嵌锁能力.实际上，破碎废石集料与全尾砂是不能用来选配的.一定程度上是不能选别的，只能应用，也只能采用合适的比例来确定最大密实度.根据废石—全尾砂高浓度浆体的环管试验和流动性度试验结果，获得了金川废石—全尾砂高浓度料浆的配合比参数为：最优废石尾砂比为6.0∶4.0，最适宜管输充填的料浆重量浓度为77%～79%，浆体坍落度≥22 cm，325#水泥添加量为260 kg/m3，该配合比条件下的胶结体工业强度满足下向水平分层进路式充填法人工假顶的强度要求[8-9].工业试验共进行了废石全尾砂比5∶5和6∶4两种配合比试验，完成了进路充填量10080 m3.工业试验充填管道最长1858 m，最短1650 m，管道系统总垂直落差492 m，最大充填倍线为4.78,最小为4.35.废石-全尾砂充填料浆骨料粒级范围比较大（0～16 mm），不同于金川矿山现用的棒磨砂骨料，充填起始阶段需要迅速提高料浆浓度，以防止堵管并保证充填体的整体性和稳定性.工业试验废石—全尾砂料浆搅拌在二矿区膏体系统中完成，主搅拌为ATDⅢ-Ф700型双螺旋搅拌输送机，搅拌轴长达6 m，设计搅拌槽的最大容积为5 m3，设计生产能力为35～90 m3/h，采用2×30 kW电机传动.工业试验中要求充填导流水和洗管水不能进入采空进路，如此方能真实反映进路内充填体脱水情况和胶结体强度.但由于受采场充填接管方式和移管安全等因素影响，实际上难以进行分离导流水和洗管水.工业试验中充填进路脱水情况，采用与矿山现用的自流和膏体充填采场脱水情况相比较，分别设定了无水、少量水、中等水、大量水4个层次进行定性分析.无水指进路内无法用泵进行脱水，即实际没有脱水.少量水是指进路内用泵进行了脱水，但脱水量明显少于平常膏体充填脱水量.中等水是指进路脱水量与脱水时间与膏体充填相当.大量水是指进路脱水量与自流充填相当.试验共完成了15条进路充填，经统计无水情况有4条，占26.7%；进路中有少量水有7条，占46.6%；采场中等水有4条，占26.7%.结果表明，尽管充填引流水和洗管水仍然进入采场，但废石—全尾砂高浓度充填料浆的脱水量明显少.如果充填中能将引流水和洗管水进行分流，废石—全尾砂高浓度（77%～79%）充填不需要人工脱水，自然脱水即可[10].试验期间，由充填站按规范（密度壶）进行了料浆取样与装模.试块装模时要求进行自然装填，不可振动和捣实.试块压裂结果见图1.由图1可见：①强度试块中仍存在全尾砂团块和少量的水泥团块，表明存在水泥浆搅拌不均匀和尾砂强力搅拌不均匀现象；②试块中粗粒级的废石分布比较均匀，无离析分层，表明应用废石—全尾砂配制成的高浓度料浆具有良好的抗离析性.根据进路内充填体的脱水情况、流动性及强度试块压裂情况综合来看，只要将配合比和料浆浓度控制稳定，并解决了引流水与洗管水，就可以达到进路内充填体不脱水及充填体不离析的目标.工业试验中在金川二矿区1178 m分段6盘区3分层28号进路进行了强度直接测试，结果见表4.进路内充填胶结体的工业强度分布特征为：由进路充填下料点到进路中部小隔墙处充填体强度总体呈降低趋势，但强度降幅很小，分析认为这种强度的变化是由于进路内充填料浆的长距离自流动而造成的；沿进路高度方向充填体强度总体呈“下高上低”特点，这是由于进路内充填料浆的轻度离析造成的.由于充填中引流水、洗管水没有排出采场，并且充填过程中也偶尔出现供料中断、供料不稳等情况，造成料浆浓度变化和料浆的不均匀，引起充填体强度变化.根据进路内充填体揭露情况，并结合试块压裂后骨料分布情况，试验组对比设定了均匀层（粗骨料分布均匀，骨料填隙效果好）、粗砂层（粗粒废石有较明显富集现象）、细砂层（粗粒废石少，细粒料明显多）、细浆层（较为明显的水泥尾砂浆）.现场测定结果为：①进路内充填体底部、顶部和中间部位均不同程度的出现细浆层.分析认为，进路底板细浆层应属充填引流层，起始浓度低，并且充填浓度提高需要10 min左右；进路内充填体顶部细浆层应属充填结束时洗管水进入等造成料浆浓度降低而引起离析分层，进路充填体中部的细浆层则是由于系统供料不稳甚至骨料中断（如放砂、皮带偏斜、斜溜槽偶尔堵塞后采用大水冲洗等）造成短时间内料浆浓度降低或配合比不稳定引起.测定结果表明所有细浆层的厚度都较小；②充填均匀层基本达到了充填体70%以上，充填体底部无明显的“锅底”状离析形态；③根据现场测定结果，废石尾砂比为5∶5料浆的流动坡面角基本保持在0.38～1.26°，废石尾砂比为6∶4料浆的流动坡面角基本保持在0.55～1.19°，进路内充填下料点处有不太明显的“锥堆”现象，表明料浆总体流动性很好，废石—全尾砂高浓度料浆应属高流态浆体[11-12].废石—全尾砂高浓度料浆泵压管输充填工艺是可行的，并且得到了长距离管道输送和长距离进路自然流动试验的证明，该项技术集中了高浓度充填和膏体充填的优点，且成本低.废石—全尾砂高浓度料浆具有良好的稳定性、自然流动性和管输特性，充填体的强度高.由于粗粒级废石破碎集料的应用，有效降低了水泥用量.经矿山统计和类比估算，废石—全尾砂高浓度料浆泵压管输充填成本约为86.48元/m3，是金川矿山现用的-5 mm棒磨砂高浓度自流充填成本的66.25%，是棒磨砂—分级尾砂膏体泵压管输充填成本的88%，成本优势非常明显，推广应用前景广阔.【相关文献】[1]R.Cowling.Twenty-five years of mine filling—developments and directions[C]//Sixth International Symposium on Mining with Brislane:April,1998:3-10.[2]J.Nantel.Recent developments and trends in backfill practices in Canada[C]//SixthInternational Symposium on Mining with Backfill.Brislane:1998:11-14.[3]P.Farsangi,A.Hayward,F.Hassani.Consolidated rockfill optimizatiom at Kidd Creek Mines[M].CIM Bulletin,1996:129-134.[4]周爱民.矿山废料胶结充填[M].北京：冶金工业出版社，2007：1-20.[5]孙恒虎,黄玉诚,杨宝贵.当代胶结充填技术[M].北京：冶金工业出版社,2002：3-19.[6]刘同有.充填采矿技术与应用[M].北京：冶金工业出版社,2001.[7]乔登攀.金川矿山废石充填浆体制备与管输流变特性研究[D].昆明：昆明理工大学，2009.[8]乔登攀,程伟华,张磊，等.现代采矿理念与充填采矿[J].有色金属科学与工程，2011(2):7-14.[9]张秀勇.金川二矿区废石—全尾砂高浓度料浆泵压管输充填系统研究[D].昆明：昆明理工大学，2010：15-22.[10]苑雪超.金川矿山废石—全尾砂高浓度充填料浆搅拌方式研究[D].昆明：昆明理工大学，2010：11-17.[11]XU Yu-hai,XU Xin-qi,LI Jian-xiong,et al.High concentration backfilling,its rheologic properties and parameters in gravity flow[C]//In The Nonferrous MetalsSociety of China,eds.Proceedings of the 8th International Symposium on Mining withBackfill.Beijing:2004:304-307.[12]SVEN M,ASMUS F,YANG Jian-ying.State of the art admixtures forhigh performance SCC in China[C]//YU Zhi-wu,SHI Cai-jun,KHAYAT K.H,etaleds.Proceedingsof1stInternational Symposiumon Design,Performance and Use of Self-consolidating Concrete.Paris:RILEM Publication SARL,2005：129-136.。
金川胶结充填技术新进展
金川胶结充填技术新进展
周成浦
【期刊名称】《有色矿山》
【年(卷),期】1992(000)004
【摘要】金川有色金属公司各矿山,自60年代投产以来,坑内矿石主要采用胶结充填法进行回采,20多年来,在矿山生产;回采工艺机械化水平;充填技术等方面均有了很大发展.坑下矿山的年产量由初期不到30万 t 发展到目前的190万 t;回采机械化水平由小型机械化逐步发展为全无轨开采;充填技术从开始采用电耙输送碎石砼胶结充填逐步演变为管道输送粗、细骨料的胶结充填。
近年来,又成功试验了全尾砂自流和泵压输送胶结充填工艺,并已通过国家鉴定.本文扼要介绍了金川公司充填技术的发展过程,主要对全尾砂泵压输送充填技术的试验实践作介绍。
【总页数】10页(P1-10)
【作者】周成浦
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TD853.343
【相关文献】
1.浅析废石胶结充填技术在金川二矿区的应用前景 [J], 郭慧高;辜大志;邹龙;曹思远
2.膏体泵送充填技术在金川二矿区的试验研究及应用 [J], 李云武
3.泡沫砂浆充填技术在金川矿山的应用研究 [J], 薛希忠
4.一项新的充填技术在金川集团公司启动 [J],
5.一项新的充填技术在金川集团公司启动 [J],
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黄金矿山下向胶结充填采矿法的技术研究
M ine engineering矿山工程黄金矿山下向胶结充填采矿法的技术研究王 健摘要：在采矿过程中，下向胶结充填采矿法是一种较为常见的采矿方法。
与其他采矿方法相比，向下胶结充填采矿法具有明显的优势。
同时，下向胶结充填采矿法能更好地提高采矿效率，效果更为明显，可用于破碎矿岩和复杂开采条件的矿体。
特别是在金矿中，采用这种下向胶结充填采矿法效果更为明显。
在此基础上，本文研究我国黄金矿山的下向胶结充填采矿法，分析其技术变化，并确定该采矿技术需要改进的领域。
关键词：黄金矿山；技术进步；技术研究我国的矿产勘探和开采工作出现得更早，经过多年的研究，已取得一些进展。
下向胶结充填采矿法在我国矿产资源开采过程中出现较早，自20世纪50年代初开始研究和开发，下向胶结充填采矿法自20世纪80年代初开始广泛应用。
特别是在黄金矿山开采中发挥重要作用。
经过近几年的不断研究和创新，目前下切水泥充填采矿技术已发展成为一种较为完整的采矿技术。
然而，由于各个黄金矿山的实际情况，仍然存在一些技术问题。
应关注下向胶结充填采矿法目前的技术创新，并作出承诺。
1 下向胶结填充采矿法存在的问题1.1 充填采矿成本高充填开采技术的开发与应用，给国内矿山生产的发展创造可观的经济利益。
由于开采条件苛刻，需要大量的机械。
因此，采用充填采矿方法比其它开采方法要昂贵得多。
通过对我国大部分的黄金矿山进行的数据分析，发现充填的费用相当高，约为70%。
灌装费用高有许多理由。
上述的理由只是一个方面，也有很多外在因素。
举例来说，在施工中，水泥用量比较高，其单位体积水泥消耗约为185kg/m3～290kg/m3。
在建材中使用很多钢铁。
针对黄金矿山在实施地下胶结充填开采工艺时存在的高造价问题，对其进行相应的调整。
采用上、下两个螺栓，去掉竖向的吊筋。
与常规开采方式比较，该开采方式节省大量的混凝土。
1.2 充填采矿生产效率低除生产成本高之外，我国黄金开采的生产效率也很低。
金川矿区自流充填工艺存在的问题及改进措施
层３ ５ 进路打底充填时 ， 采场见引流水至料浆流动
基 本稳 定 约 ２ ０ ａ ｒ ｉ ｎ ， 其 中满 管 清 水 流 动 １ ０ ｍ ｉ ｎ ； 而 ３ １ 进路 打底 充填 时 ， 采场 见引 流水 至料 浆 流 动基 本
稳定 ９ ｍ ｉ ｎ 。
（ ２ ） 洗管路水 问题。充填搅拌站停车清洗管路 下 水量 大 。如 １ １ １ ８ Ｉ ｎ分 段 一 工 区 Ⅵ 盘 区一 分 层
洁高效利用技术及装备研究与示范项 目（ 编号 ： Ｓ Ｓ ２ ０ １ ２ Ａ Ａ ０ ６ ２ ４ ０ ５ ） 。
杨志强 （ １ ９ ５ ７ 一） ， 男， 教授级高级工程 师 ， ｊ Ｅ 京 科 技 大 学 兼 职 教
区充填工确认即下引流水 ， 导致 冲洗管路的水量过
多。
授， 博 士生导师 ， 金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室客座研 究员， １ ０ ０ ０ ８ ３北京市海淀区学院路 ３ Ｏ号。
合理配 比， 更 重要 的还依 赖 于充 填 系统 与充填 工 艺¨ ４ 。 。惠林等 人研 究 了充 填 质 量 与 充 填 工 艺 的关
系认 为 ， 充 填料 浆 浓 度 控 制 、 采场脱水 、 胶 凝 材 料 选 取 等 是影 响充 填 质 量 的重 要 因 素 。罗 建 祥 分 析 了影 响胶 结充 填体 强 度 因素 认 为 ， 充 填 骨 料 的合 理 配 比与精 确 控 制 对 充 填 质 量 至 关 重 要 Ｊ 。高 直 等 人 针对 金川 镍 矿深 部 充 填 质 量 开 展研 究 ， 指 出 了 充
Ｓｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｎｏ． ５ ５１
现
代
矿
业
Ｍａ ｒ ｃ ｈ ． ２ ０ １ ５
金川矿区开发新技术解决充填难题
金川矿区开发新技术解决充填难题
佚名
【期刊名称】《中国矿山工程》
【年(卷),期】2012(41)1
【摘要】金川矿区龙首矿“粗骨料管道自流输送胶结充填技术研究”经过前期的
工作，取得了阶段性成果。
目前，该项目已经完成室内试验，首次半工业试验取得成功。
金川公司科技部、昆明理工大学等研究“粗骨料管道自流输送胶结充填技术”课题，被公司列为公司2011年重点科研项目。
该项目前期进行室内试验、再由室内实验到地表半工业试验，
【总页数】1页(P77-77)
【关键词】胶结充填技术;金川矿区;矿区开发;新技术;半工业试验;昆明理工大学;自
流输送;室内试验
【正文语种】中文
【中图分类】TD853.343
【相关文献】
1.金川高应力矿床充填采矿技术研究进展与亟待解决的技术难题 [J], 杨志强;高谦;王永前;陈得信;姚维信
2.金川二矿区井下废石料充填利用及充填体受力状态分析 [J], 孙三壮
3.金川公司二矿区井下废石料充填利用及充填体受力观测试验研究通过专家鉴定[J],
4.甘肃金川二矿区下向进路充填法开采充填体稳定性分析 [J], 闫冬飞;马凤山;赵海
军;张亚民;王杰;郭捷
5.金川集团公司二矿区解决了充填水分流难题 [J],
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金川二矿废石胶结充填料浆搅拌方式的研究
Ｔ ｃｎｌｇ ， ｕｍｉ ５ ０３ Ｙ ｎａ ， ｈｎ ） ｅｈ ｏ ｙ Ｋ ｎ ｎ ６０ ９ ， ｕ ｎｎ Ｃ ｉ ｏ ｇ ａ
Ｋｅ ｒ ｓ ｔ ｒ ｇ ｓ ｓｅ ； ｎｆ ｒ ｔ ；ｗａ ｔ ｒ ｃ ．ａｌ ｇ ａ ｉ ；ｓｕ ｒ ｏ ｃ ｎｒ ｔ ｎ ｙ ｗｏｄ ：ｓｉ ｉ ｙ ｔｍ ｕ ｉ ｍｉ ｒｎ ｏ ｙ ｓｅ ｏ ｋ ｔ ｉ ｎ ｓｒ ｔ ｉ ｏ ｌｒｙ ｃ ｎ ｅ ｔａｉ ｏ
０ 引 言
Ａ ｓｒ ｃ ：Ｉ ｈ ｙ ｔ ｍ ｆ ａ ｔ ｒｃ — ｅ ｎｅ ｌ ｎ ｎ ｔ ｅ ｓ ｃ ｎ ｎ ｒ — ｂ ｔａ ｔ ｎ ｔ ｅ ｓ ｓｅ ｏ ｓｅ ｏ ｋ ｃ ｍｅ ｔｄ ｆ ｌ ｇ ｉ ｅ ｏ ｄ ｍｉ ｅｏ ｎ ｈ ａ ｗ ｉ ｉ ｈ Ｊ ｔ ｉ ｔ ｆ ｐ ｌ ｒ ｓ ｏ ｔ ａ ｉ ｐ ｎ ａ ａ
摘 要： 在金ＪＩ 矿废石胶结充填系统 中， Ｉ － 料浆搅拌的均匀性直接影 响充填料浆 的管输稳定性 、 井下料浆 的流
动性 、 井下充填体的强度等 方面。研究通过试验 ， 在前期 试验得 出的料浆浓度 、 废石 尾砂 比的条 件下 ， 分析搅拌线 速度及搅拌 时问对料浆均匀性的影 响 ， 并得出适用于矿山的搅拌制度 。 关键词 ： 搅拌制度 ；均匀性 ； 废石尾砂比 ； 料浆浓度
中 图分 类 号 ：Ｄ ５ ．４ Ｔ ８ ３３ ３ 文 献 标 识码 ： Ａ 文 章编 号 ：６ １ ４ ７ （０ ０ ０ ０ ０ ０ １７ — １２ ２ １ ）４— ０ ６— ５
金川二矿磷石膏-矿渣基新型胶凝材料开发试验研究
金川二矿磷石膏-矿渣基新型胶凝材料开发试验研究金川矿山作为中国的贵金属矿山，一直在使用下向分层充填采矿法进行开采，矿山主要使用河砂作为充填骨料，水泥作为胶凝材料，充填成本一直居高不下。
且随着矿山的开采深度加大，相对应的深部地压活动变得剧烈，且采场地压也增大，对充填体的强度要求越来越高(3天强度高于1.5MPa；7天强度高于2.5MPa；28天强度高于4MPa；)。
为了在降低充填成本的前提下保证矿山安全高效生产，开发低成本和高强度的新型充填胶凝材料是非常有必要的。
开发新型胶凝材料不仅可以降低成本，还可实现固体废弃物的资源化利用，从而实现矿山的绿色开采。
甘肃瓮福集团与金川矿山相邻，每年在生产磷肥的过程中排出大量的磷石膏废渣。
磷石膏作为固体废弃物，全部实行堆放处理。
每年占用大批量的土地以及堆放维护费用，并且会产生扬尘污染。
因此磷石膏的资源化利用关系到磷肥行业与社会、环境之间的和谐、可持续发展。
本文使用河砂作为充填体的充填骨料，用复合激发剂、磷石膏和矿渣来进行磷石膏-矿渣基新型胶凝材料的开发，用以取代金川矿山使用的高价胶凝材料水泥。
试验采用正交试验方法，设定胶砂比为1:4，料浆的浓度为78%。
首先根据就近原则，采用包钢渣粉来进行试验，但是包钢渣粉的活性不能满足试样强度要求。
然后采用活性高于包钢渣粉的唐钢渣粉来进行试验，得到原始试验结果。
采用XRD、微观分析方法对胶凝材料的微观结构进行了深入的研究，验证了磷石膏基充填胶凝材料的水化产物主要为钙矾石和C-S-H凝胶。
通过对试验结果采用DPS数据处理软件进行回归分析和Matlab建立神经网络模型进行优化决策，得到了生石灰、磷石膏、NaOH和芒硝的添加量对充填体各时期强度的影响曲线，并获得了最佳方案。
在最优配比下，3天单轴抗压强度为1.532MPa，7天单轴抗压强度为3.099MPa，28天单轴抗压强度为4.157MPa，全部满足金川矿山对强度的要求。
最后，通过市场调查各因素的价格，新型胶凝材料的成本远低于水泥的成本。
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图 １ 破碎后废 石的粒度 分布
根据破碎后废石和全尾砂 的粒度分布， 综合考
虑骨 料级 配 满 足 可 泵 性 条 件 和 物 料 的 密 实 度 最 优 （ ∞ 。＝ ５ 条 件 ， 择 废 石 与尾 砂 的 比例 范 围 ｄ 。 ４～ ） 选
３ ４
采
矿
技
１ 金川矿 山废料 的性质研 究
工程废石 、 选矿尾砂 和矿坑废水等是否可用 于 矿 山充填 ， 首先要对其物理化学性质进行检测、 分析 和研究 ， 再参照低标号混凝土用料的相关标准来判 断其是否符合充填用料的选型条件。
１ １ 工程 废石 ．
金川矿 山的全尾 砂是 指金 川硫 化铜镍 矿 石经 过
Ｉ Ｓ ６ １—２ ０ Ｓ Ｎ １７ ９ｏ Ｃ ４ Ｎ ３—１ ４ ／ Ｄ ３７Ｔ
采 矿技 术
第１卷 １
第 ４期
２１ ０ １年 ７ 月
Ｊ ｌ ０ １ ｕｙ２ １
Ｍｉ ｉｇ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ，Ｖ １ １ ， ｏ ４ ｎ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ． Ｎ ． １
金 川 矿 山 废 料 胶 结 充 填 工 艺 技 术 研 究
全尾 砂 的质量 系数 ：
一 ＋，ｇ蒜 ． ＿０。 ２ ＋０３ ＋２３…３ ３ ０２ ．０＋ １ ３ ６ 一 一
＝
Ｃ Ｏ ＋ Ａ１０３＋１ ａ ２ ０ Ｓ Ｏ Ｔｉ ｉ Ｏ Ｍ ＝
表 ４ 金川矿 山矿坑 废水所 含的化学元素
分析 表 ４数据 ， 金川 矿 坑废 水 的 ｐ Ｈ值 、 溶 物 不 含量 （ ａ Ｆ 、ｉ ） Ｃ ｃ 、ｅ ｓ 等 、 Ｌ含 量 、 算 可 溶 物 （ １ 。 折 Ａ２ 、 ０ Ｍ Ｏ） 量 、 算 碱 （ ａ Ｈ） 量 等 指 标 均 不 超 过 ｇ 含 折 ＣＯ 含
和坍落 度 ， １０ｍ ０ ｍ ×１０ｍｍ钢 制 模 具 用 ０ ｍＸ１０ｍ ０ 浇 注试 块 ， Ｓ Ｙ 一３０型 恒 温 恒 湿 养 护 箱 按 温 度 用 Ｂ ０
２℃ 、 ５ 湿度 ８ ％ 进行 试块 养护 ， Ｎ Ｌ一 ０ ５ 用 Ｙ ６ ０型压 力 试 验 机进 行试 块强 度检 测 。试 验 数据见 表 ５ 。
岩石 名称
橄 大 花 混 辉 长 榄 密度 合 绿 角 孔隙率 松散 移 动角 理 岗 比重 岩（岩ｃ （／闪 （ ） 系数 （ ） 噬厦 ｇ ｍ ） 岩ｍ ） ／ 岩 岩 ｔ ％ 。
岩
２ ２
２ ２ ９ ６ ～
３ ７ ２
２ ６ ～
１４ ． １２ ． １４ ．
７１ ． ６８ ．
６６ ．
６ １ ． 加２ ９ ～ ～ ５ 钳０
Ｏ
混样 ４
７０ ．
１９ ０
山的工业废料胶结充填工艺技术对降低金川矿山的
充 填成 本 和减少 工业 废料 的露 天排 放量 具有 十分 重
要 的现 实意 义 。
大粒 度 不 能超 过 ２ ｍ。同 时 ， ０ｍｍ破 碎 废 石 ０ｍ 一２
２ 充填料浆 的配合 比试验研 究
２ １ 采矿方 法对 充填 工艺 参数 的要 求 ． 金 川 矿 山采 用 下 向分 层 进 路胶 结 充 填采 矿 法 ，
与全 尾砂 为骨 料 ， 添加 水泥材 料后 ， 只能配成 含粗 骨 料成 份 的混凝 土 料 浆 ， 用 泵 压输 送 。要 保 证 料 浆 采 满足 可泵 性要 求 ， 固体 颗 粒 至少 有 ２ ％ 以上 的 一 其 ０ ３ ｍ 细颗 。 因此 ， 将 金川 矿 山 的工 程 废 石 破 碎 ０ 要 到 ２ ｍ 以下 ， 与 全尾砂 进 行合 理 的搭 配 才 能 构 ０ｍ 并 成 满 足条件 的骨料级 配 。金 川工 程 废 石按 一 ０ｍ ２ ｍ 标 准破 碎后 的粒 度分 布见 图 １ 。全 尾 砂 的粒 度 级 配
王正 辉
（ 金川 镍钻 研究设 计 院 ， 甘 肃 金 昌市 摘
７７０ ） ３ １０
要 ： 析 了金 川 矿 山工程 废石 、 分 选矿 尾砂 和 矿 坑废 水 的物 理化 学性 质 ， 究 了满足金 研
川矿山下向胶 结充填采矿工艺条件 的“ 废石 ＋ 尾砂 ＋ 水泥 ＋ 废水” 胶结料浆配合 比参数 ，
２ ２ 骨料 组成研 究 ．
以工 程废 石 和全 尾砂 为 充 填 骨料 ， 置 出 满足 配 管 道输 送条 件 的充 填料 浆 ， 固体 颗 粒 的最 大粒 度 其
《 混凝土用水标准》 Ｊ Ｊ３— ０ ６ 规定 的范 围， （Ｇ ６ ２ ０ ） 可
以用 于矿 山充填 。
不能超过输送管道有效直径 的 １５ ／ 。根据金川矿 山 充填 系统 的实 际输送 管 道 直 径 情 况 ， 固体 颗粒 的最
Ｐ ｒｉｌ ａ ｔｒ（ｍ） ａｔｃｅ Ｄｉｍｅｅ ｕ
图 ２ 金 川 矿 山全 尾 砂 的粒 度 分布
２３ 废料 混凝 土料 浆 的配 比参数 试验研 究 ．
术
为 ６ ４～ ： 。 ： ５ ５
以破 碎 废石 、 全尾 砂 、 水 和 ３ ． 废 ２ ５级 普 通 水 泥 为 原料 ， 废石 与尾 砂 的 比例 为 ６ ４和 ５ ５ 水 泥 添加 ： ：， 量 分别 为 ２ ０２ ０ｋ／ ２０ｋ／ 混 凝 土料 浆 ２ ，４ ｇ ｍ 和 ６ ｇｍ ，
１０万 ｔ ０ 的工 程 废 石 和 超 过 ６ ０万 ｔ ０ 的选 矿尾 砂 排
透闪绿泥片岩等。按照《 建筑用卵石 、 碎石》 Ｇ ／ （ ＢＴ １６ ５— ０ １ 中的方法对 取 样岩石 进行 物理 力 学性 ４ ８ ２０ ） 质测 试 ， 试结 果见 表 ｌ和表 ２ 测 。
利 表 １ 金川矿 山几种岩石的物理性质
成 分 ＳＯ ｉ２ Ｍ Ｏ Ｆ２ ３ ｇ ｅＯ Ｓ３ Ｏ
４５ ．
３ ３
根 据计 算结 果 ， 全尾砂 的碱性 系数 接 近 于 １属 ，
ＣＯ ａ
２６ ．
Ａ１０ ２３
２７ ．
于 中性 物质 ； 尾 砂 的活 性 系 数 小 于 ０ １ 质 量 系 全 ．７、 数 小 于 １６ 全尾 砂 没 有 胶 结 活性 、 ．， 为惰 性 材 料 ， 满 足 矿 山充填 材 料 的选 型 条 件 ； 全 尾 砂 中 Ｍｇ 和 但 Ｏ Ｓ 量较 高 ， 充 填 体 的后 期 质 量 有 一 定 程 度 的 ０含 对
＝ ＝
金川 矿 山的工 程废 石是 指金 川矿 山井 下巷道 掘
进 产 生 的废 石 和井 下 巷 道 返 修 时产 生 的废 弃 物 ， 其
岩石类型主要有二辉橄榄岩 、 大理岩 、 岗岩、 花 蛇纹
；
＝９９ ０８； ．８
王 正 辉 ： 金 川 矿 山废 料胶 结 充 填 工 艺技 术 研 究 表 ３ 金 川 矿 山全 尾 砂 的化 学成 份
根 据表 １和 表 ２数 据 ， 程 废 石 的表 观 密 度 大 工 于 ２５ｇｃ 抗 压强 度 大 于 ３ ａ符 合 《 通混 ． ／ ｍ ， ０ＭＰ ， 普
¨
凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》 ＪＪ３ （Ｇ５ — ９） ２ 相应 标准 ， 以用做 充填 骨料 。 可
１ ２ 选 矿尾 砂 ．
负 面影 响 。
１３ 矿坑 废水 ．
全尾砂
３ ． ３ ． ２ ． ３６ ３０ ０７
成
分 Ｃ２ ３ ｒ ０
０６ ．
Ｎ２ ａ０
０３ ．
Ｋ０ ２
０３ ．
Ｔ ２ ｉ Ｏ
０２ ．
其它
１４ ．
全尾砂
全 尾砂 的活性 率 ：
＝ ＝
一 ｏ． ０８ ；
金川 矿 山的废 水是指 从 矿 山井 下排 放到 地表 的 工程 废 水 和 裂 隙 水 。 依 据 《 凝 土 用 水 标 准 》 混 （Ｇ６ ２０ ） 对 金 川 矿 山 的矿 坑 废 水 进 行 了取 Ｊ Ｊ３— ０６ ， 样 检测 ， 测结 果见 表 ４ 检 。
ｓ
重 量浓 度分 别 为 ７ ％ ，８ ，９ ，０ ， 照《 川 ７ ７％ ７％ ８％ 按 金 充 填技 术标 准》 和混 凝 土试 验 的相关 标 准 进行 全 面
亘
试验。用标准砂浆稠度 仪、 标准坍落度筒检测稠度
０４ ０５ １ ． ． ２ ４ ５ ８ ｌ ２ ４ Ｏ１ ０ ２ ０ ４ ０６ Ｏ ０ ０ Ｏ Ｏ Ｏ６ ０ ０ ０ ０ ｌ ０
管 道输 送充 填工 艺 ， 填 管 线长 度 在 １０ ２ ０ 充 ２ ０～ ７ ０ｍ
之间 ， 采空 区 （ 路 ） 进 的规 格 为 ： 度 ×高 度 ×长 度 宽
＝
５ｉ ４ｍ × ０ｍ。要保证 充 填料浆 通 过管道 顺利 ｎ× ５
颗粒直径 （ ｍ ） ｍ
地输送到采空区， 并保证充填料浆在采空区的流动 过程中不发生分层 、 离析现象 ， 充填料浆的流动度不 能小于 ９ｃ 坍落度不能小于 ２ ｍ、 ｍ， ０ｃ 分层度不能超
提 出 了“ 石 ＋ 砂 ＋水泥 ＋废 水 ” 结料 浆 的制 备 工 艺 和 满足 远 距 离管道 输 送 的 工 艺 废 尾 胶
流程 参数 。
关键 词 ： 料 ； 结 充填 ； 废 胶 材料 配 比 ； 艺 流程 工
０ 前 言
随着 世 界 对 环保 和 资 源 的不 断 重 视 ， 填 采矿 充 方法 在采 矿领 域得 到 了广泛 的应 用 。对 于采用 充填 采矿 方法 的矿 山 ， 填材 料 的选择 ， 仅 与矿 山的生 充 不 产成 本密 切相 关 ， 且 与矿 山 的资 源 综 合 利用 和环 而 境保 护密 切相 关 。金川 矿 山采用 下 向分层 胶结 充填 采矿 方法 ， 采用 高浓 度 自流充 填 工艺 ， 所用 的充 填骨 料 主要是 人工 加工 的成 本高 达 ３ ｒ ｔ ８Ｙ／ 的棒磨 砂 ， ＿ 并 且 年用 量 达 到 ２０万 ｔ ６ 。而 金 川 矿 山 每 年 有 超 过