创新矿山固废充填技术，助力矿业绿色低碳发展

2186 编辑：中冶有色技术网来源：矿冶集团矿山所

2021-12-31 11:52:55

矿山充填是实现矿业绿色低碳发展的重要途径，矿山充填开采技术不仅可以实现矿产资源最大限度的回采，而且可以实现矿业固废的环保处置，同步解决地表塌陷及尾矿库风险，提升矿山本质安全水平，在国内外矿山得到了越来越广泛的应用。矿冶集团矿山充填技术研究始于1960年，是中国研究、发展及应用矿山充填技术的先驱者。重点在非煤矿山充填工艺、充填体力学、矿山固废充填新材料等领域，承担国家和行业绿色开采领域共性关键技术研究。本期“图说矿山所”带你了解矿山绿色充填之路。

矿山充填工艺

如何将矿冶固废制备成高浓度充填料浆，如何将充填料浆顺利从地表充填站输送至井下采场？如何形成满足采矿需求的高质量充填体？矿山所充填技术团队结合充填骨料特性、采场充填需求，研发了多项特色充填工艺技术，实现了矿山稳定高效充填。
01 全尾砂膏体大流量稳态充填技术
深锥浓密机应用于矿山充填时，存在不排料时易压耙及大流量排料时底流浓度不稳定问题，无法满足大流量充填需求。为此，研发了深锥浓密机与立式砂仓协同制备技术，深锥浓密机主要起浓缩作用，24h连续运行，避免压耙风险，立式砂仓主要起存储作用，解决采充平衡调节及浓度控制难题，两者交替协同实现大流量膏体稳态充填。

全尾砂膏体大流量稳态充填工艺流程

技术优势
01 浓缩效率高、充填流量大
02 具备物料存储功能，实现采充平衡调节
03 浓缩浓度较一段深锥浓密机工艺更高，且更稳定

深锥浓密机专利技术及装备

02 尾砂高浓度稳定连续充填技术

选厂低浓度尾砂输送至立式砂仓后，容易产生溢流跑混严重、浓缩效率低等问题。为此，自主研发了低动能防扰动长路径仓顶稳定进料技术，可实现立式砂仓均匀进砂、快速沉降与浓缩。同时，采用自研风水两级分时绕壁造浆技术对浓缩的尾砂浆进行流态化造浆，解决立式砂仓底部尾砂易板结、放砂不稳定难题，实现尾砂高浓度稳定连续充填工艺。

尾砂高浓度稳定连续充填工艺流程

技术优势
01 放砂浓度、流量稳定
02 砂仓锥底不易板结
03 造浆系统防腐、耐磨性能高
04 可用于全尾砂、分级尾砂充填

03 废石尾砂胶结充填技术
废石尾砂胶结充填技术是以矿山掘进废石或破碎废石作为充填集料，并以尾砂胶结充填料浆为胶结介质，经充分混合后充入采空区的工艺与技术。其特点是在矿山内部充分利用矿山废石，可以实现矿山采掘废石的减量排放或零排放。该技术能进一步促进矿山开采的可持续发展，有利于矿山实现安全、高效开采。

井下废石抛掷机方案废石尾砂充填相似模拟试验

技术优势
01 废石不出坑，井下采场原位充填
02 混料流程简易，充填质量可靠
03 充填成本低

采场充填体强度设计理论与方法

充填料浆被输送到井下空区，经过水化反应形成了充填体。然而，我国矿山充填水泥单耗普遍偏高，严重制约了充填采矿法的推广应用。采矿开采需要什么质量的充填体？如何帮助矿山以最低充填成本实现安全和高效的充填采矿并达到预期经济指标？矿山所充填技术团队基于充填料浆流动沉积固结硬化基础理论研究，形成了充填体强度设计、充填质量评价、充填体地压控制等关键核心技术，实现充填体安全稳定性与胶结充填成本的平衡，解决了国内几十家矿山企业充填体强度设计不合理、充填质量不稳定等的技术难题。

技术要点

（1）充填料浆流动沉积固结硬化基础理论，包括：料浆沉降离析机理；料浆固结理论及排水固化技术；采场充填体材料及力学性质评价。
（2）采场充填体强度设计与稳定性分析方法，包括：充填体拱应力计算方法；充填体功能作用评价及强度结构匹配方法；充填体强度结构设计标准化程序。
（3）充填质量评价理论与方法，包括：充填质量评价可靠性理论；采场充填体质量测试评价方法；充填体原位监测技术及应用。
（4）充填体地压控制理论与技术，包括：充填体隔离层力学作用机理；充填体对岩层移动控制作用评价；超大范围充填体与岩体整体力学效应及稳定性。

侧向和下向揭露充填体强度需求计算理论与方法

静/动三轴试验

技术优势
01 充填体物理力学性质系统测试与分析
02 匹配采矿功能要求的充填体强度设计
03 充填体功能结构和加固措施优化设计
04 基于充填体力学的连续采矿方案研究

高分段空场嗣后充填下行连续采矿方法

适宜细尾砂和高硫尾砂的充填胶凝材料

以常见工业固废为主要原料，研发出了适宜固结细尾砂和高硫尾砂的低成本充填胶凝材料，破解了硅酸盐水泥体系不适于胶结细尾砂和高硫尾砂的难题，充填技术团队攻克了细尾砂、高硫尾砂高效胶结机理，设计了不同于水泥体系的矿山专用胶凝材料，并可根据尾砂特性和矿山周边固废分布情况因地制宜定制配方，有效降低了充填成本。
技术优势
01 对细尾砂和高硫尾砂胶结效果优于水泥，可显著提高充填体质量
02 胶凝材料成本低于水泥，可有效降低充填成本
03 胶凝材料水化过程持久，可显著提高充填体长期强度
04 胶凝材料保水性好，可显著降低充填料浆离析

典型业绩

近年来，矿山所在矿山充填领域形成了“理论-技术-工程”研究服务一体化模式，服务于国内百余座矿山。累计获得国家及省部级科技成果奖励46项，其中国家科技进步二等奖2项、省部级科技奖42项，授权发明专利65项，发表论文482篇，出版专著3部，起草国家充填标准1部。拥有装备先进齐全的矿山充填技术与创新材料研发实验室及半工业试验基地。