金属矿山充填采矿技术应用研究进展

冶金焦化 2022年10月12日 1672浏览

作者

郭利杰 1,2，刘光生 1,2*，马青海 1,2，陈鑫政 1,2

工作单位

1.矿冶科技集团有限公司，北京 100160；

2.国家金属矿绿色开采国际联合研究中心，100160

摘要

地下金属矿山固废充填开采技术是实现矿业低碳绿色开发的重要途径，矿山充填不仅可以实现最大限度的回采矿产资源，而且可以实现矿业固废的环保处置。本文系统回顾了金属矿山充填采矿方法的发展历程，从金属矿山高效率规模化充填采矿、连续充填开采和如何降低充填采矿成本三个方面介绍了最新的技术应用研究进展。首先系统梳理了金属矿山充填工艺的演变发展脉络，总结了涵盖矿山固废充填料浆制备、充填料浆管道输送、充填采场封闭和采场尾砂料浆脱水等全流程充填工艺技术的应用进展和发展趋势。然后研究分析了尾砂充填体非均质特性和尾砂料浆固结力学特性的演化发展机制，并对比分析了传统的采场充填体强度需求解析方法与改进的胶结充填体强度需求计算-设计方法，进而介绍了井下采场充填体质量原位监测与分析评价方法。基于上述研究进展综述，得出矿山充填采矿方法变革是实现高效率、规模化、低成本充填采矿的核心要素，矿山全流程充填工艺创新是稳定制备与使用高质量充填料浆的必要举措，深入研究采场充填体力学作用机理问题是确保充填采矿技术安全、绿色、经济、便捷应用的本质要求。最后阐明了充填采矿领域未来应重点关注的研究方向，指出加快发展绿色低碳充填新技术、新材料与新装备是助推金属矿山充填转型发展的动力引擎。

部分图表

房/柱采场竖向交错布置的阶段间连续开采方法

阶段空场嗣后充填采矿法

金属矿山充填采矿技术应用研究进展的图4

充填采矿法的产能、效率和成本统计线

金属矿山充填采矿技术应用研究进展的图5

Avoca 采矿法示意图

金属矿山充填采矿技术应用研究进展的图6

典型有色冶金渣化学成分分布

金属矿山充填采矿技术应用研究进展的图7

金属矿山充填工艺

金属矿山充填采矿技术应用研究进展的图8

立式砂仓风水两级分时绕壁造浆工艺

金属矿山充填采矿技术应用研究进展的图9

基于选矿流程的尾矿优选组合高浓度充填工艺

金属矿山充填采矿技术应用研究进展的图10

组合式膏体制备工艺

金属矿山充填采矿技术应用研究进展的图11

充填管道监测与预警技术

金属矿山充填采矿技术应用研究进展的图12

充填挡墙类型

金属矿山充填采矿技术应用研究进展的图13

重力脱水设施

金属矿山充填采矿技术应用研究进展的图14

两步骤阶段空场嗣后充填法中充填体与围岩空间关系及其强度解析模型示意图

金属矿山充填采矿技术应用研究进展的图15

模拟采场环境的胶结充填体宏微观力学试验、

金属矿山充填采矿技术应用研究进展的图16

采场胶结充填体原位力学性能监测

结论与展望

（1）充填采矿法是实现金属矿绿色开采发展的重要载体，先进的充填采矿理论与技术创新是促进矿产资源高效回采与最小环境影响的关键核心，也是降低矿山采充成本的必由之路。

（2）大规模高效率智能化连续充填采矿是未来金属矿地下开采技术的重要发展方向，大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿技术是实现厚大矿体大规模高效开采的手段，下行式高分段连续充填采矿工艺是实现破碎矿体高效安全回采的变革工艺，也是替代分层/进路充填采矿的创新技术。

（3）矿山充填工艺是金属矿充填采矿技术的核心要素，充填系统充填料浆质量浓度的稳定性比充填浓度本身的高低更重要，稳定可靠简单的工艺流程比复杂的自动化控制更有效，应加大矿山充填工艺创新。

（4）高效低成本充填创新产品是助推金属矿山充填转型发展的动力引擎。国家应大力发展绿色低碳充填新技术、新材料与新装备，譬如研发 250m3/h 以上的超大能力尾矿膏体充填系统，推广应用矿渣胶凝材料替代普通硅酸盐水泥，使用金属构件装配式充填挡墙替代传统的混凝土挡墙等。

（5）金属矿山胶结充填体物理力学基础参数测试方法及标准不统一，实验室强度与井下采场充填体原位强度关联模型尚未建立。应重点发展科学统一的充填体力学测试方法、构建与采场原位充填体相匹配的强度模型，同时深入研究不同约束条件的充填体力学与岩体相互作用模式及相关力学模型，为矿山充填设计提供科学参考依据。

（6）目前，我国金属矿山充填采矿技术方面的国家标准覆盖范围不全，仍存在许多方面缺少标准或指标未细化、量化等问题。建议国家相关部门加快健全完善金属矿山充填采矿技术标准体系，以实现用先进的标准引领矿山充填行业技术发展。

引用格式

郭利杰，刘光生，马青海，陈鑫政．金属矿山充填采矿技术应用研究进展 [J/OL]．煤炭学报. https://doi.org/10.13225/j.cnki.jccs.2022.0720

来源：煤基固废绿色充填

采矿

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