（行業(yè)）膏體充填與尾礦處置技術(shù)研究進展NEW

1、提 綱1、超細全尾的概念與特征1.1 全尾礦與尾礦庫u銅：銅：0.87%；u鉛鉛+鋅：鋅：5%10%；u鎳：鎳：1%u露天：露天：3%-5%u全面法：全面法：4%-20%u充填法：充填法：3%-15%u崩落法：崩落法：8%-45%u共共(伴伴)生礦占生礦占總儲量總儲量80%；u共生礦回收率共生礦回收率50%-60% ；u伴生回收率為伴生回收率為40% 。 品位低品位低回收率低回收率低排放量大排放量大u現(xiàn)有尾礦總現(xiàn)有尾礦總量達量達80億億tu年排放尾礦年排放尾礦量達量達6億億t。地質(zhì)地質(zhì)采礦采礦選礦選礦尾礦尾礦損貧高損貧高云南武定德昌鈦礦廠尾礦庫云南武定德昌鈦礦廠尾礦庫2001.7.102001

2、.7.10云南省武定縣云南省武定縣7 7人死亡人死亡陜西鎮(zhèn)安黃金礦業(yè)尾礦庫陜西鎮(zhèn)安黃金礦業(yè)尾礦庫2006.4.302006.4.30陜西省商洛市陜西省商洛市1717人死亡人死亡遼寧海城鼎洋礦業(yè)有限公司選遼寧海城鼎洋礦業(yè)有限公司選礦廠礦廠5 5號尾礦庫號尾礦庫2007.11.252007.11.25遼寧省海城市遼寧省海城市1515人死亡，人死亡，2 2人失人失蹤，蹤，3838人受傷人受傷山西襄汾新塔礦業(yè)公司尾礦庫山西襄汾新塔礦業(yè)公司尾礦庫2008.9.82008.9.8山西省襄汾縣山西省襄汾縣276276人死亡人死亡1.1 全尾礦與尾礦庫尾礦庫現(xiàn)狀尾礦庫現(xiàn)狀尾礦庫是礦山尾礦庫是礦山最大危險源最大

3、危險源1.1 全尾砂與尾礦庫全國各類尾礦庫共全國各類尾礦庫共 12655 座，近座，近40%尾礦庫為非正常庫尾礦庫為非正常庫 ，如同懸在人們頭頂?shù)娜缤瑧以谌藗冾^頂?shù)摹把呷?，潰決的風(fēng)險極大堰塞湖，潰決的風(fēng)險極大u四川汶川震區(qū)內(nèi)尾礦庫全部垮壩，為災(zāi)區(qū)的恢復(fù)重建四川汶川震區(qū)內(nèi)尾礦庫全部垮壩，為災(zāi)區(qū)的恢復(fù)重建帶來極大的困難帶來極大的困難u平均粒徑小于；平均粒徑小于；u-800目大于目大于50%；u+200目小于目小于10%；u+400目小于目小于30%為了追求選礦回收率，磨尾細度越來越細，超細全尾處置面臨為了追求選礦回收率，磨尾細度越來越細，超細全尾處置面臨新的問題。新的問題。賦存條件復(fù)賦存條件復(fù)雜

4、，品位低雜，品位低磨礦磨礦目的礦物別離目的礦物別離提高回收率提高回收率1.2 超細全尾的定義及特征原原因因定定義義粒 徑 /小于某粒徑土粒含量/%超超細細全全尾尾的的特特征征u 超細全尾沉降速度慢，缺乏超細全尾沉降速度慢，缺乏分級必砂的分級必砂的1/10，濃密困難，濃密困難u 超細全尾滲透性差，是分級超細全尾滲透性差，是分級尾砂的尾砂的1/100，脫水困難，采，脫水困難，采場充填存在較大的平安隱患場充填存在較大的平安隱患u 尾礦孔隙水壓力大，固結(jié)強尾礦孔隙水壓力大，固結(jié)強度低，難以筑壩度低，難以筑壩浸潤線高帶來堤壩不平安浸潤線高帶來堤壩不平安超細全尾沉降速度慢超細全尾沉降速度慢超細全尾的定義及

5、特征初期壩浸潤線尾礦砂水力旋流器細粒尾礦超細全尾處置方式分類超超細細全全尾尾1.4 超細全尾處置演變的技術(shù)路線濕式直排濕式直排干式堆存干式堆存半干式堆存半干式堆存過濾機過濾機濃密機濃密機處置方式處置方式脫水設(shè)備脫水設(shè)備產(chǎn)品形態(tài)產(chǎn)品形態(tài)運輸方式運輸方式濾餅濾餅膏體膏體汽車皮汽車皮帶輸送機帶輸送機管道管道地地表表處處置置為了追求處理效率與能力，全尾處置產(chǎn)品從濾餅演變到膏體為了追求處理效率與能力，全尾處置產(chǎn)品從濾餅演變到膏體使超細全尾處置發(fā)生了根本性變革使超細全尾處置發(fā)生了根本性變革1.5 超細全尾充填演變的技術(shù)路線優(yōu)點優(yōu)點超細全尾膏體充填技術(shù)成為重中之重超細全尾膏體充填技術(shù)成為重中之重2、全尾充填

6、與處置技術(shù)現(xiàn)狀上游法上游法筑壩方法：尾礦庫最常見的筑壩方法是上升壩筑壩方法：尾礦庫最常見的筑壩方法是上升壩 包括上游法、下游法和中線法三種。包括上游法、下游法和中線法三種。定義：子壩中心線位置不定義：子壩中心線位置不斷向初期壩上游斷向初期壩上游方向移升，壩體方向移升，壩體由流動的礦漿逐由流動的礦漿逐漸沉積而成。漸沉積而成。缺點：浸潤線位置高，壩缺點：浸潤線位置高，壩體穩(wěn)定性較差。體穩(wěn)定性較差。優(yōu)點：工藝簡單，管理方優(yōu)點：工藝簡單，管理方便，本錢較低，便，本錢較低，應(yīng)用廣泛。應(yīng)用廣泛。 地表直接排放尾礦庫下游法下游法定義：定義：子壩中心線位置不斷向子壩中心線位置不斷向初期壩下游方向移升。初期壩下

7、游方向移升。優(yōu)點：優(yōu)點：壩體尾礦顆粒粗，滲透壩體尾礦顆粒粗，滲透性能好，壩體穩(wěn)定性較性能好，壩體穩(wěn)定性較高。高。缺點：缺點：管理復(fù)雜，只適合于粒管理復(fù)雜，只適合于粒度較粗的尾礦。度較粗的尾礦。 地表直接排放尾礦庫中線法中線法定義：定義：壩頂中心線位置始終不壩頂中心線位置始終不變，壩體垂直向上不斷變，壩體垂直向上不斷升高。升高。特點：特點：尾礦壩均采用了內(nèi)部不尾礦壩均采用了內(nèi)部不透水帶和排水帶，以減透水帶和排水帶，以減輕對壩體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的輕對壩體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的不良影響。不良影響。優(yōu)缺點：優(yōu)缺點：介于上游法與下游介于上游法與下游法之間，其應(yīng)用范圍逐法之間，其應(yīng)用范圍逐漸增大漸增大 地表直接排放尾礦庫

8、三種三種傳統(tǒng)傳統(tǒng)濕排濕排方式方式的優(yōu)的優(yōu)缺點缺點筑壩筑壩方法方法尾礦尾礦要求要求蓄水適應(yīng)蓄水適應(yīng)性性抗震抗震性性升高速度升高速度限制限制筑壩成筑壩成本本上上游游法法全尾砂至少全尾砂至少40%60%的尾礦砂的尾礦砂不適合大量不適合大量蓄水蓄水差差510m/a低低下下游游法法適用于任意適用于任意類型尾礦類型尾礦好好好好沒限制沒限制高高中中線線法法尾礦砂或低尾礦砂或低塑性尾礦泥塑性尾礦泥在適當?shù)脑O(shè)在適當?shù)脑O(shè)計下可臨時計下可臨時蓄積洪水蓄積洪水一般一般沒限制沒限制中中地表直接排放尾礦庫u排放濃度低于排放濃度低于30%u消耗大量的水消耗大量的水中線法的應(yīng)用比例最低，但是未來尾礦濕法排放的開展方向中線法的

9、應(yīng)用比例最低，但是未來尾礦濕法排放的開展方向 地表直接排放尾礦庫排放排放濃度濃度按照尾砂的利用方法和利用率，可將充填分為分級尾砂充填和按照尾砂的利用方法和利用率，可將充填分為分級尾砂充填和全尾砂充填兩大類。全尾砂充填兩大類。2.2 井下充填尾尾砂砂充充填填分級尾砂分級尾砂水砂充填水砂充填膠結(jié)充填膠結(jié)充填全尾砂全尾砂高濃度膠高濃度膠結(jié)充填結(jié)充填輸送濃度輸送濃度65%尾砂利用率尾砂利用率50%輸送濃度輸送濃度75%尾砂利用率尾砂利用率90100%根據(jù)充填體在不同部位以及充填體的作用，充填體分為根據(jù)充填體在不同部位以及充填體的作用，充填體分為三大類，要求不同的充填類型才能滿足技術(shù)要求。三大類，要求不

10、同的充填類型才能滿足技術(shù)要求。2.2 井下充填質(zhì)量質(zhì)量分類分類強度強度/MPa充填體作用充填體作用充填體充填體位置位置充填類型充填類型高強高強度度 45保證假頂作用下保證假頂作用下的人員安全的人員安全人工底人工底柱或假柱或假頂頂全尾高濃度膠結(jié)充填全尾高濃度膠結(jié)充填添加粗骨料的膠結(jié)充填添加粗骨料的膠結(jié)充填分級尾砂膠結(jié)充填分級尾砂膠結(jié)充填中強中強度度12設(shè)備正常行走設(shè)備正常行走充填體充填體表面表面全尾高濃度膠結(jié)充填全尾高濃度膠結(jié)充填分級尾砂膠結(jié)充填分級尾砂膠結(jié)充填低強低強度度00.5相鄰進路回采時相鄰進路回采時充填體不垮塌充填體不垮塌其它其它分級尾砂普通膠結(jié)充填分級尾砂普通膠結(jié)充填水砂充填水砂充填

11、充填體質(zhì)量分類充填體質(zhì)量分類分級尾砂充填分級尾砂充填水砂充填中，重要的是物料的滲透系數(shù)，必須超過水砂充填中，重要的是物料的滲透系數(shù)，必須超過10cm/h10cm/h膠結(jié)充填中，重要的是料漿凝結(jié)速度與充填體強度膠結(jié)充填中，重要的是料漿凝結(jié)速度與充填體強度分級尾砂充填是比較成熟的充填工藝，并逐漸退出歷史舞臺分級尾砂充填是比較成熟的充填工藝，并逐漸退出歷史舞臺2.2 井下充填1) 1) 尾砂量不夠；尾砂量不夠；2) 2) 超細尾砂仍需筑壩，且難度增大；超細尾砂仍需筑壩，且難度增大；3) 3) 水泥離析，充填體強度不均，造成水泥浪費水泥離析，充填體強度不均，造成水泥浪費4) 4) 采場需要大量脫水，污

12、染環(huán)境。采場需要大量脫水，污染環(huán)境。四大四大問題問題全尾砂高濃度膠結(jié)充填全尾砂高濃度膠結(jié)充填2.2 井下充填采用常規(guī)的充填設(shè)備與設(shè)施制備出高濃度全尾砂料漿采用常規(guī)的充填設(shè)備與設(shè)施制備出高濃度全尾砂料漿立式砂倉造漿系統(tǒng)尾砂濃度不穩(wěn)定料漿停留時間短，影響到攪拌的均勻程度限制濃度的進一步提高重力自流輸送系統(tǒng)立式攪拌桶制漿系統(tǒng)3.全尾充填與處置新技術(shù)膏體充填概念膏體充填概念具有良好穩(wěn)定性、流動性和可塑性的牙膏狀膠結(jié)體，在重力具有良好穩(wěn)定性、流動性和可塑性的牙膏狀膠結(jié)體，在重力或外加力作用下以柱塞流的形態(tài)輸送到采空區(qū)或外加力作用下以柱塞流的形態(tài)輸送到采空區(qū). .膏體在管道中停留數(shù)小時不沉淀、膏體在管道中

13、停留數(shù)小時不沉淀、 不分層、不離析不分層、不離析膏體在重力或外力作用下能夠在采膏體在重力或外力作用下能夠在采場或管道內(nèi)順利流動場或管道內(nèi)順利流動膏體在輸送過程中盡管其形狀發(fā)生膏體在輸送過程中盡管其形狀發(fā)生了變化，但其結(jié)構(gòu)根本保持不變了變化，但其結(jié)構(gòu)根本保持不變穩(wěn)定性穩(wěn)定性流動性流動性可塑性可塑性3.1 膏體充填3.1 膏體充填膏體膏體組成組成全尾砂水膠結(jié)材料粗骨料改性材料全尾砂水膠結(jié)材料粗骨料改性材料n 膠結(jié)材料：普通硅酸鹽水泥，礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅膠結(jié)材料：普通硅酸鹽水泥，礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、鋼渣水泥、全砂土膠固材料酸鹽水泥、鋼渣水泥、全砂土膠固材料n 粗骨料：冶煉水淬

14、渣、棒磨砂、廢石等粗骨料：冶煉水淬渣、棒磨砂、廢石等n 改性材料：粉煤灰、早強劑、減水劑、減阻劑等改性材料：粉煤灰、早強劑、減水劑、減阻劑等細粒級膏體細粒級膏體粗粒級膏體粗粒級膏體改性膏體改性膏體膏體充填概念膏體充填概念3.1 膏體充填膏膏體體充充填填工工藝藝二段連續(xù)攪拌二段連續(xù)攪拌混合時間長混合時間長改善均勻性改善均勻性攪拌速度慢攪拌速度慢降低磨損性降低磨損性高流量大揚程高流量大揚程柱塞泵送柱塞泵送鉆孔鉆孔/ /管道管道/ /采場采場添加泵送劑添加泵送劑全尾濃密全尾濃密膏體制備膏體制備膏體輸送膏體輸送3.1 膏體充填以過濾設(shè)備為核心的多段脫水方式濃密濃密方式方式以深錐濃密機為核心的一段脫水方

15、式壓濾機壓濾機快速脫水濃縮是膏體充填工藝成功應(yīng)用的前提快速脫水濃縮是膏體充填工藝成功應(yīng)用的前提深錐濃密機深錐濃密機全尾砂漿濃密方式全尾砂漿濃密方式3.1 膏體充填多段脫水工藝多段脫水工藝全尾全尾砂漿砂漿普通濃密機普通濃密機高效濃密機高效濃密機立式砂倉立式砂倉帶式過濾機帶式過濾機真空過濾機真空過濾機框板壓濾機框板壓濾機濾濾餅餅5%30%50%65%80%90%u工藝復(fù)雜，可靠性差工藝復(fù)雜，可靠性差u能耗大，運營本錢高，能耗大，運營本錢高，u設(shè)備多，投資大設(shè)備多，投資大u處理能力小處理能力小u濃度調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)多，先脫水后加水濃度調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)多，先脫水后加水存在的問題存在的問題濾餅技術(shù)是為精礦處理而研制的專

16、用技術(shù)，用于尾礦處理濾餅技術(shù)是為精礦處理而研制的專用技術(shù)，用于尾礦處理具有許多局限性具有許多局限性一段脫水工藝一段脫水工藝3.1 膏體充填選廠尾砂漿直接進入深錐濃密機中進行濃縮脫水。選廠尾砂漿直接進入深錐濃密機中進行濃縮脫水。工藝簡單，只一段脫水；工藝簡單，只一段脫水；底流濃度大，底流濃度大，76%84%；回水質(zhì)量高；回水質(zhì)量高；對設(shè)備操作要求極為嚴格對設(shè)備操作要求極為嚴格深錐濃密技術(shù)是處理超細全尾的專用技術(shù)，具有良好的開深錐濃密技術(shù)是處理超細全尾的專用技術(shù)，具有良好的開展前景。展前景。深深錐錐濃濃密密機機理理濃濃度度越越向向下下越越高高立柱的作用是在運動過程中打破壓密層顆立柱的作用是在運動過

17、程中打破壓密層顆粒與水之間的靜力平衡，為水的向上排出粒與水之間的靜力平衡，為水的向上排出提供通道。提供通道。錐部濃度分布示意錐部濃度分布示意顆顆粒粒間間距距越越向向下下越越小小全尾砂借助絮凝作用快速沉降至錐部，進行壓密脫水全尾砂借助絮凝作用快速沉降至錐部，進行壓密脫水3.1 膏體充填3.1 膏體充填膏體攪拌工藝膏體攪拌工藝使所有物料混合均勻，實現(xiàn)流態(tài)化，為管道輸送提供條件使所有物料混合均勻，實現(xiàn)流態(tài)化，為管道輸送提供條件制備制備方式方式p立式高速活化攪拌混合立式高速活化攪拌混合p臥式多級連續(xù)攪拌混合臥式多級連續(xù)攪拌混合p立式臥式串聯(lián)制備立式臥式串聯(lián)制備膏體輸送工藝膏體輸送工藝3.1 膏體充填膏

18、體輸送方法膏體輸送方法自流輸送：自流輸送：利用垂直管段膏體提供的勢能來克服整個管線內(nèi)的阻力泵壓輸送：泵壓輸送：利用泵壓克服管道阻力)(LHiH)(LHirHPLHLH隨著開采深度的不斷延伸，為自流輸送提供了有利條件，隨著開采深度的不斷延伸，為自流輸送提供了有利條件，自流輸送是膏體充填的開展方向自流輸送是膏體充填的開展方向3.1 膏體充填膏膏體體輸輸送送理理論論流核區(qū)的厚度半徑：流核區(qū)的厚度半徑：ir002膏體存在流核結(jié)構(gòu)，這是是膏體輸送特性之一。膏體存在流核結(jié)構(gòu)，這是是膏體輸送特性之一。r01010010000.51.01.52.02.53.0表觀粘度(Pa.s)時間(s) 73% 75% 7

19、7% 79%低濃度時，輕微剪切變稠；低濃度時，輕微剪切變稠；高濃度時，明顯剪切變稀。高濃度時，明顯剪切變稀。10100100005101520253035404550表觀粘度(Pa.s)時間(s) 1 5 40 80 120低剪切速率時，輕微剪切變稠；低剪切速率時，輕微剪切變稠；高剪切速率時，明顯剪切變稀。高剪切速率時，明顯剪切變稀。尾礦經(jīng)過脫水處理后產(chǎn)出的一種高濃度尾礦經(jīng)過脫水處理后產(chǎn)出的一種高濃度/ /膏體尾礦砂形成非膏體尾礦砂形成非飽和致密穩(wěn)固的尾礦堆。飽和致密穩(wěn)固的尾礦堆。 尾礦膏體排放尾礦堆存尾礦堆存新西蘭尾礦干堆效果圖新西蘭尾礦干堆效果圖尾礦堆存尾礦堆存干式：干式：濾餅的形式濾餅的

20、形式汽車、皮帶運輸汽車、皮帶運輸半干式：半干式：膏體的形式膏體的形式管道輸送管道輸送開展趨勢開展趨勢工藝更簡單工藝更簡單本錢更經(jīng)濟本錢更經(jīng)濟 尾礦膏體排放u尾礦高效濃密尾礦高效濃密u尾礦管道輸送尾礦管道輸送u尾礦快速蒸發(fā)尾礦快速蒸發(fā)u 蒸發(fā)量大于降水量的枯燥條件；蒸發(fā)量大于降水量的枯燥條件；u 尾砂細度足以形成可堆積的膏體而尾砂細度足以形成可堆積的膏體而不需要使用太多的絮凝劑；不需要使用太多的絮凝劑；u 堆積場大、較平，可借助陽光快速堆積場大、較平，可借助陽光快速枯燥?？菰?。技技術(shù)術(shù)關(guān)關(guān)鍵鍵適適用用條條件件 尾礦膏體排放尾礦堆存方式分類尾礦堆存方式分類膏體尾礦膏體尾礦濃縮尾礦濃縮尾礦尾礦漿尾礦

21、漿濕濾餅濕濾餅干濾餅干濾餅p 水資源消耗大水資源消耗大p 滲流狀況取決于庫型滲流狀況取決于庫型p 需要建壩需要建壩p 運行費用低運行費用低p 環(huán)境影響大環(huán)境影響大p 水資源消耗小水資源消耗小p 無滲流無滲流p 建壩費用低建壩費用低p 運行費用高運行費用高p 建壩費用低建壩費用低p 運行費用低運行費用低p 環(huán)境影響小環(huán)境影響小p 滲流量小滲流量小 尾礦膏體排放尾礦膏體排放技術(shù)尾礦膏體排放技術(shù)傳統(tǒng)尾礦直排技術(shù)傳統(tǒng)尾礦直排技術(shù)優(yōu)點優(yōu)點(1)(1)環(huán)保效益突出環(huán)保效益突出(2)(2)節(jié)約大量生產(chǎn)用水節(jié)約大量生產(chǎn)用水, ,確保地處確保地處干旱地區(qū)礦山正常生產(chǎn)干旱地區(qū)礦山正常生產(chǎn)(3)(3)有利于回收尾礦

22、廢水中所含有利于回收尾礦廢水中所含金屬金屬(4)(4)節(jié)約大量的藥劑消耗節(jié)約大量的藥劑消耗(1)(1)傳統(tǒng)工藝風(fēng)險小傳統(tǒng)工藝風(fēng)險小(2)(2)生產(chǎn)運營成本低生產(chǎn)運營成本低(3)(3)建設(shè)周期短建設(shè)周期短, ,可使企業(yè)早可使企業(yè)早投產(chǎn)、早見效投產(chǎn)、早見效(4)(4)基建投資少基建投資少缺點缺點(1)(1)早期設(shè)備投資較多早期設(shè)備投資較多(2)(2)生產(chǎn)運營成本較高生產(chǎn)運營成本較高(1) (1) 易造成尾礦跑冒易造成尾礦跑冒, ,將直將直接危害下游居民接危害下游居民(2) (2) 有害物質(zhì)滲透到地下有害物質(zhì)滲透到地下, ,污染地下水資源污染地下水資源(3)(3)易出現(xiàn)易出現(xiàn)尾礦壩坍塌事件尾礦壩坍塌

23、事件(4)(4)占地面積大占地面積大尾礦膏體排放與尾礦直排技術(shù)比照尾礦膏體排放與尾礦直排技術(shù)比照 尾礦膏體排放4、工程實例4.1 膏體充填國內(nèi)外應(yīng)用概況國家礦山采礦方法充填材料灰砂比或水泥耗量輸送方式充填濃度輸送能力美國美國幸運星期五礦幸運星期五礦下向分層充填下向分層充填全尾砂全尾砂6%-10%水泥水泥 泵送泵送82%125t/h霍姆斯特克金礦霍姆斯特克金礦 VCR嗣后充填嗣后充填廢石、尾砂廢石、尾砂1:20加拿加拿大大克萊頓礦克萊頓礦深孔空場采礦法深孔空場采礦法分級尾砂、爐渣、分級尾砂、爐渣、生石灰生石灰10-30:1自流自流70%-72%南非南非庫克庫克-3號礦號礦房柱法房柱法尾砂膏體尾砂

24、膏體30-40Kg/m3泵送泵送100m3/h德國德國格隆德鉛鋅礦格隆德鉛鋅礦下向分層進路式下向分層進路式膠結(jié)充填膠結(jié)充填全尾砂、重介質(zhì)全尾砂、重介質(zhì)分級尾砂分級尾砂6%水泥水泥泵送泵送75%-88%30m3/h澳大澳大利亞利亞芒特艾薩礦芒特艾薩礦分段空場嗣后充分段空場嗣后充填法填法塊石膠結(jié)塊石膠結(jié)1%水泥水泥皮帶皮帶15*105m3/a坎寧頓礦坎寧頓礦全尾砂全尾砂2%-4%水泥水泥自流自流79%158t/hu 80年代中期，膏體充填技術(shù)迅速在美國、加拿大、澳大利亞、年代中期，膏體充填技術(shù)迅速在美國、加拿大、澳大利亞、南非等許多國家得到應(yīng)用。南非等許多國家得到應(yīng)用。u 尾礦膏體處置成為國際研究

25、前沿，已經(jīng)召開了尾礦膏體處置成為國際研究前沿，已經(jīng)召開了13屆關(guān)于膏體屆關(guān)于膏體與尾礦濃密技術(shù)的國際學(xué)術(shù)會議。與尾礦濃密技術(shù)的國際學(xué)術(shù)會議。礦山采礦方法充填類型灰砂比或水泥耗量輸送方式充填濃度輸送能力金川公司金川公司下向進路式下向進路式棒磨砂膏體棒磨砂膏體220kg/m3泵送泵送7779% 7080m3/h銅錄山銅錄山上向進路式上向進路式碎石膏體碎石膏體180kg/m3泵送泵送8486% 4050m3/h馳宏公司馳宏公司上向進路式上向進路式水淬渣膏體水淬渣膏體1：8自流自流80%4060m3/h冬瓜山冬瓜山階段嗣后充填階段嗣后充填全尾高濃度全尾高濃度1：8自流自流7276% 80120m3/h

26、孫村煤礦孫村煤礦長壁后退式綜長壁后退式綜采采煤法采采煤法煤矸石膏體煤矸石膏體1：19泵送泵送7275% 100120m3/h張馬屯張馬屯階段嗣后充填階段嗣后充填全尾高濃度全尾高濃度109.5kg/m3自流自流60%50m3/h4.1 膏體充填國內(nèi)外應(yīng)用概況u 中國膏體充填技術(shù)研究緊隨其后，目前已經(jīng)在金屬礦、煤中國膏體充填技術(shù)研究緊隨其后，目前已經(jīng)在金屬礦、煤礦、鐵礦與鋁工業(yè)上開始應(yīng)用研究。礦、鐵礦與鋁工業(yè)上開始應(yīng)用研究。u 大多處于工業(yè)試驗階段，商業(yè)化生產(chǎn)較少，主要在關(guān)鍵技大多處于工業(yè)試驗階段，商業(yè)化生產(chǎn)較少，主要在關(guān)鍵技術(shù)、主要設(shè)備、監(jiān)測技術(shù)方面受到制約。術(shù)、主要設(shè)備、監(jiān)測技術(shù)方面受到制約。

27、開開采采特特點點 水：該礦為含水巖脈，每天從地下開采區(qū)抽出水：該礦為含水巖脈，每天從地下開采區(qū)抽出的用水量約為的用水量約為9800m3。 深：庫克深：庫克3號礦井的深度為號礦井的深度為1373m，目前回采，目前回采深度到達地表以下深度到達地表以下800m。 地層構(gòu)造復(fù)雜：地層構(gòu)造復(fù)雜： 1由地殼隆起造成的張斷層由地殼隆起造成的張斷層 2由裂縫網(wǎng)造成的局部褶皺由裂縫網(wǎng)造成的局部褶皺 庫克庫克3號礦井是南非蘭德方丹集團采金公司所屬的庫克礦號礦井是南非蘭德方丹集團采金公司所屬的庫克礦區(qū)的主力礦山，采用房柱法開采，采場采用膏體充填。區(qū)的主力礦山，采用房柱法開采，采場采用膏體充填。4.2 Eldorad

28、o 集團 Cook3號礦膏體充填充充填填材材料料配配比比l尾礦中含有較高的硫酸鹽，影響到尾礦中含有較高的硫酸鹽，影響到后期強度。后期強度。l粉煤灰延緩了充填混合料的水化期，粉煤灰延緩了充填混合料的水化期，養(yǎng)護期長達養(yǎng)護期長達12d12d。l充填料的顆粒很細，水的滲濾或排充填料的顆粒很細，水的滲濾或排泄緩慢。泄緩慢。l充填料漿粘度很高，不宜泵送。充填料漿粘度很高，不宜泵送?，F(xiàn)今配比：現(xiàn)今配比：95%的尾砂的尾砂4.5%的磨細粒的磨細?；癄t渣化爐渣0.5%的活化劑的活化劑初期配比：初期配比：7%的粉煤灰的粉煤灰3%的水泥的水泥90%尾砂尾砂l(fā) 實現(xiàn)了無水泥充填實現(xiàn)了無水泥充填l 地表取樣的充填體強

29、度地表取樣的充填體強度28d28d到到達達l 井下充填體強度比地表高井下充填體強度比地表高1 1倍倍4.2 Eldorado 集團 Cook3號礦膏體充填 地表地表地下地下充填工藝流程4.2 Eldorado 集團 Cook3號礦膏體充填充填充填效果效果該礦井每天的最大充填量為該礦井每天的最大充填量為1500m3。充填量逐月上升，。充填量逐月上升，充填本錢逐月下降。充填本錢逐月下降。4.2 Eldorado 集團 Cook3號礦膏體充填月月月月月月月月月月月月月月計 劃 和 實 際 投 放 的 充 填 料計 劃實 際投 放 的 充 填 料 m ()月月月月月月月月月月月月月月實 際計 劃.00

30、.00.00投 放 1 充 填 料 的 費 用 （ 蘭 特 ）100#1844中段1934中段124#911巷道礦山廠主回風(fēng)井通風(fēng)井2143米斜井2053米1#豎井2538米1331中段探礦斜井2#豎井38#62#1261中段水倉1451中段1511中段911巷道14#坑口12#坑口15#坑口D122-1114-1126-2126-1118-110 -C98-1106-1110-2102-1E10 -D98-2110-1D134-1134-21331126112111331126114511511二號豎井豎號一井E126-3水水深深碎碎難難開開采采特特點點4.3 云南某礦山膏體充填實例礦山積存

31、了礦山積存了60多萬多萬t的選礦尾砂和的選礦尾砂和100多萬多萬t的煉的煉鉛淬渣，而且每年地表尾砂和水淬渣積存量以鉛淬渣，而且每年地表尾砂和水淬渣積存量以2530萬萬t的速度激增。的速度激增。礦區(qū)屬于長江上游水土保持和環(huán)境保護區(qū)，工業(yè)礦區(qū)屬于長江上游水土保持和環(huán)境保護區(qū)，工業(yè)廢物排放和堆存受到嚴格限制廢物排放和堆存受到嚴格限制受礦區(qū)地形的限制，尾礦庫和水淬渣場已無法擴受礦區(qū)地形的限制，尾礦庫和水淬渣場已無法擴容容全尾產(chǎn)率僅全尾產(chǎn)率僅30%，無法滿足充填需求。，無法滿足充填需求。應(yīng)應(yīng)用用前前提提條條件件4.3 云南某礦山膏體充填實例圖5-1充填物料粒級組成曲線圖充填骨料（75：25）水淬渣全尾砂

32、（累計百分率粒徑（ ）膏體物料的根本物理性能參數(shù)膏體物料的根本物理性能參數(shù)項目項目比重比重容重容重(t/m(t/m3 3) )孔隙率孔隙率(%)(%)比表面積比表面積(m(m2 2/m/m3 3) )水泥水泥3.13.11.31.358.0658.06582000582000全尾砂全尾砂2.712.711.881.8834.3534.35902000902000水淬渣水淬渣2.592.591.181.1854.4454.44全尾砂的比外表積幾全尾砂的比外表積幾乎是水泥的乎是水泥的2 2倍。全倍。全尾砂粒級超細，水泥尾砂粒級超細，水泥已經(jīng)難以裹住全尾砂。已經(jīng)難以裹住全尾砂。采用普通膠結(jié)充填時采用

33、普通膠結(jié)充填時其凝結(jié)性能較差其凝結(jié)性能較差 膏體料漿中細粒含膏體料漿中細粒含量量(-20m)己到達己到達57.95%，幾乎沒有，幾乎沒有40450m的骨料，的骨料，這種骨料級配是極不這種骨料級配是極不合理的。合理的。物物料料根根本本屬屬性性4.3 云南某礦山膏體充填實例一個核心一個核心深錐濃密機深錐濃密機三大系統(tǒng)三大系統(tǒng)尾砂漿脫水濃縮系統(tǒng)尾砂漿脫水濃縮系統(tǒng)膏體攪拌制備系統(tǒng)膏體攪拌制備系統(tǒng)膏體泵送輸送系統(tǒng)膏體泵送輸送系統(tǒng)一大特色一大特色DCSDCS集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)核核心心與與特特色色4.3 云南某礦山膏體充填實例u 絮凝沉降絮凝沉降u 中心傳動耙架中心傳動耙架u 底流循環(huán)底流循環(huán)u溢流清

34、澈溢流清澈u底流濃度達底流濃度達72%78%全全尾尾濃濃密密系系統(tǒng)統(tǒng)4.3 云南某礦山膏體充填實例深錐濃密機深錐濃密機u 水泥控制與計量水泥控制與計量u 全尾控制與計量全尾控制與計量u 水淬渣控制與計量水淬渣控制與計量u 二段連續(xù)攪拌二段連續(xù)攪拌u 膏體均質(zhì)不離析膏體均質(zhì)不離析u 膏體濃度達膏體濃度達78%80%膏膏體體制制備備系系統(tǒng)統(tǒng)4.3 云南某礦山膏體充填實例制備系統(tǒng)制備系統(tǒng)活塞泵送系統(tǒng)活塞泵送系統(tǒng)12MPa12MPa二段鉆孔長度二段鉆孔長度485m485m和和302m302m最大輸送距離最大輸送距離4117m4117m 充填倍線充填倍線3以下可自流輸送以下可自流輸送 鉆孔磨損嚴重鉆孔磨

35、損嚴重膏膏體體輸輸送送系系統(tǒng)統(tǒng)4.3 云南某礦山膏體充填實例膏體輸送系統(tǒng)膏體輸送系統(tǒng)u 所有物料流量由計算機精確所有物料流量由計算機精確控制控制u 所有設(shè)備通過系統(tǒng)的設(shè)置參所有設(shè)備通過系統(tǒng)的設(shè)置參數(shù)來控制其開關(guān)和運行狀態(tài)數(shù)來控制其開關(guān)和運行狀態(tài)u 操作人員數(shù)量下降操作人員數(shù)量下降u 物料配制精確提高物料配制精確提高計計算算機機控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)4.3 云南某礦山膏體充填實例DCS集散控制集散控制序號序號指標名稱指標名稱單位單位數(shù)量數(shù)量1充填能力充填能力M3/h602充填濃度充填濃度%78813水泥單耗水泥單耗Kg/m32054絮凝劑單耗絮凝劑單耗g/m3205水水t/m31.166電電Kwh/m

36、36.677充填體成本充填體成本元元/m3171.68年充填量年充填量萬萬m314.19年回水量年回水量萬萬m31510年用水量年用水量萬萬m31.811采礦損失率采礦損失率%312采礦貧化率采礦貧化率%8 膏體充填應(yīng)用成功的膏體充填應(yīng)用成功的關(guān)鍵在于大大簡化了關(guān)鍵在于大大簡化了工藝流程。工藝流程。 采用深錐濃密機進行采用深錐濃密機進行一段濃密脫水，在地一段濃密脫水，在地表進行水泥干式添加表進行水泥干式添加工藝，采用工藝，采用2025cm的大塌度膏體物料進的大塌度膏體物料進行充填，降低了膏體行充填，降低了膏體充填工藝的實際運用充填工藝的實際運用難度。難度。 膏體充填濃度到達膏體充填濃度到達78

37、81%，最大日充填，最大日充填1264 m3，月均充填能，月均充填能力也到達力也到達11000 m3。生生產(chǎn)產(chǎn)實實踐踐效效果果4.3 云南某礦山膏體充填實例4.4 尾礦堆存國內(nèi)外概況國外尾礦堆存概況國外尾礦堆存概況u 加拿大的加拿大的RobinskyRobinsky于于19731973年首次提出年首次提出“高濃度排放高濃度排放概念，但真正地在全世界范圍內(nèi)推廣應(yīng)用是在概念，但真正地在全世界范圍內(nèi)推廣應(yīng)用是在19901990年年之后之后u 國外比較成熟的做法是國外比較成熟的做法是, ,首先將礦漿壓縮成濾餅首先將礦漿壓縮成濾餅, ,再加再加水調(diào)整至適宜的輸送濃度水調(diào)整至適宜的輸送濃度u 堆場排放方式

38、主要以中央濃縮排放為主堆場排放方式主要以中央濃縮排放為主, ,也有四周排放也有四周排放與山谷排放方式與山谷排放方式4.4 尾礦堆存國內(nèi)外概況The Kidd Greek Mine/銅鋅銅鋅1973干燥后干燥后80.4%中心濃縮排放（中心濃縮排放（CTDCTD）The Alcan Vaudreuil /鋁土鋁土1987干燥前干燥前50%干燥后干燥后65%8080年代中期完成傳統(tǒng)赤泥濕年代中期完成傳統(tǒng)赤泥濕排向干堆的改造排向干堆的改造The Falconbrige Strathcona1998極冷環(huán)境下的濃縮尾礦的生極冷環(huán)境下的濃縮尾礦的生產(chǎn)和沉積產(chǎn)和沉積 Aloca/鋁鋁198547%-51%干

39、燥后干燥后70%使用從鋁工業(yè)發(fā)展而來的干使用從鋁工業(yè)發(fā)展而來的干堆技術(shù)堆技術(shù)The Peak Mine/金銅金銅199255%-62%CTDCTDThe Osborne Mine/銅金銅金199672%-74%邊坡角邊坡角4%4%The Century Zinc Mine/鋅鋅199952%-58%下山谷排放模式下山谷排放模式(DVD)(DVD)The Sunrise Dam Gold Mine/金金2003-CTDCTD技術(shù)技術(shù), ,邊坡角邊坡角1.5%-2%1.5%-2%國內(nèi)尾礦堆存概況國內(nèi)尾礦堆存概況國內(nèi)開始使用尾礦堆存始于國內(nèi)開始使用尾礦堆存始于2020世紀世紀9090年代，主要用于黃

40、金尾礦年代，主要用于黃金尾礦和鋁礦赤泥的處理。和鋁礦赤泥的處理。礦山礦山投入年份投入年份濾餅濃度濾餅濃度工藝流程工藝流程歸來莊金礦歸來莊金礦199322%-23%尾礦壓濾尾礦壓濾皮帶運輸皮帶運輸堆場堆存堆場堆存柴胡欄子金礦柴胡欄子金礦199417%-18%排山樓金礦排山樓金礦199720%溝谷型：溝谷型：中國鋁業(yè)河南分公司赤泥堆場、中州分公司燒結(jié)法中國鋁業(yè)河南分公司赤泥堆場、中州分公司燒結(jié)法赤赤 泥堆場泥堆場平地高臺型：山西分公司濕法赤泥堆場、廣西分公司干法赤平地高臺型：山西分公司濕法赤泥堆場、廣西分公司干法赤泥堆場泥堆場人工凹地型：山東分公司第二赤泥堆場人工凹地型：山東分公司第二赤泥堆場4.

41、4 尾礦堆存國內(nèi)外概況p 首次采用干法輸送、干法堆存技術(shù)的赤泥堆場首次采用干法輸送、干法堆存技術(shù)的赤泥堆場p 堆場占地堆場占地45hm45hm2 2，共分為，共分為5 5個庫區(qū)個庫區(qū)p 至至20032003年，最高赤泥堆積高度達年，最高赤泥堆積高度達20m20m，累計堆存赤泥，累計堆存赤泥650650萬萬t t，使用堆場庫容使用堆場庫容400400萬萬m m3 3赤泥堆場剖面示意圖赤泥堆場剖面示意圖4.5 某鋁廠地表膏體排放實例排水層排水層防滲層防滲層排水管排水管溢流管溢流管（逐層加高）（逐層加高）分期子壩分期子壩堆存赤泥堆存赤泥土石基層土石基層項目項目濕容重濕容重/g.cm-3干容重干容重/

42、g.cm-3空隙比空隙比飽和度飽和度/%壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)/MPa塑性指塑性指數(shù)數(shù)/%赤泥粒級較細，赤泥粒級較細，屬中等壓縮性土，具有飽和的粉質(zhì)粘土的某些特性屬中等壓縮性土，具有飽和的粉質(zhì)粘土的某些特性堆場赤泥根本性質(zhì)表堆場赤泥根本性質(zhì)表級級配配曲曲線線粒徑小于的含量為粒徑小于的含量為74%74%，屬于細粒尾礦。屬于細粒尾礦。粒徑（)4.5 某鋁廠地表膏體排放實例堆場運行情況堆場運行情況堆場內(nèi)各庫區(qū)輪流進行均堆場內(nèi)各庫區(qū)輪流進行均衡布料，每層排放厚度控衡布料，每層排放厚度控制在制在40cm40cm左右，實現(xiàn)四周左右，實現(xiàn)四周向中央排放方式向中央排放方式現(xiàn)現(xiàn)場場赤赤泥泥排排放放赤泥赤泥布料布料赤泥

43、赤泥枯燥枯燥枯燥到含水量枯燥到含水量3030可視為可視為一個枯燥周期，然后排放一個枯燥周期，然后排放第二層赤泥。第二層赤泥。排排放放一一層層赤赤泥泥4.5 某鋁廠地表膏體排放實例枯枯燥燥程程度度的的檢檢測測及及分分析析取取樣樣孔孔布布置置各庫區(qū)赤泥平均含水量各庫區(qū)赤泥平均含水量庫庫庫庫庫 含水量不僅表征著堆場含水量不僅表征著堆場赤泥枯燥程度，也是衡赤泥枯燥程度，也是衡量堆場穩(wěn)定性的重要指量堆場穩(wěn)定性的重要指標。標。 飽和度是指孔隙水與空飽和度是指孔隙水與空隙體積之比隙體積之比4.5 某鋁廠地表膏體排放實例枯枯燥燥程程度度的的檢檢測測及及分分析析 一般認為，赤泥含水量應(yīng)隨深度的增加而逐漸降低。一

44、般認為，赤泥含水量應(yīng)隨深度的增加而逐漸降低。但從檢測結(jié)果看，其趨勢并不明顯。但從檢測結(jié)果看，其趨勢并不明顯。01020304050123456789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20取樣深度取樣深度h/mh/m含含水水率率w w/ /% %1 1號孔號孔2 2號孔號孔3 3號孔號孔1-31-3號取樣孔取樣深度和含水率關(guān)系圖號取樣孔取樣深度和含水率關(guān)系圖赤泥含水量在赤泥含水量在30%-40%30%-40%波動，波動，其原因主要是赤泥細度、其原因主要是赤泥細度、表層結(jié)殼和水分下滲表層結(jié)殼和水分下滲4.5 某鋁廠地表膏體排放實例堆堆場場裂裂紋紋 赤泥經(jīng)過脫水、析水、枯

45、燥硬化，堆場表層赤泥由赤泥經(jīng)過脫水、析水、枯燥硬化，堆場表層赤泥由流塑狀態(tài)變?yōu)橛菜軤顟B(tài)，形成結(jié)構(gòu)強度流塑狀態(tài)變?yōu)橛菜軤顟B(tài)，形成結(jié)構(gòu)強度 赤泥由于蒸發(fā)、附液的別離、下滲等而逐漸干固，赤泥由于蒸發(fā)、附液的別離、下滲等而逐漸干固，堆場外表會開始出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象堆場外表會開始出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象開裂開裂發(fā)育發(fā)育延伸延伸破裂破裂被翻曬破壞被翻曬破壞被赤泥覆蓋被赤泥覆蓋重新開裂重新開裂成成因因 沉降縫沉降縫 干縮縫干縮縫 溫度縫溫度縫 可溶鹽溶解可溶鹽溶解4.5 某鋁廠地表膏體排放實例實實施施效效果果p 按照目前的運行模式，堆積體在最終堆積高度到達按照目前的運行模式，堆積體在最終堆積高度到達50-60m50-60m的

46、使用年限內(nèi)，仍然保證其邊坡穩(wěn)定性；的使用年限內(nèi)，仍然保證其邊坡穩(wěn)定性；p 堆場赤泥枯燥到含水量堆場赤泥枯燥到含水量35%35%以下時，可以視為一個枯以下時，可以視為一個枯燥周期完成；燥周期完成；p 隨著赤泥層厚度的增加，到達底部排水層的赤泥附隨著赤泥層厚度的增加，到達底部排水層的赤泥附液將逐漸減少，逐步演變?yōu)榻档投汛骟w水頭的平安液將逐漸減少，逐步演變?yōu)榻档投汛骟w水頭的平安措施；措施；p 堆場枯燥以迅速排除外表集水和蒸發(fā)枯燥為主，其堆場枯燥以迅速排除外表集水和蒸發(fā)枯燥為主，其曬面積是制約赤泥枯燥的重要因素。曬面積是制約赤泥枯燥的重要因素。4.5 某鋁廠地表膏體排放實例4.6 秘魯COBRIZA

47、MINE膏體排放實例工程背景工程背景座落在山區(qū)，海拔座落在山區(qū)，海拔23002300以上；以上； 此前的尾礦處置是將其直接排入當此前的尾礦處置是將其直接排入當?shù)睾恿?，由于環(huán)境原因必須進行改造，地河流，由于環(huán)境原因必須進行改造，但地形不允許傳統(tǒng)濕排。但地形不允許傳統(tǒng)濕排。 如不及時改造，將造成如不及時改造，將造成75007500人失業(yè)；人失業(yè)； 全年氣候枯燥，年降水量全年氣候枯燥，年降水量63mm63mm，溫，溫度度12-3112-31，蒸發(fā)量大；，蒸發(fā)量大；選廠與尾礦庫的距離較大。選廠與尾礦庫的距離較大。CobrizaCobriza工廠概貌工廠概貌由此決定了由此決定了CobrizaCobriz

48、a礦山向膏體排放的模式進行改造礦山向膏體排放的模式進行改造在一個處理量為在一個處理量為30t/d的小深錐的小深錐中模擬進行，經(jīng)過中模擬進行，經(jīng)過30天的連續(xù)運天的連續(xù)運行，結(jié)果說明能連續(xù)獲得濃度為行，結(jié)果說明能連續(xù)獲得濃度為76%以上的不離析尾礦，且深錐以上的不離析尾礦，且深錐底流塌落度為底流塌落度為。深深錐錐試試驗驗塌塌落落度度測測量量流流槽槽示示意意圖圖流槽試驗用來預(yù)測和反響自流槽試驗用來預(yù)測和反響自然沉積時可能出現(xiàn)的沉積角，然沉積時可能出現(xiàn)的沉積角，一般在一般在110%左右。左右。流流槽槽試試驗驗4.6 秘魯COBRIZA MINE膏體排放實例工藝流工藝流程特點程特點4.6 秘魯COBR

49、IZA MINE膏體排放實例u分級尾礦用于充填，微細粒用于膏體堆存分級尾礦用于充填，微細粒用于膏體堆存u深錐濃密后直接向尾礦庫排放深錐濃密后直接向尾礦庫排放u均采用泵壓輸送均采用泵壓輸送運行運行情況情況 經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試和運行，深錐到達經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試和運行，深錐到達330t/d330t/d的處的處理量，底流經(jīng)柱塞高壓泵送到沉積點，經(jīng)過固結(jié)理量，底流經(jīng)柱塞高壓泵送到沉積點，經(jīng)過固結(jié)和蒸發(fā)枯燥，能到達穩(wěn)定性的要求。和蒸發(fā)枯燥，能到達穩(wěn)定性的要求。14m 14m 深錐濃縮機深錐濃縮機尾礦池一年的沉積尾礦池一年的沉積 膏體排放到沉積點膏體排放到沉積點4.6 秘魯COBRIZA MINE膏體排放實例u 單層沉積最少需要單層沉積最少需要3天能出現(xiàn)蒸發(fā)裂紋天能出現(xiàn)蒸發(fā)裂紋u 厚層沉積產(chǎn)生深厚層沉積產(chǎn)生深/寬的蒸發(fā)裂紋，較之薄層的淺寬的蒸發(fā)裂紋，較之薄層的淺/窄裂紋，窄裂紋，它更容易使水滲入，產(chǎn)生滲流。它更容易使水滲入，產(chǎn)生滲流。新的薄層沉積流能覆蓋和密封蒸發(fā)裂紋新的薄層沉積流能覆蓋和密封蒸發(fā)裂紋厚層沉積裂紋厚層沉積裂紋沉積在厚層上沉積在厚層上的薄層裂紋的薄層裂紋實施效果實施效果4.6 秘魯COBRIZA MINE膏體排放實例影響與效益影響與效益CobrizaCobri