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采礦技術方向

發布日期:2019-09-26  瀏覽次數:362
  摘要:本文總結了充填采礦的發展現狀歷程與成功應用的經驗,并且分析了國內外充填采礦的情況,對礦山充填采礦技術發展趨勢和所應解決關鍵技術問題進行了評述。最后得出在資源利用和環境保護協同并進的地下礦山,充填采礦技術必將得到優先發展。

  關鍵詞:充填采礦,資源利用,環境保護

  引言

  我國已進入礦產資源消耗的高峰期,而采礦業面臨深部巖爆、沖擊地壓等地質災害問題;地表下沉、塌陷等生態環境問題;生產能力、生產成本等技術經濟問題。由于大量工業廢水、廢料、廢氣的排放造成了自然生態環境的惡化,人們越來越認識到加強礦山環境保護和礦產資源綜合利用的重要性,迫切需要實現綠色采礦,而充填采礦工藝便是綠色采礦的主體支撐技術。

  一.我國充填采礦技術應用現狀

  我國的充填采礦技術經歷了廢石干式充填、分級尾砂水力充填、碎石水力充填、混凝土膠結充填、磨砂膠結充填、分級尾砂或天然砂充填、廢石膠結充填、全尾砂膠結充填、赤泥膠結充填和膏體充填的發展過程。但中國礦山數量多,開發與應用的充填工藝與技術類型多,尤其是近十余年來,在新的充填技術的研究開發和推廣應用方面均取得了長足的進步。綜合起來,中國的充填采礦技術發展大體分以下幾個階段。

  第一階段是20世紀50年代、60年代,均是以處理廢棄物為目的的廢石干式充填工藝。但廢石干式充填因其效率低、生產能力小和勞動強度大,滿足不了采礦工業的發展,國內干式充填采礦所占比重逐年下降,幾乎處于被淘汰的地位。

  第二階段是2O世紀70年代、80年代,開始應用尾砂膠結充填技術,由于非膠結充填體無自立能力,難以滿足采礦工藝高回采率和低貧化率的需要。所以在水砂充填工藝得以發展并推廣應用后,開始采用膠結充填技術。這一時期的細砂膠結充填料主要以尾砂、天然砂和棒磨砂等作為充填集料,膠結劑為水泥。

  第三階段是20世紀90年代以來,隨著采礦工業的迅速發展,原充填工藝已不能滿足回采工藝的要求和進一步降低采礦成本或環境保護的需要。因而發展了高濃度充填、膏體充填、廢石膠結充填和全尾砂膠結充填等技術新。

  二.國外充填采礦法的使用概況

  在國外充填法采礦技術應用較廣。20世紀80年代初,加拿大屬礦山地下開采礦山中,用充填法的比重為35%~40%;澳大利亞的地下有色金屬礦山多用充填法開采;瑞典的布利登有色金屬公司70%的礦山是用充填法開采的;蘇聯1981年地下有色金屬礦山充填法的比重為24.2%,1970年克里沃羅格礦區用充填法開采鐵礦僅占地下采出鐵礦石的0.8%,到1980年已達6.4%。日本金屬礦山使用充填法的比重亦是逐年上升的:1956年為24.5%,1967年35.2%,1970年為39%,1982年為43%。

  1.加拿大充填采礦技術的發展

  加拿大地下礦山充填技術從20世紀30年代開始,普遍采用沖擊砂作為充填料,到40年代末廣泛采用選廠沖積尾砂進行充填。50年代中期到末期,用尾砂膠結充填澆面作為扒礦底板,采用分層水砂充填代替勞動強度大且靈活性差的方框支架采礦法。1985~1991年,加拿大在充填材料、充填工藝方面的研究取得了很大的成就。加拿大礦山相繼采用塊石膠結充填、高濃度管道輸送充填、膏體充填等,不僅提高了礦山的綜合生產能力,降低了充填成本,而且改善了井下的生產環境。

  2.德國充填采礦技術

  德國在過去的幾年間,發展了不同的膠結充填采礦系統。其中比較典型的有:拉梅爾斯貝格礦,采用了下向分層膠結充填采礦法結合風力充填,回采了高品位的鉛鋅礦,采用碎石和高爐爐渣水泥的混合物作充填料。梅根鉛鋅礦,根據礦體各部位的情況不同,采用了不同的采礦方法,主要是分層充填法和巷道充填法回采脈狀鉛鋅礦,用帶式拋擲充填車輸送和拋放含水泥和飛灰的漿液塊石充填料。格隆德鉛鋅礦,在20世紀60年代至70年代初,該礦采用無底柱分段崩落法采礦,由于礦巖不穩固,采礦條件差,礦石損失和貧化大,故改用分段充填采礦法。

  3.南非充填采礦技術

  南非的許多礦山,在20世紀80年代初期開始應用膠結充填工藝,整個80年代是南非充填工藝發展最快時期,主要有廢石膠結充填、脫泥尾砂膠結充填等,并開始進行高濃度管道充填和膏體充填的研究和應用。目前,南非許多礦山的開采深度已經達到2135m以上,隨著淺水平礦石儲量的耗盡,可開采利用礦石儲量的深度不斷加大。進入深部開采階段,最大的問題就是控制地壓,防止和減少巖爆和巖層冒落等災害性事故的發生,膠結充填可以有效的實現對開采區域的巖層移動控制,并同時具有環境保護和提高礦石回收率的綜合功效。

  三、充填采礦的優勢

  1.減排功能

  充填采礦技術的作用和意義已遠遠超出了礦山開采的范疇。在世界上已經出現了少數典型的無廢料排棄的礦山。例如,德國格隆德鉛鋅礦利用浮選后的全尾砂和重選碎石制備膏體充填料回填下向充填進路,不再有尾礦排棄到尾礦庫。勿庸置疑,這類礦山開采的首先條件是能否將大量工業固體廢物回填到地下。大量處理工業固體廢料將是礦山今后設計優先考慮的重要任務,是解決礦區環境污染問題的最好方法。

  2.消除地表變形及下沉功能

  利用充填技術快速、有效地充填采空區,可以及時支撐采空區頂部巖層,阻止和抵抗圍巖進一步變形,防止大幅度的位移發生。通過充填可以快速形成新的工作面,為后續作業創造條件,縮短采充循環周期,提高采礦綜合生產能力。充填采礦技術可以有效地阻止巖層發生大規模移動,實現水體下、建筑物下采礦,同時保護了地表不遭破壞,維持原有的生態環境。

  3.低貧損開采功能和遠景資源保護功能

  充填采礦技術可以應用到水平礦體、緩傾斜礦體、急傾斜礦體、分枝復合礦體等各種復雜多變的礦體,特別是厚大礦體,將大幅度提高礦柱回收率和出礦品位,最大限度地回收礦石。充填采礦技術可以對某些需要優先開采下部或底盤富礦的礦山實現“采富保貧”而不會造成礦產資源的破壞和浪費。廢石、尾礦、廢碴仍含有當前技術不能回收的有用物質,置于地表難以長期保存,充填也是一種最為可靠的保護方式

  四.充填采礦發展存在的問題及改進措施

  從上面的原因可以看出,充填采礦法從某些方面代表了國內外礦山發展的趨勢,但是充填采礦的技術研究和應用方面還存在著某些問題,下面筆者對充填采礦發展提出一些粗淺的改進觀點,供研討。

  1.創造新型采礦工藝,保證充填質量

  充填采礦技術要結合礦山特點,礦床開采技術條件,發明或創造一些與其他采礦技術相結合的新型采礦法。對于緩傾斜極薄礦脈開采,可用礦巖分掘,廢石拋擲充填空區,即削壁充填和爆力運礦相結合的采礦法。對于厚大而礦巖較穩固的礦體,可用淺孔和中深孔空場采礦法開采,采后空區采用尾砂膠結、塊石膠結或高水材料充填,即階段連續回采快速充填工藝,既降低成本,又提高效率,也做到對采空區的合理處理。

  2.開發研制低成本、高強度的新型充填固化材料

  充填料的物理特性包含:孔隙率、濕度、容重、粒度、固體含量及其級配、滲水度、抗壓、抗剪力學強度、可壓縮性等。充填體的物理力學特征與許多因素有關,主要取決于骨料的成分及其結構,膠結材料的成分及其組成方式等,它直接影響充填體的強度和采場的穩定性,這是充填采空區必不可少的材料基本性能研究,因此各國都對此進行了深入研究。

  3.研制高效礦山充填設備和提高礦山充填自動控制化

  礦山充填系統的自動化程度的高低直接影響和制約礦山充填采礦技術的發展,但是由于國產的相關設備技術性能穩定性差,遏止了礦山充填技術的發展。所以必須加強研制高效濃密設備(如:高效濃密機、陶瓷過濾機、真空過濾機、盤式過濾機等),為高濃度全尾礦漿的制造提供有效保證,同時研究減少或消除充填設備磨損和腐蝕的方法。更重要的是要研制高濃度輸送設備,采用壓排設備輸送調節各段輸送壓力,防止輸送堵管現象。對于充填系統卸料濃度和物料流量的自動控制技術正常化,最為關鍵的是要研制和引進適合于礦山應用的自動化設備和儀表,建立真正意義上的自動控制系統,從而調節充填系統的全尾礦卸料、充填固化材料和清水等物流量來自動調節充填濃度。

  4.嚴格充填站管理制度,定期采樣、確保充填質量

  現代化的充填站都裝備有各種電子設備和機械設備,以利于生產所需的充填材料。這種充填站一般都是地表設施,設置在礦山選礦廠內或其附近,以利于選礦廠供應充填站制造充填料所需的組分。各充填站的設計一般都很相似,而且制造流程所需的各種設備,包括泵、閥、流量計、濃度計和膠結計量裝置,都已使用電子控制。就膠結劑材料和混合漿體濃度的劑量控制對保持充填料質量都是最重要的因素。

  結束語

  為保證我國礦產資源的正常需求,必須發展綠色采礦模式,無廢料采礦技術已納入我國中長期科技發展規劃,而礦山固體廢料充填采礦工藝是綠色采礦的主體支撐技術,無廢、少廢采礦工藝技術的創新及其技術的工程化集成配套,將成為我國礦山技術的主要發展方向。

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