矿山充填技术回顾、现状及发展课件

矿山充填技术回顾、现状及发展孙恒虎教授清华大学建筑设计研究院UniversityofthePacific,USA2013年5月27日1矿山充填技术回顾、现状及发展孙恒虎教授1充填技术与绿色开采感想本课题组矿山充填技术研发工作的回顾本课题组目前矿山充填技术进展现状汇报提纲

高水速凝材料充填技术全尾砂固结充填技术凝石似膏体充填技术结语与展望2充填技术与绿色开采感想本课题组矿山充填技术研发工作的回顾本课俄罗斯煤矿地表塌陷（Berezniki）TVAKingston粉煤灰溃坝山铝赤泥坝铁尾矿库俄罗斯煤矿地表塌陷（Berezniki）TVAKingst3一、充填技术与绿色开采感想1992年澳大利亚国际充填采矿大会大会总结报告指出：中国将是未来矿业的源泉“Chinawillbethesourceoffutureminingbackfill”2011年，在我们完成的美国能源部项目-煤基固废资源化利用结题验收会上，专家认为“矿山充填是解决矿山绿色开采的重要途径”

本人认为：由长沙矿山研究院为主组织的“中国充填采矿技术与装备大会”对绿色矿山采矿技术发展意义重大!什么叫绿色开采？一种行之有效的矿山充填技术应是矿山绿色开采的主流技术！4一、充填技术与绿色开采感想1992年澳大利亚国际充填采矿大会二、本课题组矿山充填技术研发工作的回顾

高水速凝材料固结充填技术1

全尾砂固结充填技术2

凝石似膏体充填技术3三个阶段5二、本课题组矿山充填技术研发工作的回顾高水速凝材料固结充高水速凝充填材料（高水材料）

90%水+10%固体材料(体积百分比)浆料A(90%体积水)浆料B(90%体积水)混合高水材料充填系统采场充填30分钟后整体固化，不脱水高水速凝材料固结充填技术16高水速凝充填材料（高水材料）90%水+10%固体高水速凝充填现场实例高水速凝材料固结充填技术1高水速凝充填现场实例高水速凝材料固结充填技术17地下采矿充填高水速凝材料固结充填技术1地下采矿充填高水速凝材料固结充填技术18高水速凝材料固结充填技术1

铝钒土原料紧缺，成本偏高；两种料浆匹配操作易失控；耐久性问题。存在问题：9高水速凝材料固结充填技术1铝钒土原料紧缺，成本偏高；存胶凝材料制备：以工业废渣(矿渣)为主要原料，加入适量的天然矿物及化学添加剂，像制造水泥一样，经配料、磨细、均化等工艺制备成充填胶凝材料;

胶凝材料特点：对含粘土量高的砂土及工业垃圾（如矿山尾砂）具有很强的固结能力，因此特别适合固结全尾砂用于矿山充填;

使用效果：实现全尾砂充填，其充填浓度范围65-75%，流动性好，易于泵送和自流输送，充填效率高，井下几乎不需脱水即可凝结成固体，充填体早期强度高，采矿周期短，井下作业环境好，综合充填成本低。

全尾砂固结充填技术2胶凝材料制备：以工业废渣(矿渣)为主要原料，加入适量的天然10

全尾砂固结充填技术2地面充填站全尾砂固结充填技术2地面充填站11

INCO镍矿采场充填作业过程

INCO镍矿充填24小时后的效果

全尾砂固结充填技术2INCO镍矿采场充填作业过程INCO镍矿充填12尾矿细粒级含量和养护温度、时间对充填体抗压强度的影响细粒级(%)抗压强度/MPa12℃养护20℃养护25℃养护30℃养护1d7d28d1d7d28d1d7d28d1d7d28d00.10.220.40.100.340.480.20.460.520.220.530.6100.120.30.480.140.641.020.230.640.860.240.720.72150.150.340.520.200.681.080.260.720.920.260.840.80200.150.320.560.160.801.120.300.761.00.300.900.92250.120.30.600.190.821.120.250.760.940.260.821.02300.10.260.640.180.641.00.240.760.880.30.941.20350.10.240.620.200.741.100.160.720.880.30.921.10400.10.220.620.140.661.00.160.720.880.240.941.08450.10.20.580.160.700.940.180.720.820.220.861.12尾矿细粒级含量和养护温度、时间对充填体抗压强度的影响细粒级抗13凝石—硅铝基绿色水泥:利用地壳上最为丰富的原材料，包括大量的固体废弃物；由多种天然矿物组成的“成岩剂”；“仿地成岩”；

环境友好，低能耗；新型绿色水泥混凝土。

凝石似膏体充填技术3凝石—硅铝基绿色水泥:凝石似膏体充填技术314凝石似膏体充填工艺系统图细粒级固废细粒级固废固体废物3-5%凝石充填系统加水凝石似膏体充填料浆采场充填粗粒级固废

凝石似膏体充填技术3凝石似膏体充填工艺系统图细粒级固废细粒级固废固体废物3-5%15胶凝剂惰性材料细粒级养护温度料浆浓度化学特性强度流动度脱水量充填成本“六因素”与“四目标”优化控制关系

凝石似膏体充填技术3胶凝剂惰性材料细粒级养护温度料浆浓度化学特性强度流动度脱水量16胶凝材料--凝石用量：3-5%

；泵送充填料浆浓度：72-78%；固废（包括矿山尾矿，煤燃烧废弃物等）占充填材料的比例：95-97%；养护时间：1-7天可控，不需井下脱水；

充填体早期强度高，采充循环周期短。凝石似膏体充填特点：

凝石似膏体充填技术3胶凝材料--凝石用量：3-5%；凝石似膏体充填特点：17不同骨料制备的充填体的抗压强度/MPa浓度充填骨料龄期（天）普通水泥凝石70%焦家金矿分级尾砂30.060.2270.10.36280.20.7焦家金矿全尾砂30.060.3470.120.74280.221.175%焦家金矿分级尾砂30.080.2970.140.4280.220.8焦家金矿全尾砂30.060.3470.120.74280.221.1680%中砂(含土10%)30.020.570.121.01280.21.6细砂(含土10%)30.10.7270.161.12280.241.8备注胶凝材料含量为3%，养护温度20℃，中砂的细度模数为2.9，细砂的细度模数为1.66。不同骨料制备的充填体的抗压强度/MPa浓度充填骨料龄期（天18ProgressReportofDOEProjectResearchandDevelopmentofaNewSilica-AluminaBasedCementitiousMaterialLargelyUsingCoalRefuseforMineBackfill,MineSealingandWasteDisposalStabilizationProjectPI:Dr.HenghuSunPacificResourcesResearchCenterSchoolofEngineeringandComputerScienceUniversityofthePacificMay11,2011U.S.DEPARTMENTOFENERGY

RawmaterialsOn-sitecollectionatcoalmineofArchCoalInc.WestVirginia美国能源部：煤基固废制备硅铝基胶凝材料及充填材料研究ProgressReportofDOEProject19EquipmentandLabSet-upMultifunctionRoomCuringRoomStorageRoomLab102Lab104Lab106LayoutandUsageofthePRRCLabLAB102LAB104MultifunctionRoomCuringRoomLAB106StorageRoomEquipmentandLabSet-upMulti20应邀到白宫与美国政府官员及专家座谈放上清晰照片May1st,2009应邀到白宫与美国政府官员及专家座谈放上清晰照片May1st21Groundflyash+CoarseflyashGroundflyash+CoalrefuseActivatedmaterialAggregateCementBlastfurnaceslagFGDGypsumBackfillmaterialABBackfillmaterialAcouldbealsousedasControlledLowStrengthMaterial(CompressivestrengthofControlledlowstrengthmaterialislessthan8.27MPa).2.BackfillmaterialBisanexcellentmaterialforminingbackfillandwastestabilization.DOE3Day7Day28Day90DayPulpDensityBindercontentA10.400.981.713.1773%3%A21.662.063.935.0375%5%B0.420.671.402.7573%3%ExistingTechnologyTotaltailing0.340.741.16-75%3%BackfillMaterialDevelopmentCompressivestrengthofbackfillbody/(Mpa)Note:Totaltailingbackfillisthestateofarttechnologyinminingbackfill.AllthesamplesinAandBinthistestmeetwiththeflowabilityrequirement(200-300mm)Groundflyash+CoarseflyashG22凝泰克充填技术—凝泰克A(一种高膨胀性新型高水材料)凝泰克A使用工艺示意图技术特点：料水比可高达2-10倍；甲、乙两种浆液混合前可长达20多小时不凝固、不结底，混合后很快发生反应，1-30分钟内完成初凝；早期强度高，增长速度快。三、本课题组目前矿山充填技术进展现状23凝泰克充填技术—凝泰克A(一种高膨胀性新型高水材料)凝泰克A正在输送液浆图

已做好的密闭墙凝泰克充填技术—凝泰克A凝泰克A特性：分为加固、充填、密闭和堵漏型；膨胀倍数高（可达5倍）、充填用量小、经济适用性好；阻燃、无毒、无害、无腐蚀、泵送性能好。正在输送液浆图24充填技术应是绿色开采的主流技术，是集材料装备工艺于一体的系统化集成技术，需同行们携手共进，共创未来！本课题组在清华大学建筑设计研究院绿色建材与循环经济研究中心直接指导下，在国内组成了由北京清山怡和新材料技术开发有限公司、北京科技大学和河北筑盛建材科技有限公司的紧密合作团队，正在研发一种能够适合矿山绿色充填开采的新一代矿山充填技术-凝泰克GH;在绿色水泥和充填技术相结合的基础上，相关技术的应用范围已不仅局限于矿山充填，还在道路工程、水利工程、市政建设、环境修复、荒漠化改造及其它重要工程上已得到了广泛的应用。四、结语与展望四、结语与展望25本课题组已在美国、加拿大、南非、葡萄牙、哥伦比亚、越南等开展了国际化工作；本团队也竭诚探索与各位专家和同行的合作之路，以期为我国矿山的绿色开采做出贡献！26本课题组已在美国、加拿大、南非、葡萄牙、哥伦比亚、越南等开展五、相关著作、论文、专利与奖励著作5本、发表论文150余篇、授权专利13项相关专著27五、相关著作、论文、专利与奖励著作5本、发表论文150余篇、

近期论文[1]Early-agecharacteristicsofredmud-coalganguecementitiousmaterial.JournalofHazardousMaterial,

2009,167:927-932[2]Sialitetechnology—sustainablealternativetoPortlandcement.CleanTechnologiesandEnvironmentalPolicy,2009,12(5):503-516[3]Studyonmicrostructureandmechanicalpropertyofinter-facialtransitionzonebetweenlimestoneaggregateandSialitepaste.

ConstructionandBuildingMaterials,2009,23(11):3393-3397[4]InnovativemethodologyforcomprehensiveutilizationofironoretailingsPart1:Therecoveryofironfromironoretailingsusingmagneticseparationaftermagnetizingroasting.JournalofHazardousMaterials,2010,173(1-3):71-77[5]InnovativemethodologyforcomprehensiveutilizationofironoretailingsPart2:Theresiduesafterironrecoveryfromironoretailingstopreparecementitiousmaterial.JournalofHazardousMaterials,2010,174(1-3):78-83[6]Investigationontheactivationofcoalganguebyanewcompoundmethod.JournalofHazardousMaterials,2010,179(1-3):515-520[7]Areview:Thecomparisonbetweenalkali-activatedslag(Si+Ca)andmetakaolin(Si+Al)cements.

CementandConcreteResearch,2010,40:1341-1349[8]Thecompositionofflyashglassphaseanditsdissolutionpropertiesapplyingtogeopolymericmaterials.JournaloftheAmericanCeramicSociety,2011,94(6):1773-1778近期论文[1]Early-agecharacteris28

近期论文[9]Pozzolanicbehaviourofcompound-activatedredmud-coalganguemixture.CementandConcreteResearch,2011,41(3):270-278[10]Evaluationofblendsbauxite-calcination-methodredmudwithotherindustrialwastesasacementitiousmaterial:Propertiesandhydrationcharacteristics.JournalofHazardousMaterials,2011,185(1):329-335[11]Structuralinvestigationrelatingtothecementitiousactivityofbauxiteresidue–redmud.CementandConcreteResearch,2011,41:847-853[12]Anovelsilicaalumina-basedbackfillmaterialcomposedofcoalrefuseandflyash.JournalofHazardousMaterials,2012,213-214:71-82[13]Characterizationofanewsilicaalumina-basedbackfillmaterialutilizinglargequantitiesofcoalcombustionbyproducts.Fuel,2012,97:329-336[14]Durabilityandleachinganalysisofacementitiousmaterialcomposedofhighvolumecoalcombustionbyproducts.ConstructionandBuildingMaterials,2012,36:97-103[15]Performanceandmicroanalysisofcementasphaltmortarwithadmixtureofcoalflyash.JournalofMaterialScienceResearch,2012,01(2):193-206[16]Improvementsonpozzolanicreactivityofcoalrefusebythermalactivation.Environment&Pollution,2012,01(2):33-38近期论文[9]Pozzolanicbehaviour29

相关专利序号专利名称专利号1Sialitebinarywetcement,itsprepareationmethodandusagemethodPCT/CN2003/0011102Heat

added

to

underground

cemented

fill

to

obtain

both

early

and

long

term

strength

increasesUS6428107B13Systematic

method

for

making

shotcreteand

the

like

cementitious

and

such

compositionsUS59617124High

pulp

density

fast

setting

and

high

early

strength

backfill

method

and

materialCA/98/003785一种以油页岩废渣为主要原料的凝石胶凝材料的制备方法ZL200810247563.56惰性硅铝质物料的热液蚀变预处理工艺ZL200810224502.77似膏体充填用的胶凝材料、料浆及其制备充填工艺ZL03100286.28凝石二元化湿水泥及其生产包装存放运输使用及应用方法ZL02158190.89全砂土固结充填材料、生产及使用方法ZL99106222.110高水固化材料及其使用方法ZL90103141.011金属矿山高水材料胶结充填工艺ZL91103829.9相关专利序号专利名称专利号1Sialitebinary30

相关科技奖励序号获奖项目获奖等级获奖年份1岩空留巷机械化构筑护巷带技术国家“八五”攻关奖1996年2矿山高水速凝充填材料及充填新工艺国家科技进步三等奖1997年3全尾砂速凝固化充填新工艺试验研究国家黄金局一等奖1992年4煤矿长壁式开采沿空留巷岩层控制理论及高水材料巷旁充填技术的研究国家教委二等奖1993年5高水固化材料应用于巷旁泵充填沿空留巷技术的研究煤炭部科技进步二等奖1993年6全尾砂速凝固化胶结充填新工艺山东省科技进步三等奖1993年7高水速凝充填材料研究北京市科技进步一等奖1995年8金属矿山高水材料胶结充填工艺北京市科技进步一等奖1999年9膏体似膏体充填模式的研究应用煤炭部科学技术二等奖2008年10凝石二元化湿水泥及其用途北京市发明专利二等奖2009年相关科技奖励序号获奖项目获奖等级获奖年份1岩空留31参考文献周爱民，中国充填技术概述.第八届国际充填采矿会议论文集.2004年9月.pp1-7.缪协兴,钱鸣高.中国煤炭资源绿色开采研究现状与展望.采矿与安全工程学报，2009，26(1):1-14.许家林，轩大洋，朱卫兵.充填采矿技术现状与展望.2011,11(3):24-30.冯光明，丁玉，朱红菊，等．矿用超高水充填材料及其结构的实验研究．中国矿业大学学报，2010,39(6):813-819．孙恒虎,刘文永,黄玉诚,等.高水固结充填采矿.北京：机械工业出版社，1998.孙恒虎.高水速凝材料及其应用.徐州：中国矿业大学出版社，1994.孙恒虎，赵炳利，沿空留巷的理论与实践.北京:煤炭工业出版社，1993Sun,H.H.,Li,S.Q.,Astudyonthehigh-watermaterial--anewmaterial.Proceedings