充填技术与装备应用和研究现状及未来发展趋势.ppt

张 钦 礼 中南大学资源与安全工程学院，教授、博导 湖南中大设计院有限公司冶金综合设计所，所长 2013年06月29日，西宁 充填技术与装备应用和 研究现状及未来发展趋势 交流主要内容 4.充填技术未来发展趋势 3.充填采矿方法应用与研究现状 2.充填设备应用现状 1.充填技术应用与研究现状 中南大学 1 1、充填技术应用与研究现状 中南大学 n 1.1 充填技术应用背景 n 1.2 充填法优势（作用） n 1.3 充填技术发展历程 n 1.4 充填采矿法应用现状 n 1.5 充填材料应用现状 n 1.6 充填技术应用现状 n 1.7 充填技术研究现状 1.1、充填技术应术应 用背景 中南大学 浅地表矿产资矿产资 源逐渐渐开采枯竭 采深剧剧增使开采环环境更加严严峻 众多矿矿床的开采条件复杂杂多变变 “三下” 和城镇镇附近的矿矿床众多 大量开采废废料地表堆积污积污 染严严重 政府对环对环 境保护护要求越来越高 中南大学 1.1、充填技术应术应 用背景 空场采矿法空场采矿法 留设设大量永久矿矿 柱,资资源损损失大 崩落采矿法崩落采矿法 地表塌陷、灾害 和环环境破坏严严重 充填采矿法充填采矿法 资资源回采率高， 贫贫化率低，环环境 友好。 中南大学 1.2、充填法优势优势 （作用） 支护护岩层层，控制地压压活动动，保护护地表地 物 改善矿矿柱受力状态态，最大限度回收资资源 保证证安全回采有内因火灾危险险的高硫矿矿 床 控制深井开采岩爆，降低深部地温 保证证露天和地下联联合开采的安全生产产 处处理固体废废料，保护护地表环环境 中南大学 1.3、充填技术发术发 展历历程 上世纪纪50年代以前，废废石干式充填； 60年代开始采用水砂充填 ； 70年代开始发发展细细砂胶结结充填技术术 ； 8090年代全尾砂充填、废废石胶结结充填、高水 充填等； 21世纪纪，膏体充填 废废石干式充填 水砂充填 胶结结充填 以水泥作为为胶结结材料的胶结结充填新型的胶凝材料的胶结结充填 尾砂胶结结充填 块块石胶结结充填 全尾砂胶结结充填 膏体泵泵送充填 高水胶结结充填 全砂土胶结结充填 赤泥胶结结充填 中南大学 中南大学 1.4、充填采矿矿法应应用现现状 有色金属矿山充填法成为主要采矿方法； 铁矿应用比重越来越大； 煤矿应用势头强劲，推进力度大于金属矿； 化工矿山（磷矿、硫铁矿等）应用比重逐渐加大； 建材矿山也开始涉足 传 统 上 不 用 充 填 法 中南大学 1.5、充填材料应应用现现状 类别类别充填骨料胶凝材料改性材料 名称 废废石、卵石、碎石、河 砂、戈璧集料、粘土、 重介质质尾砂、全粒细细尾 砂、分级级尾砂、水淬炉 渣、山砂、人造砂等 水泥、磨细细的高炉矿矿渣、 磨细细的炼铜炼铜 炉渣、磨细细 的烧烧粘土、生石灰、熟石 灰、石膏、粉煤灰、磁黄 铁矿铁矿 、硫化矿矿物等 水、絮凝剂剂、 速凝剂剂、缓缓凝 剂剂、减水剂剂、 早强剂剂等。 1.6、充填技术应术应 用现现状 中南大学 1.6.1、干式充填 因其效率低、生产能力小和劳动强度大，已不 能满足“三强”（强采、强出、强充）采矿生产的需 要。因而，使用比重逐年下降，到1963年在有色矿 山担负的产量仅占0.7%，处于被淘汰的地位。 部分矿山使用的掘进废石不出窿充填也属于干 式充填范畴，但多与细沙胶结充填配合使用。 中南大学 1.6.2、水砂充填 1-采石场；2-充填料破碎站；3-砂仓；4-注砂室； 5-充填井；6-充填管；7-供水管；8-储水池； 9-排水管；10-水泵房；1l-密闭泥仓；12-压气排泥罐；13-中央沉淀池； 14-副井；15-充填钻孔；16-选厂；17-主井 输送浆体的质 量浓度低，用水量 大，水与砂的充填 体的体积比为1.54 ，增大了矿井的供 水能力和排水能力 ，还需增加主要巷 道水沟横断面积。 充填体无自立能力 ，需留设矿柱，接 顶效果差，已较少 采用。 中南大学 1.6.3、细细砂胶结结充填 由于非胶结充填体无自立能力，难以满足采矿工艺高回 采率和低贫化率的需要，20世纪70年代，中国开始开发和应 用细砂胶结充填技术。细砂胶结充填多采用管道自流输送方 式。 细砂包括：尾砂、棒磨砂、天然砂、其他粒径小于 35mm的骨料，如磷石膏、破碎煤矸石、粉煤灰等。 中南大学 1.6.3、细细砂胶结结充填 分级尾砂充填 分级 尾砂 充填 的材 料特 性与 工艺 参数 充填骨料 : 分级粗尾砂或-3mm的细粒充填材料。 胶凝材料: 水泥、磨细的矿渣、粉煤灰、高水材料 、全水胶固材料。 料浆流态特性 : 固液两相流。 料浆流速范围: 2.53.8m/s。 料浆质量浓度:158327.3全套大型无轨自行设备。 康家湾矿区沿走向布置325015133.0 wjd-1.5型电动铲 运机， 7655型和ysp-45型凿岩机， 人工装药。 红透山铜矿沿走向布置60130180520190 斗容为2m3铲运机，ysp-45 型凿岩机，人工装药。 金厂沟梁金 矿 沿走向布置401002001.6566.7 matich102型液压凿岩车 ，ct-500型电动铲 运机，人 工装药。 金川龙首矿垂直走向布置30405100 lf-4.1型铲运机，01-30型或 yt-25型凿岩机，人工装药 。 铜录山铜矿垂直走向布置60矿体厚度7850 zyq-14型装运机，ysp-45 型凿岩机，人工装药。 黄沙坪铅锌 矿 沿走向布置3630501531.5 zdpj-30型电耙，ysp-45型 凿岩机，人工装药。 焦家金矿垂直走向布置40矿体厚度1826 电耙出矿，7655型凿岩机， 人工装药。 中南大学 3.2、上向水平分层层充填法 矿山名称采场支护概况 中国凡口铅锌矿采场顶 板采用锚杆或锚杆与钢丝 网联合支护，锚杆直径为2538mm，锚杆 网度 为1.41.5m，钢丝 网网度为2525mm 中国凤凰山铜矿 采场采用长锚 索与锚杆联合支护，长锚 索采用直径为1525mm钢丝绳 ，孔 径为 6070mm；孔深为810m，网度为44m；锚杆为胀 管式和管缝式，孔径为 35mm；孔深为2m，锚杆网度为1.51.5m 中国铜录 山铜矿 采场采用长锚 索与锚杆联合支护，长锚 索直径为24.5mm，长度为服务34 个分层高度，网度为44m；锚杆为管缝式，直径为4546mm，长度为1.6 1.8m，网度为0.90.9m 中国云锡老厂锡 矿 采场采用长锚 索与锚杆联合支护，长锚 索直径为22.5mm，长度为1215m 锚固34个分层；锚杆直径为33mm，长度为1.51.9m 澳大利亚芒特-艾 萨矿 采场采用锚杆与钢丝 网或长锚 索与锚杆联合支护，锚杆直径为1619.5mm ， 长度为2.33.0m，网度为（1.21.2）（2.42.4）m不等，钢丝 网网度为 102102mm，长锚 索由7股7mm高拉力钢丝组 成，长为 18m，锚索孔直 径为50mm，孔距为2.4m，呈菱形布置，空内灌注加有膨胀剂 的波特兰水 泥，每根锚索的负荷能力为50t 加拿大汤普森镍 矿 采场采用锚杆与钢丝 网联合支护，锚杆呈棋盘式布置，间距1.0m，锚杆长 度为2.4m，钢丝 网网度为102102mm 加拿大斯特拉思科 纳矿 采场采用锚杆与钢丝 网联合支护，锚杆长度为1.8m，直径为19.5m，钢丝 网 网度为102102mm 中南大学 3.2、上向水平分层层充填法 矿山名称回采方式充填材料灰砂比或水泥量（kg/m3） 充填体胶结垫层 中国凡口铅锌矿两步骤回采分级尾砂或棒磨砂胶 结 1：81：5 中国康家湾矿区两步骤回采分级尾砂胶结1： 1015 1：5 中国红透山铜矿一步骤回采尾砂180200 两步骤回采尾砂胶结18020 0 180200 中国黄沙坪铅锌矿两步骤回采废石150#混凝土 一步骤间 隔回 采 废石或分级尾砂 150#混凝土或1：5尾砂 浆 中国铜录 山铜矿两步骤回采分级尾砂或炉渣1：8 中国金川龙首矿两步骤回采戈壁集料胶结1：101：10 加拿大汤普森镍矿两步骤回采分级尾砂胶结1：301：8 一步骤回采分级尾砂1：8 加拿大莱瓦克镍矿两步骤回采分级尾砂胶结65200 澳大利亚芒特-艾萨矿一步骤回采分级尾砂1：8 澳大利亚布罗肯-希尔 矿 两步骤回采分级尾砂胶结1：301：8 瑞典乌登铅锌矿一步骤回采分级尾砂1：8 美国姆斯特克金矿一步骤回采分级尾砂1：10 中南大学 3.2、上向水平分层层充填法 典型案例典型案例 1 1 ii i i ii i -i ii-ii 井 溜 矿 出天井 6m a 硐室 底柱底柱 充填体 矿体 充填体 川脉 川脉 井 天 a 炮孔 溜井 矿界 a 脱水井 采场界线 矿石线界 8m 8m 40m 川脉 川脉 d3tb d3tb 川脉 脱水井 一分段 二分段 三分段 四分段 凡口盘盘区机 械化上向水 平分层层充填 采矿矿法 中南大学 3.2、上向水平分层层充填法 典型案例典型案例 1 1 凡口盘盘区机 械化上向水 平分层层充填 采矿矿法 凿凿岩：hs150x型上向接杆台车车 装药药：nt30/nbb150型井下装药车药车 起爆：导导爆索毫秒雷管非电电复式网络络 出矿矿：st-311/2型3m3铲铲运机 充填：灰砂比1:4 的-3mm棒磨砂 采场场能 力(t/d) 凿凿岩效率 (m/台班) 出矿矿效率 (t/台班) 采切 比 (m/kt ) 损损失 率/% 贫贫化 率/% 炸药单药单 耗 (kg/t) 采矿矿直 接成本( 元/t) 充填成 本(元/ m3) 327.39638823.50.397.260.225.7390.66 3.2、上向水平分层层充填法 典型案例典型案例 2 2 新桥桥硫铁铁 矿矿机械化上 向水平分层层 充填采矿矿法 中南大学 中南大学 3.2、上向水平分层层充填法 典型案例典型案例 2 2 新桥桥硫铁矿铁矿 机械化上向水 平分层层充填采矿矿法 参数：矿矿柱8m、矿矿房14m 凿凿岩：boomer 281凿凿岩台车车 炸药药：乳化炸药药 出矿矿：1.5m3铲铲运机 充填：矿矿柱及矿矿房胶面：1:41:6江砂胶结结，第二步矿矿房 充填：非胶结结或1:101:15江砂胶结结。 中南大学 3.3、上向分层进层进 路充填法 n 实质 一种由下而上，以巷道掘进的方式进行回采，在 进路掘至设计位置后并进行充填的采矿方法。它是 在每一水平分层布置若干条进路，按间隔或逐条进 路的顺序回采，整个分层各条进路回采充填后，再 统一升层回采上分层进路。 中南大学 3.3、上向水平进进路充填法 n 优缺点 适应性强； 顶板暴露面积较小，安全性好； 矿石损失与贫化低； 生产效率低； 采场为独头巷道型通风，通风效果较差 。 中南大学 矿体厚度不小于2m ，以及厚大矿体 形态复杂和产状变化大 的矿体 适用条件 矿岩不够稳固，矿石 品位较高的矿体和稀 有、贵重金属矿床 其他充填采矿 法的矿柱回采 3.3、上向进进路充填法 中南大学 3.3、上向分层进层进 路充填法 国内外部分国内外部分矿矿山的采山的采场场布置和构成要素布置和构成要素 中南大学 3.3、上向分层进层进 路充填法 焦家金矿矿机械 化上向水平进进 路充填采矿矿法 中南大学 3.3、上向水分层进层进 路充填法 姑山铁矿铁矿 矿矿机械化上 向水平进进路 充填采矿矿法 -193m分层层 图图 中南大学 3.3、下向分层进层进 路充填法 n 实质 一种由上而下，以巷道掘进的方式进行回采，在 进路掘至设计位置后并进行人工假顶充填的采矿方 法。整个分层各条进路回采充填后，再在人工假顶 保护下回采下分层。 人工假顶顶充填体28d强度不低于45mpa，并需 铺设钢铺设钢 筋网。 中南大学 3.3、下向分层进层进 路充填法 金川二矿矿区机械 化下向水平分层层 进进路充填法 凿凿岩：cop1032hd液 压凿压凿 岩台车车 装药药：pt45a装药车药车 型 井下装药车药车 起爆：非电导电导 爆管一次 点火起爆 出矿矿：928lhd型6.1m3 铲铲运机 充填： -3mm棒磨砂灰 砂比1:4 打底充 填， 1:61:8普通充填 中南大学 3.4、空场场嗣后充填法 3.4.1、分段空场场嗣后充填法 划分矿矿房和矿矿柱，分两步骤骤回采，先用分段 空场场法中深孔回采矿矿柱，采后一次胶结结充填 ，第二步回采矿矿房并进进行非胶充填 或不划分矿矿房和矿矿柱连续连续 回采，即回采工作 空间间暴露面积积达到一定极限值时值时 ，充填空区 控制地压压活动动 中南大学 3.4.1、分段空场场嗣后充填法 - - - 12 4 35 67 98 -230m -180m 新桥桥硫铁矿铁矿 两步骤骤分段回 采嗣后充填法 凿凿岩：ygz90液压凿压凿 岩机；装药药：bqf-50装药药器；起爆：导导爆管 毫秒雷管起爆；出矿矿：30kw电电耙；充填： 块块石嗣后充填(灰砂比 1:15) 中南大学 3.4.1、分段空场场嗣后充填法 适用于矿矿体轮轮廓比较规则较规则 的任何倾倾角、 厚度的矿矿体，一般应应用于矿矿岩相对稳对稳 固 或矿矿岩不稳稳固，人员员不宜进进入空场场作业业 的情况 同时时具有充填法和空场场法优优点，矿矿石损损 失贫贫化较较小，采场场生产产能力和工人劳动劳动 生产产率高，充填成本低 中南大学 3.4.2、阶阶段空场场嗣后充填法 划分矿矿房和矿矿柱，分两步骤骤回采，先用大直 径深孔崩落回采矿矿柱，采后一次胶结结充填， 第二步回采矿矿房并进进行非胶充填 或不划分矿矿房和矿矿柱连续连续 回采，即回采工作 空间间暴露面积积达到一定极限值时值时 ，充填空区 控制地压压活动动 中南大学 3.4.2、阶阶段空场场嗣后充填法 安庆铜矿庆铜矿 高阶阶段大直径深孔崩矿矿嗣后充填法 中南大学 3.4.2、阶阶段空场场嗣后充填法 凿凿岩：sinba-261型潜孔钻钻 装药药：矿矿渣堵孔、乳化炸药药不耦合装药药 崩矿矿：大直径炮孔分层层微差爆破崩矿矿 出矿矿：sct-5c型铲铲运机 充填：尾砂胶结结（325号水泥1:412,质质 量浓浓度72%）与尾砂非胶结结交替 安庆铜矿庆铜矿 高阶阶段大直径深孔崩矿矿嗣后充填法 中南大学 3.4.2、阶阶段空场场嗣后充填法 适用于矿矿体轮轮廓比较规则较规则 的倾倾至极倾倾中厚 至厚大矿矿体; 凿凿岩、装药药在