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充填采矿法的发展方向

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1.向无轨机械化、回采连续化发展
现代充填采矿技术己将低效率的充填工艺改造成为大规模高效率的先进的采矿工艺。斜坡道与各种类型无轨采掘设备的应用,使井下作业面貌发生巨大变化。井下工人劳动条件得到很大改善,采场生产能力和劳动生产率大幅度提高。
据称,国内矿山已有53种型号800多台铲运机(LHD)在运行,铲斗容积最小的0.38码,最大的已达6.1码,其中柴油驱动占70%,电力驱动占30%。拥有铲运机的矿山有56座。白银有色金属(集团)有限责任公司小铁山铅锌矿先后引进地下无轨采掘及辅助设备12台(套),实现了采掘无轨机械化。装备有瑞典水星—14单臂液压凿岩台车4台,美国EST 2D铲运机4台,中国金川JCCY 2A铲运机4台,铲斗容积为2码,即可每年采出矿石30万吨,生产能力达到800~1200吨/天;又如安庆铜矿采用120米以上高阶段大孔径崩矿嗣后一次充填采矿法,瑞典Simba-251潜孔钻机钻凿直径为165毫米垂直下向深孔,美国ST-SC(斗容3.8耐)铲运机出矿及大规模连续振动出矿,采场综合能力达到750~800吨/天。
2.新型充填材料、化学添加剂逐步扩大应用
矿山充填材料主要由骨料和胶结剂两部分组成,骨料大多数就地选取廉价的可用物料,不足部分就地选料破碎加工,而胶结剂绝大多数矿山选用普通硅酸盐水泥或矿渣水泥,少量矿山掺入粉煤灰、赤泥、石灰等物料。目前适用于矿山充填特点的专用水泥还不多见。高水速凝材料是一种典型的专用充填胶结剂,其在硬岩矿山的应用仍处于试验研究和推广阶段。
除了常规的充填材料,如砂石集料、水泥、粉煤灰、炉渣以及水之外,在充填料制备之前或混合之后直接加入的材料以外加剂,己在国内外一些矿山开始研究和试用。例如速凝剂用来缩短凝固时间,缓凝剂用来延长凝固时间,减水剂用来改善易性和提高强度,减阻剂用来降低高浓度物料的管道输送阻力等,其目的是为了提高充填料的物理性能,包括强度、稳定性、可输送性、可泵性、和易性以及浇注性等,这些特性满足于充填与采矿工程需要。特别是减水技术和水化过程控制技术已在国外矿山生产中应用。许多化学添加剂如絮凝剂、减水剂、诚阻剂、泥浆杂物快速固化剂等也在矿山得到了不断应用,依赖水泥单一品种的局面将会得到改变。
3.充填设施、机械、监测仪表将不断更新
在充填设施中,充填料贮仓的作用是十分重要的,但往往被人们所忽视。贮存干料的卧式贮仓较为简单,而采用湿法处理技术产出的分级尾砂或全尾砂的贮存通常用立式贮仓,要求贮仓中以高浓度料浆(例如65%~70%)稳定的、可靠的排出,对制备优质充填料十分重要。因此,对现代两相散体流动特性与理论研究十分必要。对现行使用的几种立式贮仓:半球形底部结构多点放砂型、锥形底部单点放砂型以及带搅拌器的贮罐型进行综合分析评价,并开发研究和设计出无搅拌器重力排放充填料贮仓,对浆体充填系统或膏体充填系统都是十分必要的。澳大利亚Wollongong大学松散固体与颗粒技术中心已开展了这方面的研究。
充填料制备的专用混合搅拌机得到进一步发展,出现了立式强力搅拌机、卧式叶片搅拌机、卧式圆筒旋转搅拌机、卧式双轴螺旋搅拌输送机以及水泥活化搅拌机、高剪力高速搅拌机等。由于尾砂充填的广泛应用,处理尾砂的分级脱泥设备、各种类型、各种尺寸的水力旋流器,输送尾砂的各种耐磨砂泵、油隔离泵、隔膜泵等,特别是全尾砂技术的开发,促进了连续脱水技术和脱水设备的发展,大型盘式过滤机和大型水平带式真空过滤机研制水平有了较大的提高,过滤效率和处理能力完全可以满足生产需要。
充填搅拌站常规的国产监测仪表己由II型发展到m型,涡街流量计、电磁流量计、质量流量计、超声波流量计、同位素密度计、各种料位计、液位计、电子秤等己经得到普遍应用,技术等级更高的智能化仪表、核子秤、远传电子压力表也在少数充填系统中应用。但是选用于高浓度和高体管道输送监测压力的仪表还不够完善,尤其是井下充填管网的监测仪表还极少,这也是国内外矿山需要解决的问题。
4.充填力学研究向现场连续监测与预报发展
许多应用充填采矿法的矿山,对充填体的作用及其对采场围岩稳定性影响的研究都比较重视,经常联合科研院校并注入了相当多的资金开展试验研究,主要通过原岩应力测量和矿岩的物理力学性质检测及在井下采场充填体中和上、下盘围岩中埋设各种应力、应变仪器来实测相关参数,再将这些参数按预定建立的数学模型输入计算机进行演算,从而得出一定的结论。
1995年,白银有色(集团)有限责任公司和瑞典吕律欧大学合作,按上述程序完成了中国-瑞典关于小铁山铅锌矿矿区的岩石力学研究报告,主要对机械化上向进路式尾砂胶结充填采矿法采场及附近围岩进行大量数据整理分析,得出了小铁山铅锌矿的地压基本规律。
1994年,美国矿务局月一佛岩石力学研究中心与中国合作开展矿山岩石力学研究,其中拟在金川建立一套宽频带微震监测系统,对地下开采过程中的地压活动进行长期的监测,但因为投资太大而未能实现。这说明类似金川这样工程地质条件复杂的大型矿山,建立长期的地压活动连续监测与GPS预报系统,进行地下开采稳定性的研究是十分必要的。
5.充填模式向生态化、无公害化发展
采矿工业在提供原材料的同时也不可避免地破坏自然环境。随着矿产需求量的增加,由资源开发利用引发的环境破坏和废料排放己成为全球性的严峻问题。因此,尽量使矿山固体废料不向地面排放和采空区被有效地充填,已是急待研究解决的重大课题。按照工业生态学的观点,解决矿山环境问题最有效的途经是将矿山废料转化为资源被重新利用。生态的充填模式就是要将矿山的各个工序作为一个系统对待,把矿山充填作为固体废料资源化的一个有效手段,实现矿山固体废料排放最小化,从根本上解决矿山环境保护问题。新的充填模式由三个基本要素组成:①内循环技术②经济效益③废料流量。第一要素是必要条件,即该充填模式必须以低成本、高效率和高可靠性能的充填技术作为支撑,是其核心要素;第二要素为充分条件,在该充填模式下能够实现经济平衡甚至获取新增效益;第三要素则表征废料的资源化程度。这一充填模式将实现固体废料排放量最小甚至为零。
 
结束语
近年来,由于充填采矿法的回采工作应用了高效率的装采设备,充填工作实现了管路化、自动化,并广泛使用选厂尾砂作为充填料,矿石损失贫化小,作业安全。特别是对于围岩和地表需要保护,地压大,有自然火灾危险,矿体形态复杂的高品味或贵重金属矿床,充填采矿法的优越性更为突出,因此充填采矿法的应用范围将会不断扩大。 (文 万海涛 方勇 肖广哲 秦杨) 

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