金属矿山大流量充填技术的应用及发展趋势

金属矿山大流量充填技术的应用及发展趋势

李晓东

河南豫光金铅集团有限责任公司    742300

摘要：随着社会的发展和进步，给矿业带来了很大的发展空间和前景，金属矿山的开采工作和技术得到了有效发展和运用，逐渐形成了各种现代化采矿技术和工艺，其中充填采矿法应用比较广泛，进一步促进了大流量充填技术的推广和应用，迎来了新的发展趋势。本文旨在深入探讨金属矿山的采矿技术，并对大流量充填技术的实际应用和未来发展趋势进行研究，以期提升该领域的开采水平。

关键词：金属矿山；大流量充填技术；应用发展趋势

引言：

随着金属矿业的飞速发展，采矿科学技术取得了巨大进步，大流量充填技术应运而生，成为一种全新的、更加先进的采矿方式。这种技术既能够带来更多的经济收益，又能够有效减少矿山建设的投入，从而降低生产成本，同时还能够显著提高风险管理的能力。经过深入的研究，可以得出结论：低成本新型胶凝材料、精准配比以及智能化管理技术，将会是未来金属矿山大流量充填技术发展的重要途径和趋势。

一、关于金属矿山大流量充填技术的思考

矿产资源的实际应用比较广泛，当前已经应用在国民经济和国防工业以及高科技产业当中，其中钢铁和有色金属的产量也对国家综合国力有一定促进意义和影响，是我国一个重要产业，在国民经济中占据着重要地位和作用。随着社会的发展和进步，金属和非金属矿山开采技术和装备也得到了很大的发展，大规模的开采工作逐渐成为了矿山发展的重要趋势[1]。在矿山的规模上，与小型矿山相比，大型矿山的开采活动可能导致更多的采空区，并且可能产生更多的尾砂固废。这将给相关企业造成巨大的安全、环境污染和经济负担。随着时代的发展，矿山开采技术也在不断演变，从单一的采矿方式转向多种多样的采矿方式。为了更好地保障企业的安全、环境和经济利益，大流量充填技术应运而生，迅速成为行业的主流，越来越多的大型金属矿山也纷纷采用这项技术，从而促进了矿山开采的可持续性发展。

采用大流量充填技术，可以实现单套系统的最大生产能力，达到150m³/h以上，从而提高充填制备和输送的效率。经过深入研究和分析，大流量充填技术的应用可以显著减少大规模矿山的充填系统数量和建设投资，同时也能够有效地降低生产成本，从而极大地提升生产效率和质量。随着技术的发展，大流量的持续制备和输送充填技术可以显著减少大型采空区围岩的暴露，从而更加有效地抑制围岩的变形和损伤，极大地提升了采掘协作的效率，从而极大地增强了矿山的生产力，为大规模矿山的安全开采及其质量的稳定性奠定坚实的基础。

经过对比，可以发现，与传统的填充系统相比，大流量充填技术的工艺参数和装备规格更加灵活，它们更加符合矿山生产的特殊需求，强调采掘、加工、运输、储存的一体化，并且在设计上更加合理，更加科学地配置装备，从而有效地减少了生产成本，也降低了安全风险。

二、金属矿山大流量充填技术的应用

通过分析国内典型大型矿山的大流量充填技术实际应用情况，分别阐述了该技术的工艺流程和装备设备配置以及工作制度，具体如下：

（一）张庄铁矿大流量充填系统

位于安徽省六安市的这座矿山，地表覆盖着大片农田和村庄，国道穿越整个矿区，为了确保矿山的高效开采，采用了全尾砂大流量充填工艺，以确保矿山的安全运行。经过详细调查，我们发现这个充填站拥有一套先进的深锥浓缩机、三个高效搅拌器和两个高效胶凝材料仓。该搅拌系统的日产量可达200立方米，并且可以持续运行24小时，以保证高效的混合和输送。从选定的工厂产生的超细全尾砂，先在高效浓缩机上进行浓缩，随后被泵送至充填站的尾砂缓冲桶，并在消耗能量的情况下被转移至深锥浓缩机，接着，低流量的液体被输送至搅拌桶，根据浓缩液的浓度和流量，胶凝材料被螺旋给料系统以精确的灰砂比例输出，最终被混合搅拌，形成最终的充填料浆，并从钻孔处自动输送至井下采空区。

鉴于超细全尾砂粒度极小，为了提高其浓密性，本矿采用深锥浓密机，配备两台低流输送泵和低流循环泵，不仅可以持续浓密，而且还具有良好的储存性，同时，它们还能够将底部的高浓度料浆剪切活化，从而大大提升了矿山的生产效率。通过多年的实践，我们发现这个系统一直都能够稳定地运行，并且从未出现压耙的问题[2]。

经过大型深锥浓密机、高校搅拌机以及大管径的输送管道的协同配合，该矿区成功地实现了超细全尾砂的高浓度、大流量充填料浆的连续制备和输送，为大规模矿山无尾矿库的绿色、安全开采以及高效生产提供了可靠的技术支持，取得了显著的成效。

（二）甲玛铜多金属矿的大流量充填系统

此金属矿地位于高寒的高海拔地区，是西藏的大规模铜多金属矿区。为了更好地开发矿产资源，维护生态平衡，这个矿区采取了全尾砂大流量充填技术，以确保地下开采的安全性和质量。在这个矿区，海拔高度达到4800多米，为了满足充填需求，建设了四套大流量冲充填系统，每套系统每小时可以输送180立方米的尾砂，其中尾砂浓度约为20%，经过深锥浓密机浓缩后，进入立式砂仓，再经过进一步浓缩和添加水泥制备，最终可以达到60%到70%的充填料浆，并将其自留输送到开采场进行充填。

由于该矿区尾砂粒径较细，传统立式砂仓存在放砂浓度低和不稳定等问题，因此，为了解决这一问题，该矿区采用了深锥浓密技术，将深锥浓密机和立式砂仓结合在一起，形成一套全尾砂联合系统，每一套系统中单独设立一座立式砂仓，大大减少了砂仓建设数量，节约了成本。

经分析，甲玛铜多金属矿的大流量充填系统存在一定的挑战，尤其是在这种高寒高海拔的矿区，其井下的极端低温达到了零下五摄氏度，这种环境会导致水泥基胶结充填体的水化反应更强烈，从而使其强度降低20%。因此，该矿区可以采取优化骨料粒径、增加粗颗粒含量，或者开发新型的抗寒材料和料浆预热等措施，能够有效提升甲玛铜多金属矿应用的大流量充填技术的可靠性。

（三）李楼铁矿大流量充填系统

该矿区属于安徽开发矿业有限公司，在实际经营中，为了能够实现大规模安全开采，建立了两座全尾砂大流量充填站，每个充填站里面又布置了两套大流量充填系统。经过精心筛选，从选厂排放的尾砂浓度达到10%，经过浓密机的浓缩，将其浓缩至40%，然后通过隔膜泵将其输送至立式砂仓，在其顶部添加絮凝剂，使溢流水变得澄清，最终排入集水池。在此过程中，沉砂经过压气造浆的作用，形成浓度约为60%的底流，再经过两级搅拌，将其活化，最终制备成浓度约为70%的液体，并经过充填钻孔，输送至井下采空区。

经过一系列的改造和升级，该矿区已经成为全国第一座采用先进的立式砂仓浓密工艺，从而极大地提升了生产效率，并且能够更好地满足大规模充填的要求。立式砂仓工艺对于金属矿山的充填技术的发展起到了至关重要的作用，它不仅为传统的流量控制提供了有效的支持，而且也为大型流量的充填提供了可靠的保障。随着时代的发展，矿山的规模越来越大，甚至达到了千万吨级。然而，这种情况也带来了一些问题，例如，过度使用立式砂仓可能会导致工业用地的减少、投资成本的增加，以及系统的难以维护。因此，建议在这种情况下，引入大流量充填系统的工艺，并不断改进这项技术，以提升开采的质量和安全性[3]。

三、金属矿山大流量充填技术的发展趋势

（一）实现深井高浓度料浆的安全输送

当矿山的挖掘深度不断提升时，由于高浓度、大流量的原因，管道的输送质量会下降，并且会导致管道承受更大的压力和磨损，这会在一定程度上提升矿山的安全风险。基于大流量充填技术，可以通过改性料浆、优化管道结构以及控制泄压来有效解决深井高浓度大流量料浆输送问题，从而实现料浆低阻降压，提升输送安全性和质量，为金属矿山的安全高效开采提供有力支撑[4]。

（二）开发新型胶凝材料

胶凝材料是充填生产成本的重要部分，大流量充填技术主要应用在规模较大的矿区开采，如果能够将大流量充填技术应用角度分析，投入到研发低成本高强度的新型胶凝材料当中，可以有效增加矿山开采效能，一定程度上还可以节约一定的成本投入。在实际研发过程中，应当结合当地的实际情况，采用当地的资源，以最大限度地减少运输时间，同时保证原料供应充足，从而满足生产成本低、运输快速、原料供应充足的基本要求。

（三）实现绿色采矿

随着社会的发展和进步，国家越来越关注环保问题，对矿区开发的环保要求日益严格，实现绿色采矿是各个矿业企业健康发展的必要途径。传统大规模矿区在实际开采中，需要投入大量的尾矿库和排土场，会堆放各种固废，有严重的安全和环境保护隐患[5]。为了减少固体废物的产生，必须采取有效的措施，包括对废石和尾砂进行有效处理，以实现资源的可持续利用。除了对剩余尾砂的充填处理，还需要确保采矿活动的均衡性，以达到零污染的目标。

（四）料浆准备和系统智能管控

随着对矿山质量的日益严格的要求，以及工业智能化技术的不断推动，实现料浆制备的全流程精确协调与智能管控已经成为企业的共同追求，而且将会在未来持续推动这一发展方向。为了进一步提升系统的自动化程度，将采用先进的数据采集仪器，结合大数据分析和5G技术，构建采空区的数字化管理体系，以及与充填计划的有效协调，从而使得整个充填系统更加智能化。

四、结束语

总而言之，大流量充填技术在金属矿山的开采中具有重要的意义，它既可以减少环境污染，又可以消除安全风险，同时也可以带来更多的经济收益，从而减少企业的投资，并且更好地提升开采的质量与效率。通过列举张庄铁矿大流量充填系统、甲玛铜多金属矿的大流量充填系统等的实际应用，都充分表明大流量充填技术的应用效果不错，其他大规模矿区也应该积极引用，促进矿产事业的健康发展，进一步推动大流量充填技术发展。

参考文献：

[1]郭利杰,刘光生,马青海等.金属矿山充填采矿技术应用研究进展[J].煤炭学报,2022,47(12):4182-4200.

[2]孙光华,王玥,任伟成.胶结充填技术在金属矿山中的应用现状与发展趋势[J].有色金属(矿山部分),2022,74(04):26-33.

[3]刘福春,熊有为,刘恩彦等.金属矿山大流量充填技术的应用及发展趋势[J].矿业研究与开发,2021,41(01):34-38.

[4]张兵,王勇,吴爱祥等.谦比希铜矿东南矿体大流量膏体自流充填技术及应用[J].采矿技术,2021,21(01):160-163

[5]罗文冲,姚中亮,李鑫等.大流量充填系统料浆稳定制备技术[J].采矿技术,2020,20(05):19-20.