1、全尾砂充填理论基础与应用发展全尾砂充填理论基础与应用发展提提 纲纲o 发展简历发展简历 o 理论基础理论基础o 工程应用工程应用o 发展趋势发展趋势o 1950年代前：干式充填年代前：干式充填o 1960年代：水砂充填、传统混凝土充填年代：水砂充填、传统混凝土充填o 1970年代：细砂（磨砂与分尾砂）充填年代：细砂（磨砂与分尾砂）充填o 1980年代：全尾砂胶结充填与膏体泵送充年代：全尾砂胶结充填与膏体泵送充填试验研究填试验研究o 1990年代：废石胶结充填研究与应用年代：废石胶结充填研究与应用o 2000年代：全尾砂尾废充填工业应用年代：全尾砂尾废充填工业应用一、发展简历一、发展简历一、发展
2、简历一、发展简历o 充填集料充填集料 采掘废石采掘废石 剥离废石剥离废石 选矿尾砂选矿尾砂 磷石膏磷石膏 黄磷渣黄磷渣 煤矸石煤矸石 煤泥煤泥o 胶凝材料胶凝材料 矿渣胶结料矿渣胶结料 赤泥胶结料赤泥胶结料 其他废物胶结料其他废物胶结料充填材料的发展充填材料的发展一、一、发展简历发展简历o 20世纪世纪90年代：凡口矿试验研究年代：凡口矿试验研究o 2004年前：国家科技计划、企业计划相继试验研究年前：国家科技计划、企业计划相继试验研究o 2004年末：南京铅锌矿工业应用年末：南京铅锌矿工业应用o 2004年后：相继在冬瓜山铜矿、莱新铁矿、洛普铁矿、年后：相继在冬瓜山铜矿、莱新铁矿、洛普铁矿、
3、草楼铁矿、开阳磷矿等数十座矿山成功应用草楼铁矿、开阳磷矿等数十座矿山成功应用o 目前应用效果：尾矿利用率目前应用效果：尾矿利用率70以上，其中南京铅锌矿以上，其中南京铅锌矿将全部尾矿充入井下，地表不建尾矿库将全部尾矿充入井下，地表不建尾矿库全尾砂充填的发展全尾砂充填的发展二、理论基础二、理论基础背景条件：物料特性背景条件：物料特性o 物理特性物理特性 细粒级物料细粒级物料 容易离析分级容易离析分级 颗粒黏着力强颗粒黏着力强 渗透率低渗透率低 管道磨损力弱管道磨损力弱o 粒级组成粒级组成o 渗透率渗透率o 化学特性化学特性o 硫化物影响硫化物影响 增加尾砂的稠度，自增加尾砂的稠度，自胶结作用使胶
4、结充填胶结作用使胶结充填体获得较高的强度体获得较高的强度 硫化矿物的氧化会产硫化矿物的氧化会产生硫酸盐，导致胶结生硫酸盐，导致胶结充填体强度的损失充填体强度的损失o 潜在活性潜在活性o 全尾砂充填界定全尾砂充填界定 无粗物料无粗物料o 存在的主要问题存在的主要问题 物料粒度细物料粒度细 容易离析分级容易离析分级 毛细吸附力强毛细吸附力强 渗透速度低渗透速度低二、理论基础二、理论基础o 结构流态理论结构流态理论o 触变活化理论触变活化理论o 固体沉降理论固体沉降理论o 胶凝激活理论胶凝激活理论核心理论核心理论二、理论基础二、理论基础结构流态理论结构流态理论二、理论基础二、理论基础料浆类型料浆类型
5、充填物料的平均粒充填物料的平均粒径（径（mm）结构流临界浓度（结构流临界浓度（%）重量浓度重量浓度体积浓度体积浓度水泥尾砂料浆水泥尾砂料浆0.054707147水泥风砂料浆水泥风砂料浆0.213767754.8水泥磨砂料浆水泥磨砂料浆0.6157755.5o高浓度的全尾砂或掺入水泥的混合物料，均是一种具有触变性质高浓度的全尾砂或掺入水泥的混合物料，均是一种具有触变性质的分散系，在相对静止状态下呈固态性质的分散系，在相对静止状态下呈固态性质o通过振动、强力搅拌等机械作用，破坏全尾砂混合料颗粒赖以组通过振动、强力搅拌等机械作用，破坏全尾砂混合料颗粒赖以组成整体介质的水膜和分子之间的粘结力，使颗粒间
6、的内聚力急剧成整体介质的水膜和分子之间的粘结力，使颗粒间的内聚力急剧减小，将混合料浆的固体分散体系稀释成具有流动性的溶胶状态，减小，将混合料浆的固体分散体系稀释成具有流动性的溶胶状态，使胶结料微粒均匀分布在混合料中使胶结料微粒均匀分布在混合料中o强力迫使水泥微粒互相碰撞，从表面逐层脱落水合产物和再结晶强力迫使水泥微粒互相碰撞，从表面逐层脱落水合产物和再结晶产物，从而暴露出新的表面层又继续产生水合作用，加速水泥颗产物，从而暴露出新的表面层又继续产生水合作用，加速水泥颗粒的分散与水化粒的分散与水化o全尾砂触变活化：为矿山全尾砂胶结充填料制备成用水量少，流全尾砂触变活化：为矿山全尾砂胶结充填料制备成
7、用水量少，流动性高，混合均匀的充填料浆奠定了理论基础动性高，混合均匀的充填料浆奠定了理论基础触变活化理论触变活化理论二、理论基础二、理论基础固体沉缩理论固体沉缩理论二、理论基础二、理论基础o 最大最大沉缩沉缩浓度浓度 静置沉降时能达静置沉降时能达到的最大浓度到的最大浓度o 临界沉降浓度临界沉降浓度 固体颗粒由沉降固体颗粒由沉降转为压缩转为压缩 o 沉降、沉缩速度沉降、沉缩速度o 矿渣胶结料利用其中硅酸钙和铝酸钙等组分，通过石灰矿渣胶结料利用其中硅酸钙和铝酸钙等组分，通过石灰激化，与细粒尾砂物料结合，尤其是与高含硫尾砂物料激化，与细粒尾砂物料结合，尤其是与高含硫尾砂物料结合，较普通硅酸盐水泥有更
8、好的胶结能力；结合，较普通硅酸盐水泥有更好的胶结能力；o 赤泥在激化剂作用下，溶解于水中的活化剂离子赤泥在激化剂作用下，溶解于水中的活化剂离子Ca+可可穿透赤泥颗粒表面的无定形沉积层，激化赤泥的活性；穿透赤泥颗粒表面的无定形沉积层，激化赤泥的活性；o 赤泥的水化铝酸钙等在活化剂作用下生成早期强度较高赤泥的水化铝酸钙等在活化剂作用下生成早期强度较高的钙矾石及其它水化物，使赤泥中原存在的的钙矾石及其它水化物，使赤泥中原存在的自由水转变自由水转变为结晶水、胶凝水为结晶水、胶凝水，最终使赤泥凝结硬化。，最终使赤泥凝结硬化。胶凝激化理论胶凝激化理论二、理论基础二、理论基础二、理论基础二、理论基础相关应用
9、机理相关应用机理o 固结机理固结机理o 絮凝机理絮凝机理o 流态机理流态机理o全尾砂充填工业应用特点全尾砂充填工业应用特点o全尾砂脱水全尾砂脱水o结构流料浆活化制备结构流料浆活化制备o结构流充填料浆输送结构流充填料浆输送o采场充填采场充填三、应用发展三、应用发展o 全尾砂充填工业应用特点全尾砂充填工业应用特点 结构流态结构流态 固结充填固结充填三、应用发展三、应用发展o 充填料制备充填料制备 全尾砂脱水、全尾砂造浆、全尾砂胶全尾砂脱水、全尾砂造浆、全尾砂胶结料搅拌混合结料搅拌混合o 充填料管道输送充填料管道输送 自流输送、井下增压输送、泵压输送自流输送、井下增压输送、泵压输送o 采场充填工艺采
10、场充填工艺全尾砂充填工艺全尾砂充填工艺三、应用发展三、应用发展o 全尾砂脱水全尾砂脱水 三段脱水流程：浓密三段脱水流程：浓密-沉降沉降-过滤、旋流过滤、旋流-沉降沉降-过滤过滤 两段脱水流程：浓密两段脱水流程：浓密-过滤、浓密过滤、浓密-沉降沉降 一段脱水流程：沉降、浓密一段脱水流程：沉降、浓密三、应用发展三、应用发展浓浓密密储储存存过过滤滤搅搅拌拌转转运运造浆造浆传统流程传统流程o 旋流、沉降、过滤旋流、沉降、过滤 尾矿旋流器底流尾矿旋流器底流进入砂仓获得高进入砂仓获得高浓度粗粒级尾矿浓度粗粒级尾矿 旋流器溢流过滤旋流器溢流过滤获得滤饼获得滤饼 高浓度粗、细粒高浓度粗、细粒级混合搅拌级混合搅
11、拌三、应用发展三、应用发展o 卧式仓沉缩脱水压气造浆卧式仓沉缩脱水压气造浆o 立式仓浓缩脱水压气造浆立式仓浓缩脱水压气造浆三、应用发展三、应用发展全尾砂充填全尾砂充填料活化搅拌料活化搅拌活 化 搅 拌 机活 化 搅 拌 机双轴搅拌机双轴搅拌机三、应用发展三、应用发展o 自流、泵压、井下增压联合自流、泵压、井下增压联合 料浆流动性定量指标：料浆流动性定量指标：0和和B 料浆流动性综合参数：塌落度料浆流动性综合参数：塌落度全尾砂样品全尾砂样品dp=0.085mmdp=0.075mm浓度（浓度（%）757880707275塌落度（塌落度（cm）266.520217.37.923.62420.58.0
12、三、应用发展三、应用发展充填料输送充填料输送井下增压输送井下增压输送o增压输送装置安装井下增压输送装置安装井下o安装位置选择的原则安装位置选择的原则 在活塞回拉过程中，入口管道内料浆在垂直管道内料在活塞回拉过程中，入口管道内料浆在垂直管道内料浆自重作用下达到足够大的移动速度，以填满输送缸浆自重作用下达到足够大的移动速度，以填满输送缸的有效空腔的有效空腔 在活塞推压过程中，输送缸内的料浆只流向出口管道，在活塞推压过程中，输送缸内的料浆只流向出口管道，使出口管道内的料浆加速向充填采场流动使出口管道内的料浆加速向充填采场流动三、应用发展三、应用发展o 输送泵输送泵三、应用发展三、应用发展o 采场充填
13、采场充填 充填挡墙充填挡墙 采场脱水管采场脱水管 钢钢筋网架设筋网架设 质量监控质量监控 充填料取样充填料取样脱水管与挡墙脱水管与挡墙挡墙与充填管挡墙与充填管脱水效果脱水效果四、结构流全尾砂胶结充填四、结构流全尾砂胶结充填o 大流量充填工艺与装备大流量充填工艺与装备o 新型胶结充填技术与材料新型胶结充填技术与材料o 深部矿井充填新技术深部矿井充填新技术o 不断降低胶结充填成本不断降低胶结充填成本四、发展趋势四、发展趋势o 大规模全尾砂充填的发展大规模全尾砂充填的发展 大规模充填采矿的发展大规模充填采矿的发展 全球可持续发展全球可持续发展 充填采矿技术的发展充填采矿技术的发展 国内矿产资源开采条
14、件国内矿产资源开采条件o 大规模充填采矿的技术要求大规模充填采矿的技术要求 集中强化充填采矿集中强化充填采矿 大参数采场结构大参数采场结构 大型无轨机械化配套作业大型无轨机械化配套作业四、发展趋势四、发展趋势o 大流量充填工艺与装备的发展大流量充填工艺与装备的发展 绿色两型开采需要绿色两型开采需要 大规模充填采矿需要大规模充填采矿需要 国内矿产资源开采条件国内矿产资源开采条件o 重点技术方向重点技术方向 大流量充填工艺系统大流量充填工艺系统 大产能的全尾砂脱水工艺及装备大产能的全尾砂脱水工艺及装备 大流量充填泵大流量充填泵四、发展趋势四、发展趋势o 胶结充填新技术与新材料的发展胶结充填新技术与
15、新材料的发展 解决细尾矿充填利用的技术瓶颈解决细尾矿充填利用的技术瓶颈 降低充填成本降低充填成本o 重点技术方向重点技术方向 矿业废物胶凝材料矿业废物胶凝材料 细尾砂固结技术与材料细尾砂固结技术与材料 充填改性添加材料充填改性添加材料 全尾砂脱水无害化辅助材料全尾砂脱水无害化辅助材料四、发展趋势四、发展趋势o 深部矿井充填新技术的发展深部矿井充填新技术的发展o 深部矿井充填的特点深部矿井充填的特点 更显著的优势：地压控制、吸热降温更显著的优势：地压控制、吸热降温 更大技术难度：高压头致爆管、喷管更大技术难度：高压头致爆管、喷管o 重点技术方向重点技术方向 卸压工艺与装备技术卸压工艺与装备技术o
16、 深井充填实例深井充填实例四、发展趋势四、发展趋势o 不断降低胶结充填成本不断降低胶结充填成本 充填方式优化选择充填方式优化选择 充填方案优化设计充填方案优化设计 充填材料优化配合充填材料优化配合 充填与采矿工艺优化匹配充填与采矿工艺优化匹配四、发展趋势四、发展趋势o 优化匹配原则优化匹配原则 采矿方法与开采条件相匹配采矿方法与开采条件相匹配 采矿装备与采矿方法相匹配采矿装备与采矿方法相匹配 充填工艺与矿山条件相匹配充填工艺与矿山条件相匹配 充填装备与充填工艺相匹配充填装备与充填工艺相匹配 采矿装备、充填装备自相匹配采矿装备、充填装备自相匹配 其他工艺、系统与采矿工艺相匹配其他工艺、系统与采矿工艺相匹配四、发展趋势四、发展趋势
