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1、2018年10月 郭利杰 郭利杰 地下金属矿山充填采矿技术地下金属矿山充填采矿技术研究进展研究进展 北京矿冶研究总院北京矿冶研究总院 第七届黄金科学技术论坛 第七届黄金科学技术论坛 BGRIMM 提纲 提纲 地下金属矿充填采矿法应用进展 矿山充填工艺技术发展概况 充填设备发展与革新 结语 超大规模充填系统的思考 BGRIMM Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy 1、地下金属矿充填采矿法应用进展 1、地下金属矿充填采矿法应用进展 充填法采矿法是实现金属矿绿色开采发展的重要载体。降低充填采矿成本的方法:降低充填采矿
2、成本的方法:高效率采矿:高效率采矿:采矿方法及采矿方法及回采顺序优化、爆破参数优化等 回采顺序优化、爆破参数优化等 低成本充填:低成本充填:研究充填体研究充填体强度,寻找水泥替代品、研发新型低成本胶结材料。强度,寻找水泥替代品、研发新型低成本胶结材料。充填采矿成本构成 充填采矿成本构成 降低采充成本是充填法采矿的必由之路,通过采矿技术创新实现高效率采矿、低成本充填是实现矿山降本增效的有效途径。BGRIMM Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy 采矿方法采矿方法 开采产能比例(开采产能比例(%)平均平均每位工人产能
3、每位工人产能(吨(吨/天)天)采矿综合成本采矿综合成本(元(元/吨)吨)阶段空场嗣后充填法阶段空场嗣后充填法 45 63 100 铲运机出矿上向上向水平分层充填法 20 38 175 传统出矿上向上向水平分层充填法 8 32 200 结合点柱点柱支护的空场空场嗣后充填法 12 15 325 下向下向水平分层充填法 6 19 400 其他(采准切割时回采的矿石)9 充填采矿方法的产能、效率和成本统计(AMC国际咨询公司)1、地下金属矿充填采矿法应用进展 1、地下金属矿充填采矿法应用进展 BGRIMM Beijing General Research Institute of Mining and
4、 Metallurgy 胶结 充填体 胶结 充填体 炮孔 炮孔 待采矿体 待采矿体 矿石堆 矿石堆 增加采场尺寸和单次崩矿能力,减少采切工程,提高采充效率 大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法是大规模高效率的采矿方法 1、地下金属矿充填采矿法应用进展 1、地下金属矿充填采矿法应用进展 BGRIMM Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy 连续开采连续开采的充填采矿法,出矿和充填同步进行 预留顶板矿柱 预留顶板矿柱 充填方向 充填方向 开采方向 开采方向 充填体 充填体 待采矿石 待采矿石 爆破后 待出矿 爆破后 待出矿
5、 1、地下金属矿充填采矿法应用进展 1、地下金属矿充填采矿法应用进展 BGRIMM Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy 废石尾砂胶结充填采矿法 1)废石不出坑:节约提升运输废石的费用,减少对提升系统的影响;增加提升矿石能力;减少地表废石堆放,节约征地费用。2)减少水泥用量:废石占据空区体积,提高充填体强度,节约胶充成本。3)增加充填骨料供给:缓解某些矿山尾砂不足,节约外运充填骨料费用。4)缩短采场充填周期:井下废石直接转运空区充填,提高采场充填能力。1、地下金属矿充填采矿法应用进展 1、地下金属矿充填采矿法应用
6、进展 BGRIMM Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy 2、矿山充填工艺技术发展概况 2、矿山充填工艺技术发展概况 1950s 干式充填 1960s 水砂充填 1970s 立式砂仓分级尾砂低浓度充填 1980s 立式砂仓分级尾砂高浓度充填 1990s 全尾砂膏体充填 (1994 金川镍矿;1999铜绿山铜矿)2000s 基于立式砂仓的全尾砂高浓度充填 基于深锥浓密机的全尾砂膏体充填 BGRIMM Beijing General Research Institute of Mining and Metallurg
7、y 2、矿山充填工艺技术发展概况 2、矿山充填工艺技术发展概况 2.1 分级尾砂充填技术 2.1 分级尾砂充填技术 分级尾砂充填技术仍是目前应用最广泛的充填工艺技术,以自流输送为主。尾砂分级界限一般为37um,充填料浆的渗透系数应达到10cm/h,分级尾砂的利用率在50%左右。分级尾砂充填主要采用旋流分级与立式/卧式砂仓水力联合造浆技术,其制备料浆质量浓度一般为65%72%。BGRIMM Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy 2、矿山充填工艺技术发展概况 2、矿山充填工艺技术发展概况 2.2 高浓度全尾砂充填技术
8、 2.2 高浓度全尾砂充填技术 高浓度全尾砂充填技术是上世纪末本世纪初发展起来的矿山充填技术。高浓度全尾砂充填技术的特点是以全尾砂作为充填骨料,通过活化搅拌,在高浓度状态下输送到采场。冬瓜山铜矿充填系统是目前国内较为先进的高浓度全尾砂胶结充填系统。突破了细粒级高浓度全尾砂浆的立式砂仓制备技术和深井开采全尾砂高浓度充填料浆自流管输降压的关键技术,形成了立式砂仓流态化全尾砂高浓度连续充填技术。BGRIMM Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy 2、矿山充填工艺技术发展概况 2、矿山充填工艺技术发展概况 冬瓜山铜矿高浓
9、度全尾砂充冬瓜山铜矿高浓度全尾砂充填系统 填系统 有 6 套 相 互 独 立 的 容 积970m3(有效容积为679m3)的立式砂仓 有3座1200t的水泥仓 单套充填能力100m3/h,充填料浆浓度72%76%。BGRIMM Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy 2、矿山充填工艺技术发展概况 2、矿山充填工艺技术发展概况 冬瓜山铜矿高浓度全尾砂充冬瓜山铜矿高浓度全尾砂充填系统 填系统 工艺流程:(1)立式砂仓:(2)尾砂高效絮凝沉降;(3)仓底特殊的活化喷咀;(4)高压水/气高效造浆;(5)自流输送。提出了“边
10、壁流”概念,实现了高浓度全尾砂连续充填 BGRIMM Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy 2、矿山充填工艺技术发展概况 2、矿山充填工艺技术发展概况 2.3 膏体充填技术 2.3 膏体充填技术 膏体充填料是一种不离析、不沉淀、不脱水、可流动的非牛顿塑性流体。会泽铅锌矿膏体充填系统是我国目前最先进的全尾砂充填系统。BGRIMM Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy 2、矿山充填工艺技术发展概况 2、矿山充填工艺技术发展概况 会泽铅锌
11、矿全尾砂膏体充填系统 会泽铅锌矿全尾砂膏体充填系统 充填系统能力60m3/h,充填料浆浓度78%81%。充填工艺:(1)深锥浓密机(2)尾砂高效浓缩(底流72%78%)(3)利用水淬炉渣作为粗骨料,将浓度提高至80%以上。(3)膏体两级连续搅拌(4)泵送至采场 BGRIMM Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy 2、矿山充填工艺技术发展概况 2、矿山充填工艺技术发展概况 2.4 废石胶结充填技术 2.4 废石胶结充填技术 块石(碎石)胶结充填(基德克里克矿、丰山铜矿等丰山铜矿等)废石尾砂胶结充填(铜坑锡矿、安庆铜
12、矿等铜坑锡矿、安庆铜矿等)废石尾砂胶结充填具有更大的现实意义!废石尾砂胶结充填具有更大的现实意义!可以实现井下掘进废石不出坑 可以实现井下掘进废石不出坑 充填尾砂量不足,用废石补充充填骨料 充填尾砂量不足,用废石补充充填骨料 BGRIMM Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy 2、矿山充填工艺技术发展概况 2、矿山充填工艺技术发展概况 北京矿冶研究总院在安庆铜矿开展的废石尾砂胶结充填技术试验研究,利用井下掘进的自然级配废石与地表充填站制备的尾砂胶结料浆,采用多元化的混合方式充入采场。BGRIMM Beijing
13、General Research Institute of Mining and Metallurgy 澳大利亚Broken Hill矿 澳大利亚Broken Hill矿 布罗肯希尔矿是澳大利亚佩利亚控股铅锌矿,采选能力180万t/a,采用高浓度分级尾砂充填系统,该系统的特点是基于立式砂仓+旋流器脱水浓缩的高效稳定造浆系统。(仅1座立式砂仓)2.5 澳大利亚、瑞典、加拿大等发达国家矿山充填系统简述 2.5 澳大利亚、瑞典、加拿大等发达国家矿山充填系统简述 搅拌桶 旋流器 立式砂仓 2、矿山充填工艺技术发展概况 2、矿山充填工艺技术发展概况 BGRIMM Beijing General Rese
14、arch Institute of Mining and Metallurgy 瑞典新波立登公司Garpenberg矿 瑞典新波立登公司Garpenberg矿 该矿是瑞典依然在生产运行的最古老的铅锌银多金属矿山,1972年正式投产,2007年建成膏体充填系统。矿山生产能力为250万吨/年,矿山开采深度为1000m,采用分段空场嗣后膏体充填法。2.5 澳大利亚、瑞典、加拿大等发达国家矿山充填系统简述 2.5 澳大利亚、瑞典、加拿大等发达国家矿山充填系统简述 1、矿山充填工艺技术发展概况 1、矿山充填工艺技术发展概况 BGRIMM Beijing General Research Institut
15、e of Mining and Metallurgy 瑞典新波立登公司Garpenberg矿 瑞典新波立登公司Garpenberg矿 膏体充填系统采用深锥浓密机浓缩将尾矿浆体浓缩至70%浓度,然后泵送到直径为6m的圆形搅拌槽,水泥、粗骨料和水也进入该搅拌槽与尾矿混合,经一级搅拌后,充填料浆进入二级混合槽混合后,经PM泵送至井下采场。2.5 澳大利亚、瑞典、加拿大等发达国家矿山充填系统简述 2.5 澳大利亚、瑞典、加拿大等发达国家矿山充填系统简述 浓密机 搅拌系统 搅拌槽内部结构 PM泵送系统 2、矿山充填工艺技术发展概况 2、矿山充填工艺技术发展概况 BGRIMM Beijing Genera
16、l Research Institute of Mining and Metallurgy 瑞典新波立登公司Kristineberg矿瑞典新波立登公司Kristineberg矿竖井立式砂仓充填系统 竖井立式砂仓充填系统 该矿是瑞典波立登地区最古老的矿山,1940年开始运营投产,矿床富含铜、铅、锌、金、银,矿山采矿方式为上向水平分层充填采矿法,生产能力为70万吨/年,尾砂来自50km外的波立登集中选场,经压滤后的尾砂用卡车运输至充填站倒入竖井砂仓。2.5 澳大利亚、瑞典、加拿大等发达国家矿山充填系统简述 2.5 澳大利亚、瑞典、加拿大等发达国家矿山充填系统简述 井下振动放砂 地表竖井砂仓 尾砂造
17、浆系统 控制系统 2、矿山充填工艺技术发展概况 2、矿山充填工艺技术发展概况 BGRIMM Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy 2.5 澳大利亚、瑞典、加拿大等发达国家矿山充填系统简述 2.5 澳大利亚、瑞典、加拿大等发达国家矿山充填系统简述 加拿大基德克里克矿膏体充填系统加拿大基德克里克矿膏体充填系统 该矿是加拿大安大略省最大的铜锌金属矿,矿山目前的生产能力为7000t/d,采用分段空场采矿嗣后膏体充填采矿法,膏体充填系统是采用分批制备方式的膏体充填,年充填能力130万t,每小时的充填能力400t。2、矿山充
18、填工艺技术发展概况 2、矿山充填工艺技术发展概况 BGRIMM Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy 加拿大基德克里克矿加拿大基德克里克矿膏体充填系统 膏体充填系统 该充填系统是分别设置尾矿和esker砂堆场,将尾矿和砂通过计量皮带输送到尾矿搅拌桶和esker砂集料仓,然后将充填材料(尾砂、esker砂、水、水泥)分别倒入各自的计量器,使其进入分批混合搅拌器进行充分搅拌后泵送至井下采场。尾砂 粗骨料 水泥仓 搅拌槽 搅拌桶 尾矿计量器 水计量器 计量器 水泥计量器 分批混合搅拌器 BGRIMM Beijing G
19、eneral Research Institute of Mining and Metallurgy 3、充填设备发展与革新 3、充填设备发展与革新 3.1 膏体浓缩设备 3.1 膏体浓缩设备 美国FLSmith矿业公司研制的道尔-爱姆科深锥膏体浓 密机是目前世界上最先进的膏体制备浓缩设备,其制浆浓度可达到71%75%。这种浓缩机脱水效率高,适用于制备膏体充填料及尾矿干堆。会泽铅锌矿会泽铅锌矿的膏体充填系统已经成功应用该浓缩机制备井下充填料浆。BGRIMM Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy 3、充填设备发展与
20、革新 3、充填设备发展与革新 芬兰奥图泰公司制造的SUPAFLO膏体浓密机采用创新的自动稀释系统、科学的耙架结构设计、高效的驱动系统及精确的自控制技术,解决了尾矿物料脱水采用普通浓密机难以解决的挑战。具有絮凝有效性高、高效液压驱动、低阻力耙臂及最少压耙事故等优点,能制备出最高浓度达70%的尾矿浆体。BGRIMM Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy 3、充填设备发展与革新 3、充填设备发展与革新 3.2 过滤设备 3.2 过滤设备 陶瓷过滤机是目前国际上公认的细粒级矿物过滤的(固液分离)设备,是集机电、微过滤板、
21、自动化控制、超声波清洗等高新技术为一体的新型产品。芬兰拉罗克斯公司新推出的过滤机服务产品奥图泰拉罗克斯过滤机,具有节约能源与水的消耗,过滤效率高、效果好等优点。目前这种过滤机用于井下尾矿脱水应用,在国内尚未见诸报道,其可满足充填量小的膏体料浆制备,具有较好的推广前景。BGRIMM Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy 3、充填设备发展与革新 3、充填设备发展与革新 3.3 膏体泵送设备 3.3 膏体泵送设备 膏体充填泵是在建筑工程混凝土泵的基础上发展起来。目前用于矿山充填的膏体泵,主要有德国的普茨迈斯特(Putz
22、meister)公司和施维因(Schwing)公司的双缸活塞泵、荷兰的奇好(Geho)的双缸隔膜泵。金川镍矿和铜绿山铜矿膏体充填分别选用的是施维因公司生产的KSP-140HDR液压双缸活塞泵和KSP80HD双缸活塞泵,云南会泽铅锌矿膏体充填系统选用奇好泵。截止目前,国内长沙飞翼股份研发的工业充填泵基本能满足泵送膏体料浆要求。BGRIMM Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy 3、充填设备发展与革新 3、充填设备发展与革新 3.3 膏体泵送设备 3.3 膏体泵送设备 高密度固体泵的基本构成有两个液压油缸,两个输送缸
23、,及一套带控制阀的泵头。一个电子液压站提供315 kW的动力,驱动HSP25100泵。泵头有一个很大的吸料口,每个输送缸有220mm截面的压力阀。BGRIMM Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy 4、超大规模充填系统的思考 4、超大规模充填系统的思考 4.1 超大规模充填面临问题 4.1 超大规模充填面临问题 目前常规充填系统能力(80m3/h120m3/h)不能满足其生产能力的需求。充填工作时间长,尾砂存储、沉降浓缩及造浆压力大,从而充填浓度难以保证。采用多套常规系统组合方式,存在投资大、运营成本高、人员多、
24、系统管理难度大、系统可靠性差。充填管线布置复杂、井下充填工艺繁琐、充填生产调度难以控制。BGRIMM Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy 4、超大规模充填系统的思考 4、超大规模充填系统的思考 4.2 实现超大规模充填的途径 4.2 实现超大规模充填的途径 提高单套系统充填能力(200m3/h250m3/h),大大减少充填系统配置数量。实现连续高效充填,减少备用系统数量。连续稳定充填 大能力单套充填系统 大能力连续大能力连续充填系统 充填系统 BGRIMM Beijing General Research In
25、stitute of Mining and Metallurgy 4、超大规模充填系统的思考 4、超大规模充填系统的思考 4.3 实现大能力连续充填的关键技术 4.3 实现大能力连续充填的关键技术 充填尾砂高效浓缩技术 充填尾砂高效浓缩技术 以过滤设备为核心的多段脱水方式 浓密方式 浓密方式 以深锥浓密机为核心的一段脱水方式 压滤机 压滤机 高效脱水浓缩是充填工艺成功应用的前提 高效脱水浓缩是充填工艺成功应用的前提 深锥浓密机 深锥浓密机 以立式砂仓为核心的连续浓缩与放砂方式 连续浓缩与放砂立式砂仓 连续浓缩与放砂立式砂仓 BGRIMM Beijing General Research Ins
26、titute of Mining and Metallurgy 4、超大规模充填系统的思考 4、超大规模充填系统的思考 4.3 实现大能力连续充填的关键技术 4.3 实现大能力连续充填的关键技术 大能力充填料浆制备技术 大能力充填料浆制备技术 使充填料浆制备均匀,实现流态化,为管道输送提供条件。使充填料浆制备均匀,实现流态化,为管道输送提供条件。立式高速活化搅拌混合 立式高速活化搅拌混合 卧式多级连续搅拌混合 卧式多级连续搅拌混合 立式卧式串联制备 立式卧式串联制备 技术难点:目前常规搅拌系统难以满足大流量料浆搅拌需技术难点:目前常规搅拌系统难以满足大流量料浆搅拌需求,需根据相应技术参数进行相
27、配套的搅拌设备设计。求,需根据相应技术参数进行相配套的搅拌设备设计。BGRIMM Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy 4、超大规模充填系统的思考 4、超大规模充填系统的思考 4.3 实现大能力连续充填的关键技术 4.3 实现大能力连续充填的关键技术 充填料浆大流量输送技术 充填料浆大流量输送技术 大流量充填具有充填料浆输送流速大、输送阻力大、管道磨损快等,需进行相应的减阻措施,实现料将稳定输送。(b)充填管道(a)充填管道模型(b)充填管道(a)充填管道模型(c)充填管道出口(c)充填管道出口 BGRIMM B
28、eijing General Research Institute of Mining and Metallurgy 4、超大规模充填系统的思考 4、超大规模充填系统的思考 4.4 大能力连续充填优点 4.4 大能力连续充填优点 单套充填系统能力大(200m3/h250m3/h)可减少系统建设数量、节约投资。实现连续充填可减少备用系统数量。同时运行系统数量少、所需人员少、充填管理相对简单、系统可靠性强。充填管路布置相对简单,易于实现充填生产调度。尾砂采用新型高效浓缩技术,脱水效率高、浓缩效果稳定可靠,易于提高并稳定充填浓度,从而保证充填效果。BGRIMM Beijing General Res
29、earch Institute of Mining and Metallurgy 5、结 语 5、结 语 充填采矿技术是推动地下金属矿绿色开采可持续发展的必由之路。充填采矿技术是推动地下金属矿绿色开采可持续发展的必由之路。构建科学的因地制宜、因矿而异的充填采矿技术新理念,是实现采矿方法创新的关键。构建科学的因地制宜、因矿而异的充填采矿技术新理念,是实现采矿方法创新的关键。充填浓度的稳定性比充填浓度本身更重要,稳定可靠的工艺流程比复杂的自动控制更有效。充填浓度的稳定性比充填浓度本身更重要,稳定可靠的工艺流程比复杂的自动控制更有效。矿山充填质量控制是实现安全高效充填采矿的核心路径。矿山充填质量控制
30、是实现安全高效充填采矿的核心路径。基于充填体力学的矿山充填体强度设计理论与方法,是实现源头降低充填采矿成本的本质。基于充填体力学的矿山充填体强度设计理论与方法,是实现源头降低充填采矿成本的本质。BGRIMM Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy 国家金属矿绿色开采国际联合研究中心 国家金属矿绿色开采国际联合研究中心 National Center for International Joint Research on Green Metal Mining 国家金属矿绿色开采国际联合研究中心国家金属矿绿色开采国际联
31、合研究中心由北京矿冶研究总院联合加拿大渥太华大学、蒙特利尔大学、俄罗斯科学院西伯利亚分院矿业研究所、瑞典吕利欧科技大学、英国帝国理工学院、西澳大利亚大学等世界一流研究机构和大学共同创建。中心是我国金属矿开采领域唯一的国家级国际合作平台。中心是我国金属矿开采领域唯一的国家级国际合作平台。世界上首个专门致力于绿色开采技术的国际化研究与合作平台世界上首个专门致力于绿色开采技术的国际化研究与合作平台。该中心主体研究部门和实验室在北京矿冶研究总院。该中心主体研究部门和实验室在北京矿冶研究总院。中心被科技部认定批准为国家国际联合研究中心。中心被科技部认定批准为国家国际联合研究中心。BGRIMM Beiji
32、ng General Research Institute of Mining and Metallurgy 中心拥有一支高水平的国际化研究团队,包括1名俄罗斯科学院院士、1名加拿大国家工程院院士及十余名国际知名学者。该中心针对世界金属矿绿色开采的发展方向,中心重点开展以下五个方面的研究工作:(1)矿冶工业废弃物资源化利用与新材料制备技术;(2)充填采矿方法创新;(3)尾矿高浓度/膏体充填技术;(4)超深井连续稳定充填技术;(5)井下充填体原位质量监测与评价技术。试验研究技术研发工程设计技术服务 试验研究技术研发工程设计技术服务 国家金属矿绿色开采国际联合研究中心 国家金属矿绿色开采国际联合研究中心 National Center for International Joint Research on Green Metal Mining BGRIMM Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy 谢谢大家!北京矿冶研究总院欢迎您!谢谢大家!北京矿冶研究总院欢迎您!