基于时空维度的矿山采充平衡管理的研究

采出空间体积与尾砂、废石充填量之间的平衡是保持采用充填采矿法回采的金属矿山采选生产有序进行并实现无废开采的前提。为了从理论方面更加系统地指导矿山的采充平衡管理工作,通过对一定时期内矿山采选产生的选矿尾砂量、掘进废石量以及采出空间体积进行定量分析,得出各自的数学表达式,并在此基础上建立基于空间维度和时间维度的联系方程及其具体的数学模型。针对可充填空间管理及充填采场数量的问题,提出相关对策,作为采充平衡管理的补充措施,同时以南京栖霞山铅锌矿的采充平衡管理实践为例,分别从空间维度及时间维度两方面进行验证分析,证明基于时空维度建立的矿山采充平衡数学模型符合生产实际,能够为矿山企业采充平衡管理提供有效的指导和帮助。     

云南某矿山尾矿库分级尾砂用于矿山充填试验研究

为研究矿山尾矿库分级尾砂用于矿山充填,主要从尾矿库分级尾砂的物理化学性质、粒级组成进行了分析研究,进行分级尾砂的沉降性试验、坍落度试验和强度试验。试验结果表明,尾矿分级尾砂充填料浆的灰砂比1∶4～1∶8、料浆浓度68%～72%时料浆具有较好的流动特性、可泵性和充填体单轴抗压强度,论证了尾矿库分级尾砂可用于矿山充填,提升了矿山充填生产能力和固废物处置能力,有效解决了矿山采充平衡问题,可为同类矿山提供参考借鉴。     

硬岩铀矿无废协同开采模式及技术研究

针对我国硬岩铀矿开采中效率低、损失大以及堆浸铀尾渣、含放射性废石处置难等问题，结合“协同开采”理念，提出了硬岩铀矿无废协同开采模式。该模式通过调整回采工程布置，优化充填与尾废处置 工艺流程，采取相应的工程技术措施，使采矿与堆浸、采矿与充填、充填与堆排在时间和空间上实现协同，达到安全高效开采铀矿资源和无废处置铀矿冶尾废的目的。以粤北某铀矿为例，分析了现有上向分层干式充 填法和堆浸、尾废处置工艺的特点，开展了堆浸铀尾渣充排试验，改进了采矿方法，设计了采—充—排协同工艺方案，并对其工程应用效果进行了评价。研究表明：灰砂比为1∶10和1∶14、质量浓度为76%的充填体， 能够满足该矿机械化上向分层充填法和地表同步固化堆排的要求；采用无废协同开采模式后，采场生产能力和回采率可分别提升至135 t/d和88.86%，含放射性废石达到地表零排放，堆浸铀尾渣通过井下胶结充填和地 表固化堆排得到了有效处置，矿山经济效益和环境质量得以明显提升。     

脱水尾砂精准配料强制均化制备结构流充填工艺

充填是实现大宗矿山尾废资源化利用和建设绿色矿山的重要途径,针对脱水尾砂充填料浆制备的给料、计量和均化技术难题,通过充填材料试验和充填工艺方案配置研究,开发了脱水尾砂精准配料强制均化制备结构流充填工艺。工艺采用粗精秤给料方式,静态斗式秤计量技术,强制活化和储料均化两段式搅拌制备技术,配合自控系统,充填物料配料误差≤0.7%,能制备高浓度似均质稳态结构流充填料浆。脱水尾砂储料充足时,系统能够实现连续充填。该工艺对采充不均衡矿山具有较强适应性,能用于机械脱水尾砂和尾矿库取砂的矿山,建设投资小、周期短,特别适宜中小型矿山充填建站。     

基于正交试验充填体力学性能及配比优化研究

针对矿山充填开采成本较高、尾砂和废石等固废处置困难等问题,以废石、尾砂为实验材料,通过正交试验法确定质量浓度、灰砂比及废石掺量对粗骨料胶结充填体流动性及力学性能的影响规律,并确定出合理的配比参数。结果表明：质量浓度、废石掺量及灰砂比均为充填料浆坍落度的显著性影响因素,其中质量浓度的影响最为关键;方差分析结果表明,质量浓度、灰砂比能够对充填体3d及28d抗压强度有显著性影响,而当废石掺量为5%~20%时,废石掺量对粗骨料充填体抗压强度无显著性影响;多元线性回归模型能够准确的反映出粗骨料胶结充填体抗压强度及坍落的变化规律,且构建三维可视化模型能够直观反映出质量浓度、灰砂比及废石掺量的复合作用对充填体性能的影响;基于建立的充填体配比参数寻优模型可得出一组合理的配比参数为：灰砂比为1:9.5,质量浓度为80%,废石掺量为20%。     

废石充填工艺在大红山铜矿的应用研究

介绍了大红山铜矿坚持走绿色环保的矿山发展思路,在生产组织过程中,充分利用掘进工程产生的废碴充填采空区,努力做到废石"零排放",减轻了提升系统压力,降低了生产成本,并加大对尾砂充填系统的改造力度,缓解了采充矛盾.     

龙桥铁矿无尾矿山建设的可行性试验研究

为加强龙桥铁矿无尾矿山建设,实现绿色矿山建设目标,结合龙桥铁矿实际,通过试验研究和充填系统分析,论证了全尾砂粗细分离、胶结充填细尾砂、商业利用或非胶结充填粗尾砂的技术可行性。结果表明,只要采用高性能胶固料,选择好全尾砂的分级点,即可在投资改造不大的情况下,利用原矿山充填系统达到无尾排放目标,提高矿山效益。     

煤矿矸石井下分选协同原位充填开采方法

煤矿开采伴随着矸石等固废排放和采场矿压与地表沉陷控制问题,推进煤矿绿色开发将是从源头上保护矿区生态环境的重要手段,统筹考虑煤炭采掘、原煤加工和固废排放的关系对于建设绿色矿山尤为重要,而煤矿井下采-选-充协同将是从根本上解决上述问题的技术途径。基于此,在充分考虑采煤、分选和充填基础上,以井下分选为核心,围绕充填开采方法构建了煤矿矸石井下分选协同原位充填开采模式,阐述了煤矿井下采、选、充系统的时空协同关系,揭示了"就近分选+原位充填"的科学内涵,实现了充填能力与分选能力匹配、采充系统与分选系统布置、采充工艺与分选工艺组织和矸石物流运输与调控4个方面的协同;提出了实现不同目标层次的煤矿矸石井下分选协同原位充填开采技术体系,主要包括全粒级分选、煤矸分离和毛煤排矸3个不同等级的井下煤矸分选技术和实现采场矿压与地表沉陷控制、矸石处理和资源回收不同目标的井下原位充填技术2个方面;分析评价了新型跳汰分选、旋流器分选、重介浅槽分选、动筛跳汰分选和γ射线分选5种井下煤矸分选方法的适用性,给出了煤矿矸石井下分选方法选择流程,确定了煤矿矸石井下分选系统及巷硐布置要求,探讨了煤矿井下全粒级分选的发展方向;提出了全采全充、全采局充、局采局充和局采全充4种典型充填开采方法,明确了4种典型充填开采方法的定义、系统布置及技术优势,形成了充填开采方法选择流程,进一步对比分析了4种典型充填开采方法的地表沉陷与采场矿压控制效果。研究成果为实现煤矿煤炭开采、井下分选和矸石处理集约化提供技术借鉴,进一步丰富我国煤矿绿色开采的技术体系。     

短流程无砂仓分级尾砂胶结充填工艺

为满足低品位难采矿床低成本高效充填的生产要求,通过研究分级尾砂胶结充填流量与浓度控制,分析优化矿山生产作业循环和尾砂分级旋流器组,研发了短流程无砂仓分级尾砂胶结充填工艺,充填系统不建砂仓,建设时间缩短为4个月,减少投资70%、降低运行成本20%,灰砂比1∶4胶结充填体28d强度达到3.2 MPa,实现了安全开采和采充选作业有序循环,提高了矿山的盈利能力。     

喀拉通克铜镍矿戈壁-冶炼渣胶结充填试验研究

新疆喀拉通克铜镍矿采用戈壁料作为矿山充填骨料,随着国家对矿山开采环保要求的不断提高,开采大量的戈壁料,不仅破坏生态环境,而且充填成本过高。同时矿山存在大量的冶炼渣、尾砂等固体废弃物难以处理,故本文基于冶炼渣、尾砂等固废开展制备充填料浆试验研究,从而实现固废生态化充填利用技术,进而降低矿山充填成本。本文首先分析了冶炼渣、尾砂等固废物理化学特性,测试了不同骨料配比组成料浆的流动性及泌水性能,确定了最佳的比例参数范围,并在此基础上开展了充填体强度测试试验,最终结合矿山采矿工艺对充填体的强度要求,确定了最佳的配比参数。     

基于多元非线性回归的井下采场充填体强度预测及评价

充填系统试运行期间各采场充填配合比变化非常大,如何准确掌握井下各采场充填体强度对相邻采场开采的安全至关重要。采用L25(56)正交试验,开展25组充填配合比室内试验,测得了各配合比不同龄期充填体强度值,采用EXCEL及SPSS相结合的方法,推导出了充填体强度与料浆体积分数、水泥掺量、人工砂尾砂比的回归方程;根据136个充填配合比室内实验充填体强度值与实际生产测定值的统计,获得了两者之间的强度折减系数。采用上述回归方程及强度折减系数,计算出了充填系统试运行期间200余条不同充填配合比进路的充填体强度值。     

膏体—地聚物协同效应的铀尾矿井下充填处置体系构建

铀尾矿井下充填处置是铀矿“协同开采”理念的重要技术支撑，但铀尾矿复杂的物理化学性质影响了胶结充填体的固结固化特性，进而制约了铀尾矿骨料胶结充填技术的应用。基于膏体和地聚物特性的协 同效应，针对铀尾矿地表堆置和常规井下充填处置存在的问题，提出了基于地聚物分割包裹—膏体稳固协同固化的铀尾矿井下充填设想。铀尾矿井下胶结充填体的技术指标包括机械强度、化学稳定、抗浸出性、氡析 出率和增容特性，物料组成包括铀尾矿骨料、地聚物基材、矿黏合剂、外加剂、功能矿物和水等，制备与充填过程的关键工艺为铀尾矿颗粒级配重构、充填材料多元复配以及充填质量的原位监测与动态调整技术。以 某铀尾矿库尾砂、复配冶炼矿渣等材料为研究对象进行了验证试验，当水固比为0.25、灰砂比为1:4时，充填体试件在（20±1）℃、湿度≥95%条件下养护28 d后，试件的最大单轴抗压强度为17.65 MPa，表明基于地 聚物的铀尾矿膏体充填体制备具备可行性。该充填体系的构建对于促进膏体充填技术在低或极低放射性固体废弃物处置领域的应用具有一定的意义。     

尾砂自流充填系统中立式砂仓的研究及应用现状

随着国家绿色发展理念导向政策的贯彻落实,绿色开采技术已成为矿山的创新主方向。充填采矿法具有安全、回采率高、对地表生态环境破坏较小等一系列不可替代的优点,越来越多的矿山开始建立充填系统实现充填采矿。立式砂仓作为尾砂自流充填系统的核心环节,具有装砂、储砂、放砂功能。其中,放砂尤其重要,放砂底流浓度和砂浆流量是影响充填效率与成本的重要因素。文章对立式砂仓的研究应用现状做了相关介绍,并根据现有研究成果对尾砂自流充填系统中立式砂仓放砂的研究方向进行了探讨。     

铁矿废石及尾矿资源综合利用与绿色矿山建设

铁矿资源开采和选矿过程产生的铁废石和尾矿是影响铁矿行业可持续发展的主要固体废弃物。随着铁矿资源的大量开采和选矿,产生的大量铁废石和尾矿对矿区生态、周边大气、地下水及土壤产生了巨大的危害,急需开展资源化利用和绿色矿山建设。作者结合多年来从事地质材料与工程、尾矿资源综合利用及绿色矿山建设的研究经历,分别介绍了铁矿废石和尾矿在砂石骨料、混凝土、3D打印、路基、建筑材料、有价组分回收、石塑复合板材、尾矿复合肥及矿山地质生态复垦等方面的资源综合利用与新材料的研究、开发及工程应用。在分析国外绿色矿山建设法律法规的基础上,根据国家自然资源部行业绿色矿山建设规范要求,论述了铁矿行业尾矿固废资源化利用与绿色矿山建设的必要性,并对绿色矿山建设提出建设性意见。     

建筑石料用灰岩矿绿色矿山建设研究

为加快转变矿业发展方式,更好地部署开展绿色矿山建设,分析了灰岩矿矿山地形地貌及开采现状。基于此,制定了绿色矿山建设指标,设计了绿色矿山主要建设工程,主要包括矿区环境建设工程、资源综合利用工程、节能减排工程、矿山环境保护与土地复垦工程以及数字化矿山工程等。研究实现了矿区整体环境整洁美观以及矿山石料加工厂生产线及传输带应全封闭,保证了资源合理开发、有效利用,淘汰了高能耗、高污染、低效率工艺和设备,确保能耗指标达到国家规定要求等目标。     

金属矿露天坑与地下空区尾矿协同充填清洁生产

针对露天坑和地下空区诱发地质灾害、尾矿库存在溃坝风险和破坏区域环境等问题，以金属矿露天转地下开采矿山工程为研究对象，结合阶段空场嗣后充填法开采，发明了不均匀尾矿充填体制作与取样装 置，基于流体弗劳德准则，结合现场原位取样力学试验，提出了考虑尾矿充填强度不均匀特性的强度计算方法；基于测量学与系统工程理论，提出了露天坑与地下空区三维信息提取和尾矿协同充填与排水技术；运用 流体力学和有限元理论构建了一次充填高度和挡墙构筑位置参数优化三维模型，形成了高效—材料再用—低成本轻型挡墙尾矿充填封闭技术。研究成果在石人沟铁矿得到应用，建成了原矿200万t/a的铁矿床露天转地 下开采尾矿充填清洁技术工程示范，取得的主要技术指标为尾矿综合利用率达到100%、嗣后充填成本25元/t、挡墙构筑效率0.016道/(人·时)、构筑成本606元/m2。突破了露天坑与地下空区尾矿协同充填技术瓶颈， 完善了矿山尾矿处置理论与技术，实现了尾矿零排放，消除了露天坑与地下空区安全隐患，推动了冶金矿山生态文明建设，加快了资源绿色开采进程。     

胶结充填技术在金属矿山中的应用现状与发展趋势

充填采矿技术因其充分利用尾砂充填采空区,减少矿山尾废的地表堆存,抑制采空区沉降,有效确保矿山绿色、安全、高效开采,得以在地下金属矿山广泛应用。胶结充填技术的发展与革新对金属矿山开采产生了深远影响,解决了矿山生产诸多技术难题。从不同胶结充填技术的发展情况入手,重点论述胶结充填技术在国内外的研究现状,通过对胶结充填技术实际应用成果分析,预测其在地下金属矿山的发展趋势,并基于智能开采、绿色开采、深部开采的理念,展望胶结充填技术的应用前景。     

矿山充填技术的演进历程与基本类别

充填采矿技术是实现矿山绿色发展的重要技术载体，在历时几十年矿山实践中有了长足发展。在综述常规矿山充填技术发展历程和基本类别的基础上，提出以矿山充填、固废处置、采空区再利用、地热开 发、战略资源储备和智能控制等为协同发展目标，以充填能效为发展主线，将矿山充填技术演进历程划分为体积性充填、结构性充填、功能性充填和智能性充填4个阶段，分别从概念、功能和基本类别等进行了论述。 认为目前矿山充填发展阶段为结构性充填，随着矿山生产实践与科学技术的不断发展，功能性充填和智能性充填将成为矿山充填发展的新方向，进一步革新充填材料、充填工艺和充填装备，将对深地矿产资源开发与 未来矿山转型升级等产生重要而又深远的影响。     

非煤矿山重大安全隐患整体解决方案研究

针对我国非煤矿山重大隐患-采空区及尾矿库,提出了塌陷区尾砂干式堆放、露天坑尾砂堆放、尾砂充填采空区技术等整体解决方案的技术措施,把重大安全隐患治理与矿山固体废弃物处置结合起来,实现以废治患、矿区和谐发展。