程海勇等：金属矿山固废充填研究现状与发展趋势 ·19 Temperature Stress Electrical conductivity Analysis station Pore water pressure Data acquisition instrument hantek Multiple field monitors 图13充填体多场耦合监测系统 Fig.13 Multi-field coupling monitoring system for backfill 3充填材料制备与输送 固粉、固结粉等新型胶凝材料 3.1充填材料要求 3.2全尾砂深度浓密 充填材料一般由惰性材料、活性材料和改性 根据不同的充填工艺，砂浆制备可采用卧式 材料3大类组成.惰性材料是充填料浆的主体，起 砂仓、立式砂仓、深锥浓密机或压滤机等设备.卧 到骨架支撑作用，也是形成充填功能的主要成分 式砂仓一般用于储存废石、尾砂、河沙、山砂、棒 活性材料主要起到胶结作用，使惰性材料凝结成 磨砂等干料，由电耙、抓斗或水枪出料，经皮带运 具有一定强度的整体：改性材料一般包括絮凝剂、 输机输送.立式砂仓是储存自然沉淀饱和砂的一 泵送剂、减水剂和早强剂等，主要起到改善沉降 种筒仓，一般将低浓度全尾砂浆或分级尾砂浆由 性、流动性以及强度等作用 仓顶输入，通过多次自然沉降、溢流水排出、水力 充填材料选用时一般要满足6个方面的技术 造浆或风力造浆或风水联动造浆等环节将低浓度 要求.(1)材料来源充足，便于采集、加工和运输， 尾砂浆制备成较高浓度的底流砂浆.单系统立式 保证充填质量的稳定；(2)有效降低充填成本，实 砂仓一般不具有连续性，生产效能低，多采用立式 现采矿活动的经济化运行：(3)固废利用，最大限 砂仓组的形式协调实现工艺的连续.压滤机是通 度利用固体废弃物，实现变废为宝，并符合国家政 过陶瓷等特殊过滤介质将低浓度砂浆中的液体析 策要求；(4)无毒无害，不会对地下水体产生有毒 出，生产出质量分数大于90%的滤饼状砂体，通过 有害的影响；(5)工艺简单，应尽可能减少工艺的 皮带运输机或汽车运送至尾矿库进行干排，但压 复杂程度，生产流程简约化：(6)保证充填体质量， 滤机能耗较高，生产效率低.深锥浓密机通过重 满足采矿工艺需求，实现安全回采. 力、化学力和耙架剪切力等联合作用，可将低浓度 充填材料具有显著的地域特征，充填材料的 全尾砂浆制备成高浓度底流砂浆，是实现尾砂深 配比一般无固定组成.对于膏体充填，最新颁布的 度浓密的重要装备，同时可实现连续进料、连续出 《全尾砂膏体充填技术规范》(GB/T39489一2020)， 料的连续性工艺，生产效率高，得到了越来越广泛 要求全尾砂粒径组成中小于20μm的尾砂含量应 的应用 大于15%；粗骨料粒径范围应在4.75~20mm,细 随着充填理论与技术的不断提升，对底流砂 骨料粒径应在0.075~4.75mm. 浆的浓度以及稳定性要求趋于精细化.浓密理论 在20世纪70年代，一般选用普通硅酸盐水泥 经历了以下4个阶段24-2习：(1)1916年提出的Coe- 或复合硅酸盐水泥作为充填胶凝材料：80年代开 Clevenge模型，简称C-C沉降模型，该模型仅考虑 发了以铝矾土、石灰、石膏和多种无机原料为基 了自由沉降作用；(2)1951年提出的Kynch模型， 配制的高水材料：21世纪面向低成本、节能环保 该模型能够预测固体通量，但无法有效预测泥层 高效为主题，以粉煤灰、矿渣、冶炼炉渣、磷石膏 高度；（3)1978年提出的Buscall-White模型，简 等具有潜在胶凝活性的材料为基础原料开发了胶 称B-W模型，该模型提出了脱水表征参数：(4)2009Temperature Stress Electrical conductivity Pore water pressure Analysis station Data acquisition instrument Multiple field monitors 图 13    充填体多场耦合监测系统 Fig.13    Multi-field coupling monitoring system for backfill 3    充填材料制备与输送 3.1    充填材料要求 充填材料一般由惰性材料、活性材料和改性 材料 3 大类组成. 惰性材料是充填料浆的主体，起 到骨架支撑作用，也是形成充填功能的主要成分； 活性材料主要起到胶结作用，使惰性材料凝结成 具有一定强度的整体；改性材料一般包括絮凝剂、 泵送剂、减水剂和早强剂等，主要起到改善沉降 性、流动性以及强度等作用. 充填材料选用时一般要满足 6 个方面的技术 要求. （1）材料来源充足，便于采集、加工和运输， 保证充填质量的稳定；（2）有效降低充填成本，实 现采矿活动的经济化运行；（3）固废利用，最大限 度利用固体废弃物，实现变废为宝，并符合国家政 策要求；（4）无毒无害，不会对地下水体产生有毒 有害的影响；（5）工艺简单，应尽可能减少工艺的 复杂程度，生产流程简约化；（6）保证充填体质量， 满足采矿工艺需求，实现安全回采. 充填材料具有显著的地域特征，充填材料的 配比一般无固定组成. 对于膏体充填，最新颁布的 《全尾砂膏体充填技术规范》(GB/T 39489—2020)， 要求全尾砂粒径组成中小于 20 μm 的尾砂含量应 大于 15%；粗骨料粒径范围应在 4.75～20 mm，细 骨料粒径应在 0.075～4.75 mm. 在 20 世纪 70 年代，一般选用普通硅酸盐水泥 或复合硅酸盐水泥作为充填胶凝材料；80 年代开 发了以铝矾土、石灰、石膏和多种无机原料为基 配制的高水材料；21 世纪面向低成本、节能环保 高效为主题，以粉煤灰、矿渣、冶炼炉渣、磷石膏 等具有潜在胶凝活性的材料为基础原料开发了胶 固粉、固结粉等新型胶凝材料. 3.2    全尾砂深度浓密 根据不同的充填工艺，砂浆制备可采用卧式 砂仓、立式砂仓、深锥浓密机或压滤机等设备. 卧 式砂仓一般用于储存废石、尾砂、河沙、山砂、棒 磨砂等干料，由电耙、抓斗或水枪出料，经皮带运 输机输送. 立式砂仓是储存自然沉淀饱和砂的一 种筒仓，一般将低浓度全尾砂浆或分级尾砂浆由 仓顶输入，通过多次自然沉降、溢流水排出、水力 造浆或风力造浆或风水联动造浆等环节将低浓度 尾砂浆制备成较高浓度的底流砂浆. 单系统立式 砂仓一般不具有连续性，生产效能低，多采用立式 砂仓组的形式协调实现工艺的连续. 压滤机是通 过陶瓷等特殊过滤介质将低浓度砂浆中的液体析 出，生产出质量分数大于 90% 的滤饼状砂体，通过 皮带运输机或汽车运送至尾矿库进行干排，但压 滤机能耗较高，生产效率低. 深锥浓密机通过重 力、化学力和耙架剪切力等联合作用，可将低浓度 全尾砂浆制备成高浓度底流砂浆，是实现尾砂深 度浓密的重要装备，同时可实现连续进料、连续出 料的连续性工艺，生产效率高，得到了越来越广泛 的应用. 随着充填理论与技术的不断提升，对底流砂 浆的浓度以及稳定性要求趋于精细化. 浓密理论 经历了以下 4 个阶段[24−25] ：（1）1916 年提出的 Coe‒ Clevenge 模型，简称 C‒C 沉降模型，该模型仅考虑 了自由沉降作用；（2）1951 年提出的 Kynch 模型， 该模型能够预测固体通量，但无法有效预测泥层 高度；（ 3） 1978 年提出的 Buscall‒White 模型，简 称 B‒W 模型，该模型提出了脱水表征参数；（4）2009 程海勇等： 金属矿山固废充填研究现状与发展趋势 · 19 ·