.522. 工程科学学报，第40卷，第5期 是全国第四大铜矿.矿区属干旱型寒温带，水资源 a1,膏体堆存产生了良好的环保经济效益 匮乏，降雨量少，冬季最低气温达到-43℃ 针对冬季排放问题，矿山采取了冰下排放的方 矿山尾矿排放方式为膏体排放，尾矿浓密采用 式保证排放过程的顺利进行.当冰盖形成后，膏体 两台直径40m深锥浓密机，尾矿入料质量分数为 在冰下完成排放、流动、固结、回水等流程.同时矿 28%左右，底流浓度为70%~72%左右，絮凝剂单 山采取了多种保护措施，例如采用30mm厚度的聚 耗为20gt.采用4台隔膜泵进行输送，管道直径 氨酯塑料对管道进行保温，同时对管道部分段位进 324mm,输送距离最大为4.0km,日排放尾矿量3.9 行电加温，采用“Z”字形布置方式控制管道热胀冷 万t. 缩效应 尾矿排放堆积角在3%~5%左右，堆场膏体流 膏体堆存技术与传统湿排相比，在安全、环保、 动性和固结性良好，风季未见扬尘现象.同时膏体 经济方面具有综合技术优势，具体对比分析如表1 排放系统实现了厂前回水，节水量达到660万t· 所示. 表1传统湿排与膏体排放对比 Table 1 Comparison of conventional wet discharge and paste discharge 项目 传统湿排 膏体排放 堤坝 按挡水坝设计，结构复杂，造价高 结构相对简单，造价低 库容 需考虑蓄水，库容小 仅考虑排洪，库容大 节水 蒸发快，回水困难 回水率高，库内无积水 环保 尾矿饱和，渗透性强，毒、酸、重金属污染地下水 尾矿不饱和，渗透性低，固结快 安全 易震动液化，溃坝风险大，冲击范围广 对堤坝渗流小，即使溃坝不会大范围流动 抗震 地震时易液化，增加溃坝风险 不饱和，不易震动液化 闭坑 矿浆饱和，一般需要2~3a 1a内即可闭库复垦 力，增强系统高效运行可靠性 4 中国膏体技术发展趋势 (3)采场个性化充填. 膏体技术在基础理论、工艺技术、专用设备以及 根据矿山开采技术条件、经济评价指标和充填 新材料研发等方面仍有广阔发展前景.特别是在深 体预定功能实现个性化充填.个性化充填包含了三 地开采、大流量制备和经济成本控制等重要课题下， 个层面的含义：充填工艺个性化、不同采场充填个性 膏体技术仍面临着温度高、应力大、钻孔深、系统可 化和同一采场不同区段充填个性化.个性化充填是 靠性要求高、智能调节与精准控制难以及直接成本 因地制宜，“对症下药”式灵活化解决方案.这也意 高等一系列挑战.为实现深地膏体精准控制、均质 味着未来膏体充填系统应具备“工业4.0”思维，根 制备、可靠输送、采场安全，现阶段亟需开展深地膏 据井下“用户”需求，实现“智能生产” 体充填成套理论及技术研究，为我国深地金属矿安 (4)系统3D模块化设计. 全、高效、经济开采保驾护航.未来我国膏体技术的 通过三维设计软件对膏体系统进行三维模块化 发展需要在以下几个方面进行思考 设计和模拟装配，可实现充填系统虚拟再现，降低了 (1)浓度自适应控制， 设计风险.充填系统的模块化与组合化设计可实现 浓度是影响膏体性能的重要指标，膏体浓度自 充填系统高效装配与运营.将充填系统网格化，既 适应控制是膏体技术的“纳米工程”.如何将在线监 可实现单元的独立设计与装配，又可通过接口实现 测系统与智能调节系统相结合实现浓度的智能感知 快速组合化，有利于提高系统运行效率和系统可 与调节是膏体质量控制的关键 靠性 (2)膏体精密制备 5结论 优良的膏体性能是音体技术的核心，精密制备 是实现膏体预定性能的前提.膏体制备首先需要改 (1)膏体技术实现了固废资源化利用.在井 变粗放型集料控制方式，实现物料精密化管理：其次 下能够有效提高接顶率，控制岩层移动.同时厂 需要加强非对称精准控制理念，实现技术指标合理 前回水实现了水资源循环利用，降低了水资源浪 区间的非对称调节：同时提高设备的精准化控制能 费.有效解决了尾矿库安全、污染问题.膏体技工程科学学报,第 40 卷,第 5 期 是全国第四大铜矿. 矿区属干旱型寒温带,水资源 匮乏,降雨量少,冬季最低气温达到 - 43 益 . 矿山尾矿排放方式为膏体排放,尾矿浓密采用 两台直径 40 m 深锥浓密机,尾矿入料质量分数为 28% 左右,底流浓度为 70% ~ 72% 左右,絮凝剂单 耗为 20 g·t - 1 . 采用 4 台隔膜泵进行输送,管道直径 324 mm,输送距离最大为 4郾 0 km,日排放尾矿量 3郾 9 万 t. 尾矿排放堆积角在 3% ~ 5% 左右,堆场膏体流 动性和固结性良好,风季未见扬尘现象. 同时膏体 排放系统实现了厂前回水,节水量达到 660 万 t· a - 1 ,膏体堆存产生了良好的环保经济效益. 针对冬季排放问题,矿山采取了冰下排放的方 式保证排放过程的顺利进行. 当冰盖形成后,膏体 在冰下完成排放、流动、固结、回水等流程. 同时矿 山采取了多种保护措施,例如采用 30 mm 厚度的聚 氨酯塑料对管道进行保温,同时对管道部分段位进 行电加温,采用“ Z冶字形布置方式控制管道热胀冷 缩效应. 膏体堆存技术与传统湿排相比,在安全、环保、 经济方面具有综合技术优势,具体对比分析如表 1 所示. 表 1 传统湿排与膏体排放对比 Table 1 Comparison of conventional wet discharge and paste discharge 项目 传统湿排 膏体排放 堤坝 按挡水坝设计,结构复杂,造价高 结构相对简单,造价低 库容 需考虑蓄水,库容小 仅考虑排洪,库容大 节水 蒸发快,回水困难 回水率高,库内无积水 环保 尾矿饱和,渗透性强,毒、酸、重金属污染地下水 尾矿不饱和,渗透性低,固结快 安全 易震动液化,溃坝风险大,冲击范围广 对堤坝渗流小,即使溃坝不会大范围流动 抗震 地震时易液化,增加溃坝风险 不饱和,不易震动液化 闭坑 矿浆饱和,一般需要 2 ~ 3 a 1 a 内即可闭库复垦 4 中国膏体技术发展趋势 膏体技术在基础理论、工艺技术、专用设备以及 新材料研发等方面仍有广阔发展前景. 特别是在深 地开采、大流量制备和经济成本控制等重要课题下, 膏体技术仍面临着温度高、应力大、钻孔深、系统可 靠性要求高、智能调节与精准控制难以及直接成本 高等一系列挑战. 为实现深地膏体精准控制、均质 制备、可靠输送、采场安全,现阶段亟需开展深地膏 体充填成套理论及技术研究,为我国深地金属矿安 全、高效、经济开采保驾护航. 未来我国膏体技术的 发展需要在以下几个方面进行思考. (1)浓度自适应控制. 浓度是影响膏体性能的重要指标,膏体浓度自 适应控制是膏体技术的“纳米工程冶. 如何将在线监 测系统与智能调节系统相结合实现浓度的智能感知 与调节是膏体质量控制的关键. (2)膏体精密制备. 优良的膏体性能是膏体技术的核心,精密制备 是实现膏体预定性能的前提. 膏体制备首先需要改 变粗放型集料控制方式,实现物料精密化管理;其次 需要加强非对称精准控制理念,实现技术指标合理 区间的非对称调节;同时提高设备的精准化控制能 力,增强系统高效运行可靠性. (3)采场个性化充填. 根据矿山开采技术条件、经济评价指标和充填 体预定功能实现个性化充填. 个性化充填包含了三 个层面的含义:充填工艺个性化、不同采场充填个性 化和同一采场不同区段充填个性化. 个性化充填是 因地制宜,“对症下药冶式灵活化解决方案. 这也意 味着未来膏体充填系统应具备“工业 4郾 0冶思维,根 据井下“用户冶需求,实现“智能生产冶. (4)系统 3D 模块化设计. 通过三维设计软件对膏体系统进行三维模块化 设计和模拟装配,可实现充填系统虚拟再现,降低了 设计风险. 充填系统的模块化与组合化设计可实现 充填系统高效装配与运营. 将充填系统网格化,既 可实现单元的独立设计与装配,又可通过接口实现 快速组合化,有利于提高系统运行效率和系统可 靠性. 5 结论 (1)膏体技术实现了固废资源化利用. 在井 下能够有效提高接顶率,控制岩层移动. 同时厂 前回水实现了水资源循环利用,降低了水资源浪 费. 有效解决了尾矿库安全、污染问题. 膏体技 ·522·