.518. 工程科学学报，第40卷，第5期 的经济发展起到了不可替代的作用].然而，矿山 水、牙膏状结构流体.传统意义上，膏体具有不离 开采过程中的安全与环境问题，也制约着我国矿产 析、不沉淀、不脱水的特性.由于膏体材料来源广 资源的可持续发展. 泛，材料特性差异性巨大，膏体指标的量化具有一定 矿业多年的粗放型模式产生了大量的固体废弃 困难.国内外学者从多个层面对膏体定义进行了判 物，不仅大面积占用地表资源，也是诱发泥石流和尾 定.国际上主要是从屈服应力角度进行的研究，认 矿库溃坝事故的隐患.同时，矿业在开采地下资源 为料浆的屈服应力大于200±25Pa时，可以视为膏 过程中，遗留了大量的采空区，不仅威胁井下作业安 体[21-].国内早期通常采用塌落度和分层度指标 全，也是诱发矿震和地表塌陷的隐患.膏体充填利 来表征膏体，认为音体的塌落度在15~25cm,分层 用相关技术，将地表固体废弃物（尾砂）制备成膏 度小于2cm2s-2],吴爱祥和王洪江s]从饱和率、泌 体，充填到井下采空区，是解决矿业开采引发的环境 水率角度对膏体定义进行了完善，认为膏体泌水率 污染、安全隐患、资源浪费[3]等问题的首选方法. 应在1.5%~5.0%范围内. 针对矿业发展的诸多问题，国家也在不断寻求 1.2膏体技术在我国的发展历程 解决方案.2005年中国矿业联合会正式提出了“绿 20世纪90年代，我国开始对以膏体技术为核 色矿山”的概念.2017年，国家税务总局与国土资 心的绿色采矿技术进行探索与实践.1996年，金川 源部联合发布公告：“三下”充填矿山，资源税减征 集团股份有限公司建成了我国第一个膏体充填系 50%:根据《中华人民共和国环境保护税法》，自 统，拉开了我国膏体充填技术的序幕[26].2006年， 2018年1月1日起，尾矿排放环保税征收15元· 云南会泽铅锌矿建成我国第一套深锥浓密膏体充填 ·.一系列法律法规及相关制度不断出台，“绿色 开采”的概念逐渐落实到实际工作中[6-] 系统，实现尾矿零排放，并首次将冶炼渣用于井下充 膏体技术经过多年的探索与实践，在全尾砂浓 填，既提高了充填体强度又减少了冶炼固体废弃物 密脱水0-]和结构流长距离管道泵压输送理论与 的排放[27].2010年，乌山铜钼矿建成了国内第一家 技术[-6等方面取得了重大突破，实现了全尾固废 音体堆存系统，并实现了冬季冰下排放[].2014 的全部利用，解决了尾矿库排放安全与环境污染问 年，伽师铜矿建立了高泥高黏膏体充填系统，同时成 题，同时提高了井下回采安全.膏体技术的实践证 为设备国产化示范项目[].目前，金欣钼铅锌多金 明其在安全、环保、经济、高效等方面具有综合技术 属矿正在建设单系统充填能力500m3h-1,日充填 优势[-】，在世界上得到了广泛认可和应用，被誉 能力1.8万m3的膏体充填系统. 为21世纪绿色开采新技术. 膏体技术已成为中国矿山应用与研究的热点， 在黑色、有色、黄金、煤炭等系统发展迅速.据不完 1膏体技术概述 全统计，1996~2017年间，国内采用膏体技术的矿山 1.1膏体的基本概念 共244座，其中采用膏体充填技术金属矿山165座， 膏体是多尺度散体材料与水复合而成的无泌 煤矿69座，采用膏体堆存技术的矿山10座，如图1 35 30 ■膏体充填的金属矿 ■膏体充填的煤矿 w ■膏体堆存的矿山 15 10 0 ■ 19961999200020022004200620072008200920102011201220132014201520162017 年份 图1膏体技术在中国应用矿山数量统计(1996~2017年) Fig.1 Number of mines applying paste technology in China (1996-2017)工程科学学报,第 40 卷,第 5 期 的经济发展起到了不可替代的作用[2] . 然而,矿山 开采过程中的安全与环境问题,也制约着我国矿产 资源的可持续发展. 矿业多年的粗放型模式产生了大量的固体废弃 物,不仅大面积占用地表资源,也是诱发泥石流和尾 矿库溃坝事故的隐患. 同时,矿业在开采地下资源 过程中,遗留了大量的采空区,不仅威胁井下作业安 全,也是诱发矿震和地表塌陷的隐患. 膏体充填利 用相关技术,将地表固体废弃物(尾砂) 制备成膏 体,充填到井下采空区,是解决矿业开采引发的环境 污染、安全隐患、资源浪费[3鄄鄄5]等问题的首选方法. 针对矿业发展的诸多问题,国家也在不断寻求 解决方案. 2005 年中国矿业联合会正式提出了“绿 色矿山冶 的概念. 2017 年,国家税务总局与国土资 源部联合发布公告:“三下冶充填矿山,资源税减征 50% ;根据《 中华人民共和国环境保护税法》,自 2018 年 1 月 1 日起,尾矿排放环保税征收 15 元· t - 1 . 一系列法律法规及相关制度不断出台,“绿色 开采冶的概念逐渐落实到实际工作中[6鄄鄄9] . 膏体技术经过多年的探索与实践,在全尾砂浓 密脱水[10鄄鄄13]和结构流长距离管道泵压输送理论与 技术[14鄄鄄16]等方面取得了重大突破,实现了全尾固废 的全部利用,解决了尾矿库排放安全与环境污染问 题,同时提高了井下回采安全. 膏体技术的实践证 明其在安全、环保、经济、高效等方面具有综合技术 优势[17鄄鄄20] ,在世界上得到了广泛认可和应用,被誉 为 21 世纪绿色开采新技术. 图 1 膏体技术在中国应用矿山数量统计(1996 ~ 2017 年) Fig. 1 Number of mines applying paste technology in China (1996鄄鄄2017) 1 膏体技术概述 1郾 1 膏体的基本概念 膏体是多尺度散体材料与水复合而成的无泌 水、牙膏状结构流体. 传统意义上,膏体具有不离 析、不沉淀、不脱水的特性. 由于膏体材料来源广 泛,材料特性差异性巨大,膏体指标的量化具有一定 困难. 国内外学者从多个层面对膏体定义进行了判 定. 国际上主要是从屈服应力角度进行的研究,认 为料浆的屈服应力大于 200 依 25 Pa 时,可以视为膏 体[21鄄鄄22] . 国内早期通常采用塌落度和分层度指标 来表征膏体,认为膏体的塌落度在 15 ~ 25 cm,分层 度小于 2 cm [23鄄鄄24] ,吴爱祥和王洪江[25] 从饱和率、泌 水率角度对膏体定义进行了完善,认为膏体泌水率 应在 1郾 5% ~ 5郾 0% 范围内. 1郾 2 膏体技术在我国的发展历程 20 世纪 90 年代,我国开始对以膏体技术为核 心的绿色采矿技术进行探索与实践. 1996 年,金川 集团股份有限公司建成了我国第一个膏体充填系 统,拉开了我国膏体充填技术的序幕[26] . 2006 年, 云南会泽铅锌矿建成我国第一套深锥浓密膏体充填 系统,实现尾矿零排放,并首次将冶炼渣用于井下充 填,既提高了充填体强度又减少了冶炼固体废弃物 的排放[27] . 2010 年,乌山铜钼矿建成了国内第一家 膏体堆存系统,并实现了冬季冰下排放[28] . 2014 年,伽师铜矿建立了高泥高黏膏体充填系统,同时成 为设备国产化示范项目[29] . 目前,金欣钼铅锌多金 属矿正在建设单系统充填能力 500 m 3·h - 1 ,日充填 能力 1郾 8 万 m 3的膏体充填系统. 膏体技术已成为中国矿山应用与研究的热点, 在黑色、有色、黄金、煤炭等系统发展迅速. 据不完 全统计,1996 ~ 2017 年间,国内采用膏体技术的矿山 共 244 座,其中采用膏体充填技术金属矿山 165 座, 煤矿 69 座,采用膏体堆存技术的矿山 10 座,如图 1 ·518·