(2)国内充填技术的发展历程。
我国充填工艺起步于20世纪50年代以处理废弃物为目的的废石干式充填,废石干式充填法曾在50年代初期成为中国主要的采矿方法之一,如1955年有色金属地下开采矿山中该方法应用比例高达54.8%。随着回采技术的发展,废石干式充填因其效率低、生产能力小和劳动强度大,已不能满足“三强”(强采、强出、强充)采矿生产的需要。因而,自1956年开始,国内干式充填法所占的比重逐年下降,到1963年在有色矿山的产量仅占0.7%,处于被淘汰的地位。
我国的水砂充填工艺是从20世纪60年代开始采用的,1965年在锡矿山南矿为了控制大面积地压活动,首次采用了尾砂水力充填工艺,有效地减缓了地表下沉;湘潭锰矿为防止矿坑内因火灾,从1960年开始采用碎石水力充填工艺,取得了较好的效果;70年代铜绿山铜铁矿、招远金矿和凡口铅锌矿等矿山都先后成功应用了尾砂水力充填工艺;进入80年代后,分级尾砂充填工艺与技术应用更加广泛,安庆铜矿、张马屯铁矿、三山岛金矿等60余座有色、黑色和黄金矿山都推广应用了该项工艺技术。
由于非胶结充填体无自立能力,难以满足采矿工艺的高回采率和低贫化率的需要,20世纪60—70年代,中国开始开发和应用尾砂胶结充填技术。在这一阶段尾砂胶结充填技术研究内容主要包括充填骨料的物理力学性质和化学成分对充填体的影响、充填料与围岩的相互作用、充填体的稳定性和充填胶凝材料。这一时期的胶结充填均为传统的混凝土充填,即完全按建筑混凝土的要求和工艺制备来输送胶结充填料,如凡口铅锌矿从1964年开始采用风力输送充填料,充填体水泥单耗为240kg/m3;金川龙首镍矿亦于1965年开始应用以戈壁集料作为充填骨料的胶结充填工艺,并采用电耙接力输送,其充填体水泥单耗为200kg/m3。这种传统的粗骨料胶结充填输送工艺复杂,且对物料的级配要求较高,因而一直未获得大规模推广使用,到20世纪70—80年代,几乎被细砂胶结充填完全取代(如凡口铅锌矿、招远金矿和焦家金矿等矿山)。细砂胶结充填以尾砂、天然砂和棒磨砂等材料作为充填骨料,以水泥为主要胶结剂,集料与胶结剂通过搅拌制备成料浆后,以两相流管道输送方式输入采场进行充填。因细砂胶结充填兼有胶结强度和适于管道水力输送的特点,自80年代开始在凡口铅锌矿、小铁山铅锌矿、康家湾铅锌矿、黄沙坪铅锌矿、铜绿山铜矿等20余座矿山得到推广应用。
尾砂胶结充填虽然具有较高充填体强度、良好的管道输送特性,但由于使用大量水泥作为胶结剂,使充填成本增加,而且受自流管道输送浓度限制,普通的料浆质量浓度不高(一般70%以下),充入采场后,大量的水分必须通过滤水设施排出,不仅增加了排水费用、污染了井下环境,而且降低了充填体强度。为进一步降低采矿成本,提高充填质量,保护地表环境,20世纪80—90年代,发展了块石胶结充填、高浓度全尾砂胶结充填和膏体充填等新型充填技术。
我国各种充填技术发展历程大致如图1-1所示。
图1-1充填技术发展历程