金川高應(yīng)力礦床充填采礦技術(shù)研究進(jìn)展與亟待解決的技術(shù)難題

楊志強(qiáng)，高 謙，王永前，陳得信，姚維信

（1.北京科技大學(xué)金屬礦山高效開采與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083；2.金川集團(tuán)股份有限公司，甘肅金昌737100）

金川高應(yīng)力礦床充填采礦技術(shù)研究進(jìn)展與亟待解決的技術(shù)難題

楊志強(qiáng)1，2，高 謙1，王永前2，陳得信2，姚維信2

（1.北京科技大學(xué)金屬礦山高效開采與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083；2.金川集團(tuán)股份有限公司，甘肅金昌737100）

金川鎳礦是世界上少見的大型硫化銅鎳礦床。礦體埋藏深、地應(yīng)力高、地壓大、礦巖體不穩(wěn)固，是目前世界上難采礦床之一。針對金川礦床不利的采礦技術(shù)條件，自建礦50多年來，金川礦山已經(jīng)開展了大量廣泛的采礦技術(shù)研究。本文首先概述了金川礦山工程概況，歸納總結(jié)了金川礦山充填采礦發(fā)展歷程；然后，闡述了金川礦山充填技術(shù)研究以及所取得的研究成果。主要包括：根據(jù)工程地質(zhì)研究和采礦方法試驗(yàn)，選擇了與之相適應(yīng)的下向分層進(jìn)路膠結(jié)充填采礦方法；通過高濃度料漿自流輸送和膏體泵送兩種充填系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)研究，在充填體作用機(jī)理、固體廢物利用、充填料漿流變特性以及管道減阻輸送等方面取得的研究成果；尤其針對膏體充填系統(tǒng)所存在的問題開展了技術(shù)攻關(guān)和系統(tǒng)改造，由此獲得重大科技成果，使膏體充填系統(tǒng)順利達(dá)產(chǎn)。最后指出了目前金川礦山充填開采現(xiàn)狀以及存在的主要問題，并提出了金川大型鎳礦實(shí)現(xiàn)安全、高效、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保充填法開采仍亟待研究解決的關(guān)鍵技術(shù)難題。

金川鎳礦；充填采礦；研究進(jìn)展；技術(shù)難題

1 前言

金川鎳礦是世界上著名的多金屬共生的大型硫化銅鎳礦床，位于我國甘肅省河西走廊龍首山下長6.5 km、寬約500 m的范圍內(nèi)，已探明礦石儲量5.2×108t，鎳金屬儲量5.5×106t，列世界同類礦床第3位；銅金屬儲量3.43×106t，居中國第2位。礦床發(fā)現(xiàn)于1958年，1959年成立永昌鎳礦，1961年更名為金川有色金屬公司，2012年成立金川集團(tuán)股份有限公司。

金川鎳礦1964年生產(chǎn)出第一批電解鎳，經(jīng)過50多年的發(fā)展，金川集團(tuán)股份有限公司已經(jīng)成為國際知名的鎳、銅、鈷、鉑族金屬及化工生產(chǎn)的特大型聯(lián)合企業(yè)。預(yù)計(jì)到2015年，有色金屬及加工材年產(chǎn)量1.5×106t，化工產(chǎn)品4.5×106t；產(chǎn)品年銷售收入1 000億元，年?duì)I業(yè)收入1 500億元。

金川鎳礦目前有龍首礦、二礦區(qū)和三礦區(qū)3個(gè)生產(chǎn)礦山。龍首礦于20世紀(jì)60年代建設(shè)，目前生產(chǎn)能力達(dá)到1.65×106t/a，采用豎井-平巷開拓系統(tǒng)及下向六角形高進(jìn)路膠結(jié)充填法開采。二礦區(qū)1966年開始建礦，1983年投產(chǎn)，采用下向分層機(jī)械化水平進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法開采，目前年產(chǎn)礦石4.5×106t，是金川鎳礦的主力礦山，也是我國乃至世界上最大的下向分層進(jìn)路充填采礦法礦山。金川三礦區(qū)是由原露天礦轉(zhuǎn)型的生產(chǎn)礦山，主要開采原二礦區(qū)2#礦體F17以東的2.122 3×108t礦石，目前年生產(chǎn)礦石已突破2×106t，成為金川集團(tuán)股份有限公司的又一主力礦山。

目前金川礦山年產(chǎn)礦石超過8×106t，并與2015年達(dá)到1×107t。金川礦山充填技術(shù)的進(jìn)步，不僅推動了中國充填采礦技術(shù)的進(jìn)步，而且也對世界充填技術(shù)的發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。

2 金川礦山充填采礦發(fā)展歷程

2.1 金川銅鎳礦床特點(diǎn)與存在的問題

2.1.1 金川銅鎳礦床特點(diǎn)

金川銅鎳礦床特點(diǎn)以及存在的主要問題表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[1]。

1）礦區(qū)地應(yīng)力高。金川礦區(qū)是典型的高地應(yīng)力礦區(qū)，不僅表現(xiàn)在埋藏深、自重應(yīng)力高，而且近似水平方向的構(gòu)造應(yīng)力最大達(dá)到50 MPa，即水平應(yīng)力是垂直應(yīng)力的1.69～2.27倍。

2）礦體厚大。礦區(qū)已發(fā)現(xiàn)351個(gè)礦體，其中1#礦體最大，占礦區(qū)總儲量的76.45%，產(chǎn)于二礦區(qū)4行至28行間的巖體深部，全長1 600 m，平均厚度98 m，其中富礦段長1 300 m，厚69 m。

3）礦石含有多種有用成分，價(jià)值高。礦石特別是富礦，不但鎳銅品位高，同時(shí)還伴生鈷、鉑族等17種元素，可回收利用的金屬達(dá)14種之多。

4）礦巖體破碎。礦床賦存于海西期含礦超基性巖體中，上盤圍巖為二輝橄欖巖，下盤圍巖主要為大理巖、二輝橄欖巖。礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造極其發(fā)育，F(xiàn)16、F15、F26等斷層對礦巖條件產(chǎn)生劇烈影響，使礦巖異常破碎，表現(xiàn)出巖石強(qiáng)度高而巖體穩(wěn)定性差，由此給采礦方法選擇和采場地壓控制帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為此，針對金川礦山的采礦設(shè)計(jì)和采場地壓控制開展了大量的研究[2～10]。

2.1.2 采礦設(shè)計(jì)存在得主要問題

針對金川鎳礦的不良采礦技術(shù)條件，為了探索與之相適應(yīng)的采礦方法，金川鎳礦與國內(nèi)外高等院校和科研單位合作，開展了大量的科學(xué)研究與采礦技術(shù)攻關(guān)，為采礦方法與回采工藝研究、采場地壓控制奠定了基礎(chǔ)。1965年龍首礦原設(shè)計(jì)富礦段采用分層崩落法，貧礦段采用分段崩落法，但由于礦巖破碎、地應(yīng)力大，致使采場作業(yè)條件差、損失貧化率大、木材消耗量高，因此開展了上向分層膠結(jié)充填采礦法研究。還是由于礦巖穩(wěn)定性差，破碎圍巖下作業(yè)安全性差，最終采用下向六角形高進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法。

二礦區(qū)采礦方法和回采工藝經(jīng)歷了多次演變與發(fā)展過程，并且一直存在不同意見之爭。二礦區(qū)建成投產(chǎn)比龍首礦晚20年，建礦投產(chǎn)初期基本上采用的是龍首礦的采礦方法，即在礦巖中等穩(wěn)定條件的東部2＃礦體，采用沿走向5 m間隔垂直分條布置的上向分層充填采礦法，采取“隔一采一”的兩步回采方案。對于礦巖不穩(wěn)定的西部礦體，采用下向高進(jìn)路分層充填采礦法，用電耙出礦。從1985年開始進(jìn)行了幾項(xiàng)重大的采礦方法工業(yè)試驗(yàn)，探索適應(yīng)于該礦床的采礦方法。

1）中國-瑞典采礦方法研究。試驗(yàn)研究包括上向和下向兩個(gè)機(jī)械化盤區(qū)的采礦方法。機(jī)械化上向水平進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法平均生產(chǎn)能力達(dá)1 039 t/d；下向水平進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法平均生產(chǎn)能力達(dá)到817 t/d。

2）Vertical crater retreat采礦方法試驗(yàn)研究。Vertical crater retreat，簡稱VCR采礦法，即為垂直漏斗后退式采礦法，在金川不良巖層條件下能否應(yīng)用？1984—1987年引進(jìn)ROC306型履帶式井下高壓潛孔鉆機(jī)和LF-4.1型鏟運(yùn)機(jī)，創(chuàng)造了采場綜合生產(chǎn)能力為250 t/d的記錄。但因第2個(gè)采場爆破引發(fā)了上盤垮落而中止。說明VCR法不適用于較不穩(wěn)定的礦巖條件。

3）中國-澳大利亞技術(shù)合作大孔空場嗣后一次充填高效率采礦方法試驗(yàn)研究。二礦區(qū)規(guī)劃中計(jì)劃將8 000 t/d提高到17 000 t/d，井下膠帶運(yùn)輸和豎井提升能力均可滿足這一要求。采場生產(chǎn)能力能否進(jìn)一步提高？1988—1992年，金川公司與澳大利亞芒特-艾薩礦業(yè)公司簽訂了技術(shù)合作協(xié)議，在二礦區(qū)東部中等穩(wěn)定的區(qū)段組織大孔空場嗣后一次充填采礦試驗(yàn)，并在選定的（15×8）m2采場，頂部鑿巖硐室四周進(jìn)行了長錨索加固。但在拉槽時(shí)因大孔爆破致使頂盤大量冒落而失敗。

近30多年的采礦生產(chǎn)實(shí)踐證明，下向進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法適用于金川礦床復(fù)雜的開采技術(shù)條件，特別是采用大型機(jī)械化配套設(shè)備，加強(qiáng)科學(xué)管理，能夠提高進(jìn)路及盤區(qū)生產(chǎn)能力，降低礦石損失貧化。同時(shí)還顯示，提高充填技術(shù)和確保充填體質(zhì)量，是控制采場地壓和確保安全采礦的關(guān)鍵技術(shù)。同時(shí)，充填法開采是實(shí)現(xiàn)“采富保貧”和充分回收礦產(chǎn)資源的戰(zhàn)略目標(biāo)的唯一選擇。

2.1.3 深部多中段開采存在的問題

為了滿足下向進(jìn)路充填采礦對充填質(zhì)量和不斷提高充填能力的要求，近30年來金川礦山開展了廣泛而深入的充填采礦技術(shù)研究，研究涉及充填材料、充填工藝、充填裝備以及充填系統(tǒng)的優(yōu)化與改造等方面。不僅確保高地應(yīng)力破碎礦巖條件下的安全生產(chǎn)，而且還使礦山生產(chǎn)能力每年以10%的速度遞增。隨著礦床開采深度的加深，開采面積擴(kuò)大，深部采礦難度也隨之增大。尤其深部多中段開采采場地壓控制以及水平礦柱的穩(wěn)定性等問題，將使二礦區(qū)開采面臨更大挑戰(zhàn)。其主要問題有以下5個(gè)方面。

1）1 150 m中段水平礦柱消失的采場整體穩(wěn)定性。二礦區(qū)1#礦體實(shí)施多中段開采。隨著兩中段間的水平礦柱厚度逐漸減小而改變空區(qū)軸比，從而造成圍巖和充填體應(yīng)力變化，勢必影響采場圍巖和充填體的整體穩(wěn)定。因此水平礦柱回采結(jié)束后，采場圍巖和充填體的穩(wěn)定性如何？是否會發(fā)生充填體的整體脫落？是否會導(dǎo)致采場覆巖發(fā)生大范圍沉陷以及誘發(fā)采場圍巖劇烈活動？這是二礦區(qū)開采面臨的嚴(yán)峻問題。

2）水平礦柱消失后采場地壓顯現(xiàn)規(guī)律與控制。對采場起到支撐作用，抵抗礦區(qū)水平構(gòu)造應(yīng)用的水平礦柱，不僅對采場的整體穩(wěn)定性起到至關(guān)重要的作用，而且還有效地抑制采場地壓。一旦水平礦柱回采結(jié)束轉(zhuǎn)入下個(gè)中段開采，勢必對上個(gè)中段的采場地壓顯現(xiàn)規(guī)律產(chǎn)生根本性影響，并隨著采深增加，影響程度加大，影響范圍擴(kuò)大。因此水平礦柱回采結(jié)束后，深部采場地壓顯現(xiàn)規(guī)律以及地壓控制也是人們密切關(guān)注的問題。

3）水平礦柱消失后采場巖移規(guī)律以及對豎井工程的影響。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，充填法采礦一般不存在巖層移動的問題。這對于礦體埋藏深、圍巖穩(wěn)固和礦體小的充填法可能是正確的，但對于像二礦區(qū)1#礦體這類特大型不穩(wěn)固礦體，地表巖移開裂甚至發(fā)生沉陷崩落是不可避免的，只是或早或遲，或輕微或劇烈。事實(shí)上，二礦區(qū)從1986年投產(chǎn)，到1998年地表發(fā)現(xiàn)張裂縫，二礦區(qū)在開采12年后，采場圍巖移動已經(jīng)發(fā)展到了地表。從1998年發(fā)現(xiàn)巖移張裂縫以來，隨著開采規(guī)模和生產(chǎn)能力的擴(kuò)大，采場巖移似乎日趨加劇，致使14行風(fēng)井于2005年3月發(fā)生劇烈垮冒。金川二礦區(qū)采礦實(shí)踐證明，對于超大規(guī)模的金川礦體開采，盡管礦體埋藏深，充填法采礦不僅誘發(fā)巖移，而且?guī)r移范圍較廣、移動速率較大。更加令人關(guān)注的是，當(dāng)1 150 m水平礦柱回采結(jié)束后，可能改變采場巖層移動的現(xiàn)有發(fā)展規(guī)律，勢必對采礦工程和采場地壓產(chǎn)生顯著影響。因此，水平礦柱回采結(jié)束后采場巖移規(guī)律會發(fā)生何種變化？巖層移動是否會嚴(yán)重危及二礦區(qū)已建和在建的30座豎井以及大跨度地下工程的穩(wěn)定性？尤其令人揪心的是，返修加固后的14行風(fēng)井穩(wěn)定如何？是否還會再次發(fā)生變形破壞？承擔(dān)全礦礦石提升任務(wù)的16行西主井將會受到何種程度的影響？是否會危及豎井的安全運(yùn)行？這些問題一直縈繞在人們腦海中揮之不去。

4）二礦區(qū)1#厚大礦體深部中段開采方案的決策。與一期工程相比，埋深接近千米的深部采場開采面積將超過1×105m2。無論是圍巖和充填體所賦存的應(yīng)力環(huán)境、圍巖力學(xué)特性還是深部工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件均發(fā)生了不同程度的變化。一期工程無礦柱連續(xù)開采的成功經(jīng)驗(yàn)很難拷貝到深部中段，但也沒有任何理由毫無根據(jù)的否定無礦柱連續(xù)開采的可行性。關(guān)鍵在于對深部采礦條件作進(jìn)一步分析和研究，由此改進(jìn)采礦技術(shù)和回采工藝，以適應(yīng)深部高地應(yīng)力的開采條件，確保深部采場安全高效開采。這是金川二礦區(qū)深部開采方案決策不可回避的重要問題。

5）二礦區(qū)1 250 m水平以上貧礦開采可行性與優(yōu)化決策。金川礦床在建礦初期基于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件以及國家對有色資源的迫切需求，提出了“采富保貧”的資源開發(fā)戰(zhàn)略決策。因此，幾十年的采礦生產(chǎn)中，保留了1#礦體1 250 m中段以上以及上盤的大量貧礦。隨著金川資源的日趨減少以及開采規(guī)模的逐漸增大，貧礦資源的開發(fā)利用已經(jīng)列入金川集團(tuán)股份有限公司的開發(fā)規(guī)劃中。由于富礦開采破壞了原巖應(yīng)力狀態(tài)，使采場圍巖和礦體穩(wěn)定性更差，從而使1 250 m水平以上貧礦開采面臨更大困難；同時(shí)，貧礦開采對采場圍巖產(chǎn)生二次擾動，加劇巖層移動速度，巖移勢必加劇對礦區(qū)豎井等主要構(gòu)筑物穩(wěn)定性的影響。因此，1 250 m以上貧礦何時(shí)開采、如何開采也是二礦區(qū)資源開發(fā)所面對的又一艱難抉擇。

2.2 金川充填技術(shù)研究發(fā)展階段

金川礦山充填采礦技術(shù)的發(fā)展可分為三個(gè)階段[11～13]。

2.2.1 粗骨料機(jī)械化膠結(jié)充填

建礦后至20世紀(jì)80年代初，以龍首礦粗骨料機(jī)械化膠結(jié)充填為標(biāo)志。金川礦山在采用充填采礦法初期，在龍首礦建設(shè)了粗骨料簡易充填系統(tǒng)，采用40 mm戈壁集料為充填骨料，袋裝水泥人工拆包，0.4 m3、0.8 m3混凝土攪拌機(jī)制備，礦車-串筒溜放充填，采場進(jìn)路中電耙倒運(yùn)。該種充填方式工人勞動強(qiáng)度大，作業(yè)效率低，生產(chǎn)能力小，作業(yè)環(huán)境差。經(jīng)多次改進(jìn)在龍首礦建成了粗骨料機(jī)械化充填系統(tǒng)，采用-25 mm戈壁碎石集料溜井存放，袋裝水泥拆包機(jī)拆包，射流制漿或?1.2 m混凝土攪拌機(jī)制漿，水泥漿采用管道自流輸送。水泥漿與骨料混合均勻后，采用井下吊掛皮帶運(yùn)料加電耙倒運(yùn)。這種簡化充填系統(tǒng)的充填方式雖然取得較大進(jìn)步，但仍未實(shí)現(xiàn)充填料漿的管道輸送，仍存在采礦作業(yè)效率低、生產(chǎn)能力小和作業(yè)環(huán)境差等問題。

2.2.2 高濃度管道自流輸送

20世紀(jì)80年代至20世紀(jì)末，以高濃度料漿管道自流輸送充填技術(shù)的全面推廣為標(biāo)志；同時(shí)開展了膏體泵送充填技術(shù)研究，在二礦區(qū)建成了膏體泵送充填系統(tǒng)。在大量試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，分別在二礦區(qū)及龍首礦建成了高濃度料漿管道自流輸送充填系統(tǒng)。采用的充填工藝為：以3 mm棒磨砂+河砂（戈壁砂）為集料，采用火車運(yùn)至砂池中并通過抓斗、中間料倉、圓盤給料機(jī)、核子秤進(jìn)行給料計(jì)量，采用分砂小車分砂。通過罐車將散裝水泥卸入水泥倉并通過雙管螺旋給料機(jī)、沖板式流量計(jì)進(jìn)行給料和計(jì)量；通過流量計(jì)及調(diào)節(jié)閥進(jìn)行水的供給和計(jì)量；采用集散式控制系統(tǒng)和智能化儀表，實(shí)現(xiàn)了物料配比、料漿濃度、攪拌桶液位的自動檢測和調(diào)節(jié)；與此同時(shí)，還開展了粉煤灰替代部分水泥的試驗(yàn)及工業(yè)化生產(chǎn)；在實(shí)現(xiàn)高濃度料漿管道自流輸送充填的基礎(chǔ)上，對充填進(jìn)路擋墻進(jìn)行改進(jìn)，由爐渣磚擋墻全部替代木質(zhì)擋墻。開展了膏體泵送充填新技術(shù)的試驗(yàn)研究，引進(jìn)德國普斯邁斯特固體泵有限公司（PM）的KOS2170、KOS2140型液壓雙缸活塞泵、德國Schwing公司KSP140-HDR型活塞泵，于1999年在二礦區(qū)建成了膏體泵送充填系統(tǒng)。

2.2.3 高濃度管道自流充填技術(shù)革新和膏體充填系統(tǒng)改造

2000—2010年，以高濃度料漿管道自流輸送系統(tǒng)挖潛、革新、改造以及二礦區(qū)膏體泵送充填系統(tǒng)達(dá)到產(chǎn)能為標(biāo)志。二礦區(qū)一、二期攪拌站投入使用后，隨著礦山生產(chǎn)能力的不斷提高，需要對充填系統(tǒng)進(jìn)行挖潛、革新、改造。由此對制約充填系統(tǒng)能力的諸多要素進(jìn)行改進(jìn)，包括：a.不斷優(yōu)化充填集料組成，改進(jìn)集料供配料系統(tǒng)，提高單套系統(tǒng)制備輸送能力；b.在大量試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，在充填料漿中添加減水劑、早強(qiáng)劑等；c.提高充填料漿濃度及充填體強(qiáng)度；d.對充填鉆孔及井下充填管道材質(zhì)、連接方式（快速卡箍連接、耐磨柔性接頭等）進(jìn)行優(yōu)化選擇，提高充填料漿通過能力及使用壽命；e.采場進(jìn)路充填擋墻材料及架設(shè)方式，提高采場充填效率、縮小分層道與進(jìn)路交叉口的頂板暴露面積；f.在進(jìn)路擋墻處設(shè)置脫水設(shè)施并在充填管道進(jìn)入進(jìn)路口處設(shè)置導(dǎo)水閥等，使進(jìn)路充填體盡快脫水凝固并提高充填接頂率等。

3 金川充填采礦技術(shù)研究成果

3.1 充填材料及配比優(yōu)化研究

充填體由集料、膠結(jié)劑、水及各種添加劑組成。為了人工假頂下的安全作業(yè)，下向進(jìn)路充填采礦法要求3 d、7 d、28 d充填體的單軸抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到1.5 MPa、2.5 MPa、5.0 MPa，實(shí)現(xiàn)充填料漿管道輸送的順利實(shí)施，為此開展了充填材料組成的優(yōu)化配比研究[14～20]。

1）充填集料。通過試驗(yàn)表明，3 mm棒磨砂、戈壁砂、選礦尾砂（全尾砂或分級尾砂）、破碎廢石均可作為充填集料。在充填集料組成中，棒磨砂、戈壁砂可相互替代，占集料比例大小對充填體強(qiáng)度影響較小。添加尾砂可以改善料漿的和易性及保水性，有利于料漿的管道輸送，但添加比例增加將降低充填料漿濃度，對充填體強(qiáng)度產(chǎn)生負(fù)面影響。由于高濃度料漿自流輸送系統(tǒng)輸送濃度受到限制，所以不宜添加尾砂。為了改善料漿的可泵性，防止堵管事故的發(fā)生，在膏體泵送系統(tǒng)中可適當(dāng)添加尾砂，但添加比例不宜超過骨料總量的40%。

2）膠結(jié)劑。充填的膠凝材料為32.5級增強(qiáng)復(fù)合水泥，水泥比重為3.1 t/m3，容重1.1 t/m3，細(xì)度的比表面積為310～330 m2/kg。初凝時(shí)間＞45 min，終凝時(shí)間＜10 h，3 d、28 d的抗折強(qiáng)度分別大于2.5 MPa和5.5 MPa；3 d、28 d的抗壓強(qiáng)度分別大于10.0 MPa和32.5 MPa。粉煤灰具有火山灰性質(zhì)，與水泥一起產(chǎn)生水化反應(yīng)，可部分替代水泥，降低充填成本。但由于粉煤灰顆粒為真空球狀，容重小，在充填料漿濃度較低時(shí)，更易產(chǎn)生離析，所以目前在二礦區(qū)高濃度料漿自流輸送系統(tǒng)中未添加粉煤灰，而在膏體泵送系統(tǒng)中，干粉煤灰添加量為150 kg/m3。金川閃速爐水淬渣具有一定的火山灰性質(zhì)，通過對鎳冶煉水淬渣經(jīng)提鐵（煉鋼）后的二次爐渣的研究表明，摻入磨細(xì)的二次渣300 kg/m3、再加1%石灰、3%石膏及90 kg/m3水泥的復(fù)合膠結(jié)劑，可滿足管道自流輸送工藝要求，但由于多種因素制約，未能在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。

3）添加劑。添加劑主要有早強(qiáng)劑及減水劑。早強(qiáng)劑可縮短充填體凝結(jié)時(shí)間，提高充填體早期強(qiáng)度，并對充填體后期強(qiáng)度無明顯負(fù)面影響。減水劑能減少充填料漿用水量，在坍落度或流動性相同的條件下，提高充填料漿濃度，相應(yīng)地由于充填料漿濃度提高，充填體強(qiáng)度亦可得到提高。目前在自流系統(tǒng)及膏體泵送系統(tǒng)中均添加有干粉狀早強(qiáng)劑，添加比例為水泥量的1.5%，膏體泵送系統(tǒng)中添加水泥用量的1%～1.5%的JKJ-NF高效液態(tài)減水劑。試驗(yàn)表明，減水劑添加比例為水泥用量的1%和2%時(shí)，3 d充填試塊強(qiáng)度提高0.25%～40%，7 d強(qiáng)度提高8.1%～62%，28 d強(qiáng)度提高3.6%～45%。當(dāng)添加比例增大至3%時(shí)，28 d強(qiáng)度降低8%～19%。

4）水。充填系統(tǒng)用水主要有工業(yè)用水或井下排至地表的礦坑水。各種廢水pH、不溶物含量等均不超過《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定范圍，經(jīng)沉淀后可用于礦山充填。

3.2 充填料漿流變性及管道輸送研究

為了確定各種不同集料所制備充填料漿的輸送參數(shù)，開展了多種充填料漿的理論分析、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、環(huán)管試驗(yàn)和L型管道自流輸送試驗(yàn)。在建立流變學(xué)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，分別用NXS-Ⅱ型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)、德國RV-Ⅱ黏度計(jì)、十字槳葉式測量頭，測定了全尾砂膏體流變參數(shù)；采用兩點(diǎn)式工作度儀、管式黏度計(jì)或?qū)Ｓ眯D(zhuǎn)黏度計(jì)，測定加粗骨料的全尾砂膏體流變參數(shù)。建立了渣漿泵水力輸送環(huán)管試驗(yàn)系統(tǒng)，研究高濃度料漿的管輸特性。在二礦區(qū)東部充填站，建立了液壓雙缸活塞泵環(huán)管輸送試驗(yàn)系統(tǒng)。系統(tǒng)中采用德國PM公司的KOS2170液壓雙缸活塞泵，管道上安裝有濃度計(jì)、流量計(jì)、遠(yuǎn)傳壓力表及無紙記錄儀等，對各種配比的高濃度或膏體充填料漿進(jìn)行環(huán)管試驗(yàn)，測定其流變參數(shù)及不同管徑的輸送阻力，為工業(yè)生產(chǎn)提供全尺寸的真實(shí)數(shù)據(jù)。通過大量試驗(yàn)研究及理論計(jì)算，分析了高濃度充填料漿及膏體充填料漿的管輸特性，提出了均質(zhì)流、非均質(zhì)流及兩相流的臨界流速等，總結(jié)出金川水力坡度計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式，獲得了不同配比及濃度下的管道輸送阻力，為充填管網(wǎng)設(shè)計(jì)、充填料漿制備輸送參數(shù)確定及膏體輸送設(shè)備選型提供依據(jù)[21～28]。

3.3 高濃度及膏體充填料漿制備技術(shù)研究

金川所屬礦山的生產(chǎn)能力大，對充填體質(zhì)量要求高，加之充填料組成復(fù)雜，因此對充填料漿制備技術(shù)要求高，歷年來金川公司開展了充填料漿制備工藝及設(shè)備研究，為高濃度自流輸送系統(tǒng)及膏體泵送系統(tǒng)的正常生產(chǎn)提供了保證，也為國內(nèi)外類似礦山提供了經(jīng)驗(yàn)和借鑒[29～36]。

1）高濃度充填料漿制備質(zhì)量控制，是實(shí)現(xiàn)高濃度料漿順利自流輸送的核心。為了充填料漿濃度及流量的穩(wěn)定，特別是在充填料漿中含有棒磨砂、戈壁砂等粗集料（相對于尾砂而言）時(shí)，一旦充填料漿濃度波動較大或流量變化較大時(shí)，極易在管道輸送中發(fā)生離析而堵管，并嚴(yán)重影響充填體質(zhì)量。為了保持充填料漿濃度及流量的穩(wěn)定，采取了多項(xiàng)技術(shù)及管理措施：a.嚴(yán)格把握充填材料各組分質(zhì)量，制定相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；b.采用先進(jìn)的棒磨砂、戈壁砂、水泥、粉煤灰及水等各組分的給料計(jì)量設(shè)備，使各組分在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)給料穩(wěn)定可調(diào)；c.采用先進(jìn)的檢測控制儀表，使各物料給料量、灰砂比、攪拌桶液位、充填料漿濃度及流量等系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)測定準(zhǔn)確；同時(shí)采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)模擬顯示、反饋控制與調(diào)節(jié)，從而使系統(tǒng)處于設(shè)定工況下穩(wěn)定運(yùn)行；d.建立健全相關(guān)的管理制度及操作規(guī)程，完善充填工區(qū)的機(jī)構(gòu)設(shè)置及人員配備，制定合理的工資及激勵制度，以調(diào)動職工的積極性等。

2）膏體制備質(zhì)量控制。膏體充填料各組分配比的準(zhǔn)確性及濃度穩(wěn)定性，是實(shí)現(xiàn)順利泵送的關(guān)鍵因素。當(dāng)膏體濃度變化1%～2%時(shí)，其輸送阻力變化50%以上。濃度過高可能導(dǎo)致輸送阻力過大而泵壓不夠或發(fā)生管道爆裂；濃度過低則將導(dǎo)致料漿離析。由于膏體泵送系統(tǒng)添加尾砂，除采取和自流輸送系統(tǒng)相同的技術(shù)與管理措施外，尾砂添加濃度及流量的穩(wěn)定也是決定膏體制備質(zhì)量的關(guān)鍵因素。為此分別開展了尾砂倉外高壓水制漿、真空帶式過濾機(jī)脫水、風(fēng)水聯(lián)合制漿、砂倉循環(huán)水制漿等尾砂添加工藝研究，最終采用砂倉循環(huán)水制漿、直接放砂至攪拌槽的尾砂添加工藝，實(shí)現(xiàn)放砂濃度和流量的可調(diào)，從而保證了膏體制備質(zhì)量。

3.4 充填料漿輸送管網(wǎng)優(yōu)化研究

試驗(yàn)研究確定金川礦山充填的主體集料為3 mm棒磨砂，采用高濃度料漿管道自流輸送膠結(jié)充填。為了保證不堵管，充填管內(nèi)流速需要大于等于2 m/s的臨界流速。由于棒磨砂棱角尖銳、磨蝕性強(qiáng)，所以導(dǎo)致充填鉆孔及井下水平管道磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致對充填鉆孔的不斷修復(fù)或重新打孔，從而導(dǎo)致鉆孔網(wǎng)布置龐雜。為了解決該問題，開展了充填管網(wǎng)的優(yōu)化研究[37～43]。

1）優(yōu)化充填鉆孔及井下管道材質(zhì)。二礦區(qū)生產(chǎn)初期，井筒中采用?152 mm普通鋼管。由于材質(zhì)差、管壁薄，同心度及垂直度差，管道使用壽命短。料漿輸送量達(dá)到3 000～15 000 m3時(shí)磨穿漏漿。研究采用鉬鉻雙金屬耐磨管和剛玉耐磨管，可使充填量超過1×106m3。

2）優(yōu)化充填鉆孔及水平管道管徑。充填鉆孔套管采用?219 mm耐磨管，壁厚20 mm，以降低料漿流速，減輕磨損。水平管道采用?133 mm耐磨管，壁厚18～20 mm，以使料漿流速大于臨界流速。同時(shí)將水平管道的法蘭連接改為卡箍連接，多路充填管道與不同充填地點(diǎn)管道的互換研究發(fā)現(xiàn)，采用耐磨柔性接頭，將充填鉆孔底部易磨穿的彎頭埋入高標(biāo)號混凝土中，磨穿后混凝土中的圓形通道仍可通過料漿。這些措施有助于充填料漿的順利輸送，從而提高充填系統(tǒng)生產(chǎn)能力。

3.5 膏體充填技術(shù)攻關(guān)與充填系統(tǒng)改造研究

作為我國首次采用的膏體充填系統(tǒng)，該系統(tǒng)在1999年建成投產(chǎn)后在生產(chǎn)中暴露出一系列問題。為此金川礦山開展聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，自2003年開始經(jīng)過近5年的反復(fù)探索、試驗(yàn)和研究，逐步完善和解決了一系列關(guān)鍵技術(shù)難題。

1）取消了原有真空帶式過濾機(jī)系統(tǒng)，在尾砂倉中采用循環(huán)水制漿工藝，并由尾砂倉直接放砂至膏體攪拌機(jī)中，從而使尾砂添加濃度穩(wěn)定、流量可調(diào)。

2）將原有水泥地面活化攪拌制漿、KOS2170活塞泵輸送至井下重新攪拌、二段泵送，改為地面攪拌制漿、渣漿泵或軟管泵輸送至地面膏體攪拌機(jī)中，避免了活化攪拌機(jī)掛壁嚴(yán)重、水泥漿輸送管道過長且易于堵塞的問題。

3）原系統(tǒng)在1 250 m中段設(shè)有接力泵站，由于井下環(huán)境惡劣，該泵站KSP140-HDR活塞泵配電及控制系統(tǒng)易于出現(xiàn)故障，后取消該泵站，而由地面輸送泵一段直接將膠結(jié)膏體輸送至采場進(jìn)路進(jìn)行充填，避免了地面井下兩級泵站的匹配問題。

4）針對原有二段攪拌機(jī)軸頭磨損及漏漿等問題，采用取消原一級攪拌、二段攪拌機(jī)軸瓦改為懸吊支撐并將二段攪拌機(jī)槽體加高等措施，解決了攪拌機(jī)磨損及漏漿問題，加高槽體后，攪拌機(jī)容積更大，更有利于輸送泵的平穩(wěn)運(yùn)行。

5）將水清洗管道改為地表風(fēng)水聯(lián)合清洗方式，保證了管道的清潔干凈。

6）通過對膏體料漿配比及控制參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使膏體濃度更為穩(wěn)定。通過以上綜合措施的實(shí)施和系統(tǒng)改造，使二礦區(qū)膏體泵送充填系統(tǒng)逐步進(jìn)入正常生產(chǎn)狀態(tài)，2006年充填83 746 m3，2007年充填156 348 m3，2009年達(dá)到了2×105m3設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力[44]。

4 金川充填技術(shù)存在問題與關(guān)鍵技術(shù)研究

4.1 金川充填技術(shù)存在的問題

2010年二礦區(qū)礦石生產(chǎn)能力4.5×106t，充填量達(dá)到1.5×106m3。預(yù)計(jì)到2015年二礦區(qū)年出礦量將達(dá)到5×106t，年充填量1.7×106m3。考慮1.15的不均衡系數(shù)，僅二礦區(qū)的充填量最大將達(dá)到1.95× 106m3。到時(shí)二礦區(qū)將呈現(xiàn)850 m、1 000 m和1 250 m三個(gè)中段同時(shí)回采及充填的生產(chǎn)格局。由于深部開采條件更趨復(fù)雜多變，地應(yīng)力增大，采場地壓顯現(xiàn)更加劇烈，所以對深部采場的充填體質(zhì)量提出更高要求。經(jīng)過幾十年努力，雖然在充填技術(shù)方面取得了豐碩成果，保證了礦山正常生產(chǎn)，但現(xiàn)有充填系統(tǒng)仍存在諸多問題，其技術(shù)裝備水平難以滿足深部充填采礦生產(chǎn)要求，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1）自流輸送系統(tǒng)工藝設(shè)備老化、流程復(fù)雜。二礦區(qū)一期攪拌站建于1982年，二期攪拌站建于1997年。由于原設(shè)計(jì)能力為滿足2.97×106t/年的生產(chǎn)規(guī)模，現(xiàn)已無法滿足日益擴(kuò)大的生產(chǎn)能力要求，其儲砂、供砂和分砂等設(shè)施容量以及供料能力嚴(yán)重不足。一期攪拌站水泥供料經(jīng)多次倒運(yùn)，設(shè)備多、工藝繁瑣、故障率高、維護(hù)量大；同時(shí)廠房除塵系統(tǒng)無法滿足收塵要求。由于長期處于滿負(fù)荷運(yùn)行，其配電、供水等設(shè)施也達(dá)到了承載極限。

2）整體充填設(shè)施配置不合理，充填能力無法進(jìn)一步提高。一、二期攪拌站共用一個(gè)儲砂池，一期攪拌站5套制備系統(tǒng)中的1#、2#系統(tǒng)已拆除，3#、4#、5#系統(tǒng)只能2套生產(chǎn)、1套備用。二期攪拌站膏體泵送系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)需占用自流系統(tǒng)作為水泥漿制備，只有膏體泵送系統(tǒng)停運(yùn)或檢修時(shí)，自流系統(tǒng)方可獨(dú)立運(yùn)行。因此二礦區(qū)實(shí)際只能同時(shí)運(yùn)行3套制備系統(tǒng)，其中一期2套、二期1套，其整體配置已難以更改，充填能力無法進(jìn)一步提高。

3）膏體充填系統(tǒng)工藝及裝備老化。膏體充填系統(tǒng)的主體輸送設(shè)備KSP140-HDR型液壓雙缸活塞泵是德國Schwing公司20世紀(jì)80年代產(chǎn)品，早已不再生產(chǎn)，其備品配件無從供給，且整套膏體制備輸送均采用單臺套運(yùn)行模式。雖經(jīng)聯(lián)合攻關(guān)已使膏體充填系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，但制約因素多，一旦出現(xiàn)設(shè)備故障、產(chǎn)生堵管等現(xiàn)象，將嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，降低充填能力。

4.2 金川充填采礦亟待解決的技術(shù)難題

鑒于金川礦山充填系統(tǒng)存在的問題，亟待開展以下研究工作。

1）大流量高濃度料漿自流輸送膠結(jié)充填技術(shù)研究。目前二礦區(qū)高濃度料漿自流輸送單套系統(tǒng)制備輸送能力僅為80～100 m3/h，料漿濃度為77%～79%，灰砂比全部為1∶4，每天連續(xù)運(yùn)行12～14 h。膏體泵送充填系統(tǒng)制備輸送能力為60～80 m3/h，料漿濃度為82%～84%，水泥添加量為300 kg/m3，每天連續(xù)運(yùn)行12 h。由于受多方條件制約，已有充填設(shè)施難以進(jìn)一步提高充填能力，難以滿足將來年出礦5×106t及充填1.95×106m3的生產(chǎn)能力要求。為此，在二礦區(qū)二期攪拌站西側(cè)新建一個(gè)充填攪拌站，站內(nèi)設(shè)置4套高濃度料漿自流輸送充填系統(tǒng)。為了減少設(shè)備臺套數(shù)、提高生產(chǎn)效率、降低充填生產(chǎn)管理成本和綜合能耗，將單套系統(tǒng)制備輸送能力提高到150 m3/h，從而達(dá)到1.95×106m3/年的充填能力，因此，需要開展大流量高濃度料漿自流輸送能力的理論計(jì)算、充填料物化特性、大容量攪拌槽研制、大流量充填料漿環(huán)管試驗(yàn)以及大流量高濃度充填料漿制備輸送工業(yè)試驗(yàn)等研究。

2）膏體充填持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行控制與管理研究。通過聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，雖然解決了制約膏體充填正常運(yùn)行的一系列難題，并達(dá)到了設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，但膏體充填系統(tǒng)中的核心設(shè)備——KSP140-HDR型液壓雙缸活塞泵為單臺套運(yùn)行，備品配件無從供應(yīng)，一旦出現(xiàn)故障將直接導(dǎo)致系統(tǒng)停運(yùn)。近20年來，國內(nèi)類似設(shè)備發(fā)展極快，其性能參數(shù)早已超過國外20世紀(jì)80年代產(chǎn)品，輸送能力可達(dá)120 m3/h，出口壓力達(dá)12～16 MPa。個(gè)別廠家已能生產(chǎn)礦山充填專用液壓雙缸活塞泵。為了確保膏體泵送充填系統(tǒng)正常持續(xù)生產(chǎn)，需要與國內(nèi)有關(guān)廠家進(jìn)行合作，研制適合二礦區(qū)工況條件下的充填專用輸送泵，并采用一用一備的系統(tǒng)配置，以確保膏體充填系統(tǒng)發(fā)揮作用。

3）降低充填采礦成本和提高充填采礦效益的關(guān)鍵技術(shù)研究。歷年來金川礦山的充填材料均為棒磨砂、戈壁砂和部分全尾砂。膠結(jié)材料采用普通的硅酸鹽水泥。隨著礦山生產(chǎn)能力的逐年增加，不僅棒磨砂生產(chǎn)能力難以滿足礦山充填的需求，而且棒磨砂人工加工成本高達(dá)47元/t。加之深部采場地壓大，對充填體強(qiáng)度要求高，因此均采用1∶4的高灰砂比，從而導(dǎo)致充填采礦成本居高不下。不僅大大降低深部采礦經(jīng)濟(jì)效益，而且給礦山的貧礦開采帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此，開展降低充填采礦成本的關(guān)鍵技術(shù)研究，對于金川安全、高效和經(jīng)濟(jì)開采，不僅必要而且勢在必行。

目前，金川礦山已經(jīng)從兩個(gè)方面開展研究：一方面，開發(fā)破碎廢石作為充填集料代替棒磨砂；另一方面，利用粉煤灰、脫硫灰渣和礦渣微粉開發(fā)低成本和高強(qiáng)度的新型充填膠凝材料替代水泥。顯然，破碎碎石的粗骨料和新型充填膠凝材料的應(yīng)用，其充填體強(qiáng)度和管道輸送特性均與目前的棒磨砂水泥膠凝材料充填料漿存在本質(zhì)上的差異。針對破碎碎石充填料和新型充填膠凝材料，需要開展充填物料的優(yōu)化配比，充填體強(qiáng)度以及充填料漿流變特性的理論與試驗(yàn)研究，從而實(shí)現(xiàn)充填料漿的優(yōu)化制備和管道減阻自流輸送，并使充填體強(qiáng)度滿足金川礦山對充填體的強(qiáng)度要求，達(dá)到安全、高效和低成本開采。這是金川礦山亟待開展研究的重要研究課題，是提高金川礦山采礦效益和綠色開采的必由之路。

5 結(jié)語

金川鎳礦是我國最早采用充填法采礦的礦山之一，也是我國首次采用膏體充填技術(shù)的礦山。幾十年來，為了滿足我國對銅鎳以及鉑族金屬的迫切需求，金川礦山以發(fā)展充填采礦技術(shù)為目標(biāo)，開展了充填作用機(jī)理、廢物資源利用、高濃度和膏體流變特性以及管道輸送等方面研究，解決了下向分層膠結(jié)充填采礦中的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了金川礦山安全、高效和環(huán)保采礦，其生產(chǎn)能力以每年10%的速度增長。金川礦山充填采礦的研究成果不僅為金川高應(yīng)力難采礦床開采奠定了基礎(chǔ)，也為國內(nèi)外充填采礦技術(shù)的發(fā)展和工程應(yīng)用提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

[1] 楊志強(qiáng)，高 謙，王玉山，等.特大型鎳礦工程地質(zhì)與巖石力學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2013.

[2] 王正輝，高 謙.膠結(jié)充填采礦法充填作用機(jī)理與穩(wěn)定性研究[J].金屬礦山，2003(10)：18-20.

[3] 王正輝.充填體的質(zhì)量與控制[J].采礦技術(shù)，2001(3)：16-18.

[4] 王佩勛，王正輝.膠結(jié)充填體質(zhì)量問題探析[C]//第八屆國際充填采礦會議論文集.2004：205-208.

[5] 王新民，史良貴，肖智政，等.減水劑在充填料漿中的作用機(jī)理及應(yīng)用研究[J].金屬礦山，2004(4)：11-13.

[6] 張海軍，陳懷利，梁艇棟，等.提高膠結(jié)充填體早期強(qiáng)度的試驗(yàn)研究[J].金屬礦山，2009(增1)：284-286.

[7] 顧貴先.粉煤灰在金川礦山膠結(jié)充填中的應(yīng)用[J].有色礦山，1994(4)：15-16.

[8] 孫三壯，梅維岑，黃順利，等.金川二礦區(qū)井下廢石料充填利用及充填體受力狀態(tài)分析[J].礦冶工程，1997(1)：1-4.

[9] 王小衛(wèi).影響金川礦山細(xì)砂膠結(jié)充填體質(zhì)量的因素分析[J].鈾礦冶，1999(1)：32-36.

[10] 劉同有，韓 斌，王小衛(wèi).鎳閃速爐水淬渣膠結(jié)充填配合比優(yōu)化選擇與分析[J].中國礦業(yè)，2000(6)：19-22.

[11] 劉同有，周成浦.金川鎳礦充填采礦技術(shù)的發(fā)展[J].中國礦業(yè)，1999，8(4)：1-4.

[12] 楊長祥，辜大志，張海軍，等.鎳礦資源深部開采面臨的技術(shù)問題及對策[J].采礦技術(shù)，2008(4)：34-36.

[13] 劉同有.充填采礦技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2001.

[14] 吳統(tǒng)順，朱毓新，葉粵文，等.龍首礦下向高進(jìn)路采場膠結(jié)充填體的力學(xué)機(jī)理研究[J].長沙礦山研究院季刊，1985，2(1)：10-18.

[15] 周自昌，賀發(fā)運(yùn).降低金川二礦區(qū)充填成本的途徑[J].西部探礦工程，2002(2)：68-69.

[16] 黨明智，田 維，莫亞斌.高濃度尾砂膠結(jié)充填在金川二礦區(qū)的應(yīng)用[C]//第八屆國際充填采礦會議論文集.2004：73-75.

[17] 王正輝，張豐田，莫亞斌.尾砂充填料漿的配合比試驗(yàn)研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2006，26(1)：11-13.

[18] 張海軍，李 英，趙永賢.粉煤灰替代部分水泥的膏體充填技術(shù)[J].有色金屬(礦山部分)，2009(3)：1-2.

[19] 王正輝.膠結(jié)充填中粉煤灰替代水泥的比例研究[J].采礦技術(shù)，2010(3)：43-45.

[20] 苑雪超，喬登攀.金川二礦廢石膠結(jié)充填料漿攪拌方式的研究[J].有色金屬(礦山部分)，2010(4)：6-10.

[21] 王爵鶴，姜渭中，周成浦.高濃度膠結(jié)充填料管道水力輸送[J].長沙礦山研究院季刊，1981(1)：10-23.

[22] 李建軍.充填料對鎳可浮性的影響及消除[J].有色礦山，1990 (3)：28-32.

[23] 劉同有，金銘良，周成浦.金川高濃度充填料漿管道自溜輸送新工藝[J].中國礦業(yè)，1998(1)：31-38.

[24] 王新民，肖衛(wèi)國，王小衛(wèi)，等.金川全尾砂膏體充填料漿流變特性研究[J].礦冶工程，2002，22(3)：13-16.

[25] 王佩勛.礦山充填料漿水力坡度計(jì)算[J].有色礦山，2003(1)：8-11.

[26] 賀發(fā)運(yùn).金川公司二礦區(qū)流體和細(xì)粒散體鉆孔輸送技術(shù)[J].采礦技術(shù)，2006(3)：205-206.

[27] 陳忠平，翟淑花，高 謙.泡沫砂漿充填體力學(xué)特性及其應(yīng)用研究[J].金屬礦山，2010(8)：7-10.

[28] 翟淑花，高 謙，張梅花，等.高強(qiáng)輕質(zhì)泡沫砂漿充填體在礦山的應(yīng)用研究[J].化工礦物與加工，2010(12)：30-34.

[29] 王佩勛，王五松.膏體泵送充填工藝試驗(yàn)研究與應(yīng)用[C]//第六屆全國采礦學(xué)術(shù)會議論文集.1999：412-416.

[30] 方理剛.膏體泵送特性及減阻試驗(yàn)[J].中國有色金屬學(xué)報(bào)，2001 (4)：676-679.

[31] 陳長杰，蔡嗣經(jīng).金川二礦區(qū)膏體充填系統(tǒng)試運(yùn)行有關(guān)問題的探討[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2001(3)：21-23.

[32] 陳長杰，蔡嗣經(jīng).金川二礦膏體泵送充填系統(tǒng)可靠性研究[J].金屬礦山，2002(1)：8-9.

[33] 王新民，肖衛(wèi)國，王小衛(wèi)，等.金川全尾砂膏體充填料漿流變特性研究[J].礦冶工程，2002(3)：13-16.

[34] 蔡嗣經(jīng)，陳長杰.關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的可靠性及其在金川二礦膏體充填系統(tǒng)中的應(yīng)用[C]//第八屆國際充填采礦會議論文集.2004：38-40.

[35] 李云武.膏體泵送充填技術(shù)在金川二礦區(qū)的試驗(yàn)研究及應(yīng)用[J].有色金屬(礦山部分)，2004(5)：9-11.

[36] 張秀勇，喬登攀.金川二礦區(qū)膠結(jié)充填料漿可泵性影響因素分析[J]，金屬礦山，2010(9)：34-37.

[37] 梅維岑.金川礦區(qū)充填鉆孔的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)與體會[J].有色礦山，1993(6)：11-13.

[38] 張鴻恩.用于充填料輸送的新型耐磨鋼管[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，1996(增1)：121-123.

[39] 鄭晶晶，張欽禮，王新民，等.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的充填鉆孔使用壽命預(yù)測[J].湘潭師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2008(4)：40-44.

[40] 鄭晶晶，張欽禮，王新民，等.充填管道系統(tǒng)失效模式與影響分析(FMEA)及失效影響模糊評估[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2009 (6)：166-171.

[41] 王賢來，鄭晶晶，張欽禮，等.充填鉆孔內(nèi)管道磨損的影響因素及保護(hù)措施[J].礦冶工程，2009(5)：9-12.

[42] 劉洲基.Bredel軟管泵在金川礦山充填中的工業(yè)試驗(yàn)[J].采礦技術(shù)，2010(4)：40-43.

[43] 郭三軍.金川礦區(qū)破損充填鉆孔永久性可修復(fù)綜合技術(shù)[J].中國礦山工程，2011(1)：1-3.

[44] 姚維信，姚中亮，劉洲基，等.高濃度大流量管輸充填技術(shù)與工藝[M].北京：科學(xué)出版社，2014.

Research development of filling mining technique and technical problems to solve in Jinchuan Nickel Mine with high stress

Yang Zhiqiang1，2，Gao Qian1，Wang Yongqian2，Chen Dexin2，Yao Weixin2
（1.Key Laboratory of High Efficient Mining and Safety of Metal Mines of Ministry of Education，University of Science and Technology，Beijing 100083，China；2.Jinchuan Group Co.Ltd.，Jinchang，Gansu 737100，China）

Jinchuan Nickel Mine is one of the large copper sulfide nickel deposit in world. Because the buried depth of the ore is larger，the ground stress is higher and the stability of the ore and rock masses is poorer，it is one of the most difficult deposits to mining in the world.According to the mining technical conditions of Jinchuan deposit，a lot of researches have been carried out since the mine was built.At first，this paper provides a brief overview on engineering general situation of Jinchuan mine，then summarizes the filling mining development in Jinchuan mine.On this basis，it further expounds the research results of filling technology obtained in Jinchuan mine.Based on a large number of research on engineering geology and mining method test，the downward layered cemented filling mining method was used.Research development on filling mechanism，multipurpose use of solid waste，filling slurry rheological properties and pipe reduction conveying etc.had been obtained.Especially the paste filling technology that was the first time to be used in our country，was studied and filling system was reformed，the paste filling had reached design production capacity smoothly.Finally it points out the current situation and existing main problems in filling mine and puts forward key technical problems to solve in order to realize the safe，efficient，economic and environmental mining in Jinchuan Nickel Mine.

Jinchuan Nickel Mine；filling mining；research and development；technical problems

TD853.34

A

1009-1742（2015）01-0042-09

2013-12-30

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（2010CB731500）

楊志強(qiáng)，1957年出生，男，山西萬榮縣人，博士，教授級高級工程師，博士生導(dǎo)師，主要從事充填采礦安全與管理及廢棄物資源化綜合利用等方面的研究；E-mail：YZQ@jnmc.com