地下金屬礦全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析

王嘉璐

（ 遼寧省生態(tài)環(huán)境保護(hù)科技中心，遼寧沈陽 110161）

1 引言

礦產(chǎn)資源是人類生存、 經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展不可或缺的重要物質(zhì)基礎(chǔ)， 采礦是國民經(jīng)濟(jì)中的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。 截至2016 年底，全國共有持證金屬礦山9 762 個(gè)，其中包括黑色金屬礦產(chǎn)4 584 個(gè)（ 其中鐵礦3 910 個(gè)），有色金屬礦產(chǎn)3 301 個(gè)，貴金屬礦產(chǎn)1 730 個(gè)，稀有、稀土和稀散元素礦產(chǎn)147 個(gè)。2016 年， 金屬礦山企業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值2 332.25 億元，開采礦石總量94 995.56 萬t，從業(yè)人員74.7 萬人［1］。改革開放以來，我國采礦業(yè)發(fā)展迅猛，但礦山開采引發(fā)的環(huán)境污染和生態(tài)破壞問題也與日俱增， 主要表現(xiàn)為地表破壞、地面塌陷、水土流失以及采礦廢水對(duì)地下水的污染等。 為了有效減緩礦山開采帶來的生態(tài)環(huán)境影響，幾十年來，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)井下充填技術(shù)開展了大量研究， 其中全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)已成為地下采礦充填的重要發(fā)展方向。

2 充填采礦方法

地下金屬礦的開采技術(shù)主要分為空?qǐng)霾傻V法、崩落采礦法和充填采礦法， 其中充填采礦法是以充填材料為地下采空區(qū)提供有效的支撐， 防止采場圍巖冒落和巖石移動(dòng)， 為采礦活動(dòng)提供更加有效的安全保障，從而保護(hù)礦區(qū)及周邊區(qū)域的生態(tài)環(huán)境。 充填采礦法可分為三大類，分別為干式充填法、水砂充填法、膠結(jié)充填法。 干式充填法是通過井下運(yùn)輸設(shè)施將廢石、廢渣等干充填料送至采空區(qū)。 水砂充填法是以水作為載體，與充填骨料制成質(zhì)量濃度較低的砂漿，利用管道等方式自流輸送到采空區(qū)， 再將滲濾出的水排出地表。 膠結(jié)充填法是目前應(yīng)用較廣泛的充填技術(shù)，通常使用水泥作為膠凝劑，與尾砂、碎石等骨料制成充填材料， 通過管道或重力將質(zhì)量濃度較高的漿體或膏體材料輸送至采空區(qū)， 充填材料形成的膠結(jié)充填體的支撐能力較大，充填效果相對(duì)較好。

3 全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)分析

全尾砂膠結(jié)充填井下采空區(qū)是屬于對(duì)尾礦資源的綜合利用，《 礦山生態(tài)環(huán)境保護(hù)與污染防治技術(shù)政策》鼓勵(lì)采用的采礦技術(shù)中提出了“ 推廣應(yīng)用充填采礦工藝技術(shù)，提倡廢石不出井，利用尾砂、廢水充填采空區(qū)”，《 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（ 2019 年本）》也將尾礦資源綜合利用列入鼓勵(lì)類項(xiàng)目［2-3］。

20 世紀(jì)80 年代末期， 中國開始在主要鉛鋅產(chǎn)地之一的廣東凡口鉛鋅礦進(jìn)行高濃度全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)的攻關(guān)試驗(yàn)研究， 將全粒級(jí)尾砂與水泥和水合成高濃度的均質(zhì)膠結(jié)充填料， 通過管線輸送的方式將充填料送至采空區(qū)［4-5］。2008—2010 年，凡口鉛鋅礦每年約產(chǎn)生55 萬t 尾礦， 其中60%～75%的尾礦回填至井下采空區(qū)， 取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益［6］。經(jīng)過多年來持續(xù)的技術(shù)改良和推廣，全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)已成為國內(nèi)礦山地下開采的主流充填技術(shù)。 全尾砂膠結(jié)充填系統(tǒng)工程主要包括充填站和充填站輔助工程，其中，充填站按工藝功能可劃分為4 個(gè)部分：濃密機(jī)及其配套設(shè)施、水泥倉及其配套設(shè)施、攪拌裝置、計(jì)量控制系統(tǒng)；充填站輔助工程主要包括尾砂輸送工程、溢流排放工程、泵送系統(tǒng)、暖通工程、配電工程、運(yùn)輸?shù)缆饭こ痰取?充填材料的選擇主要依據(jù)礦山具體情況而定， 同時(shí)需要遵循以下幾個(gè)原則：（ 1）環(huán)境保護(hù)的原則，避免充填對(duì)地下水污染，盡可能通過充填保護(hù)地表環(huán)境；（ 2）滿足工藝要求的原則， 充填材料需滿足輸送工藝的要求和充填采礦及采空區(qū)處理對(duì)充填體強(qiáng)度的要求；（ 3）成本最低的原則；（ 4）材料來源充足的原則。

全尾砂膠結(jié)充填可以直接使用附近選礦廠的尾砂漿，通過濃密機(jī)實(shí)現(xiàn)尾砂漿快速沉降濃密，將全粒級(jí)尾砂與適量的水泥和水合成高濃度的均質(zhì)膠結(jié)充填料，再由管線輸送至地下采空區(qū)。這種方式可以保障充填料的充足供給， 減少尾礦庫筑壩和充填料運(yùn)輸費(fèi)用，同時(shí)大幅降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。按照灰砂1∶10的比例，不考慮尾砂成本，將水泥、添加劑、水、電、人工等費(fèi)用列入全尾砂膠結(jié)充填運(yùn)營成本， 估算的充填料漿成本為46 元/m3。

4 全尾砂膠結(jié)充填潛在的環(huán)境影響

尾砂礦山充填存在的環(huán)境隱患主要是充填脫水滲入圍巖裂隙中造成地下水污染。 普通的尾砂膠結(jié)充填質(zhì)量濃度不高，一般在70%以下，充填至采空區(qū)后，泌水量較大，而且填充體的強(qiáng)度也相對(duì)較低［5］。采用全尾砂膠結(jié)充填， 由于充填料質(zhì)量濃度相對(duì)較高，泌水量也明顯減少。高濃度的充填料漿在充填過程中，固體顆粒也將充填堵塞采空區(qū)圍巖裂隙，在一定程度上可以隔離采空區(qū)與外界水源。 泌出的多余水分與填充管道沖洗廢水和井下涌水一同被排至地表，在此過程中，充填材料和充填體由于浸泡、淋濾等作用， 其部分有害元素可能對(duì)地下水造成二次污染，這種污染往往存在難以逆轉(zhuǎn)性、長期性、遷移性、隱蔽性等特點(diǎn)，對(duì)礦山的環(huán)境造成威脅。 此外，充填管道沖洗廢水和事故狀態(tài)下管道破裂也會(huì)對(duì)地下水造成威脅。 因此，在選擇充填料時(shí)，應(yīng)著重對(duì)充填料漿泌水、礦井涌水、充填管道沖洗廢水的水質(zhì)進(jìn)行分析，就特征污染因子對(duì)地下水環(huán)境影響進(jìn)行論證，確保地下水，尤其是附近飲用水水源的安全。

5 結(jié)論

在經(jīng)濟(jì)效益方面， 雖然全尾砂膠結(jié)充填的直接成本較高，但可明顯提高開采回采率，降低貧化率，延長礦山服務(wù)年限，從整體上降低企業(yè)生產(chǎn)成本。在環(huán)境效益方面， 該技術(shù)可以有效保護(hù)地表地物和地下環(huán)境，還可以減少排往尾礦庫的尾礦，從而減少大氣、水、土壤、生態(tài)等方面的影響。 因此，全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)的推廣和應(yīng)用對(duì)于建設(shè)綠色礦山， 實(shí)現(xiàn)礦山企業(yè)可持續(xù)發(fā)展都具有重要的意義。