本報記者 俞慧友

    湖南黃金寶山礦業（以下簡稱寶山礦業），是我國大型Ⅱ類礦山企業，也是湖南省主要的鉛鋅原料生產基地。與人們想象中的礦山不同，這里“藏”著國家礦山公園科普基地，是傳說中的“美麗礦山”。

    不過，再美麗的礦山也有“難言之隱”。站在礦區高處俯瞰，不難看到山間的“黑湖”——尾礦庫。寶山礦業副總經理龔勇兵介紹，隨著開采推進，尾礦庫尾砂“庫存”漸滿，并且由于尾礦庫容量是固定的，所以急需“清庫存”。此外，當地礦石以鉛鋅為主，但金、銀等伴生金屬較多，使得周邊圍巖不太穩固，易導致采空區坍塌等問題。如何能解決這兩個問題呢？寶山礦業采用了個一舉兩得的方法。

    不久前召開的“第四屆中國膏體充填采礦國際學術研討會”上，與會的中外專家觀摩了寶山礦業的全新“高濃度全尾砂膏體充填”處理技術，該工藝將尾砂進行處理后再回填入采空區。

    “目前裝備設計充填能力可達每小時80立方米。正式運行后，有望延長礦山服務年限一倍以上” 龔勇兵告訴科技日報記者。

    美麗礦山面臨“難言之隱”

    以往對寶山礦業采空區的充填采用廢石非膠結充填法，即將井下掘進廢石回填進采空區，因未添加水泥，廢石不具穩固能力，需留設保護礦壁，幫助礦區進行穩固防止坍塌，由此造成了寶貴資源的損失。同時，該方法勞動強度大，充填能力難以滿足目前采礦的需求。

    根據礦山當前生產實際數據，采用廢石充填系統的礦石回采率僅51%，部分地段貧化率（工業礦石品位與采出礦石品位之差與工業品位之差的比值）高達30%以上。同時，充填與采礦之間不能實現有序銜接和配合，影響作業循環時間，制約生產能力的提高。

    為提高充填效率，更綠色安全地開采，延長礦山服務年限，2013年中南大學提出研究報告，建議采用高濃度全尾砂膠結充填系統和工藝，提高充填質量，降低礦石損失率和貧化率，解美麗礦山的“難言之隱”。

    事實上，這樣的“難言之隱”，在礦山中普遍存在。礦業為人類提供工業原材料的同時，不可避免的產生大量固體廢棄物。數據顯示，尾砂排放量在工業固體廢棄物總量中居首位，比例高達29%。我國現有尾礦庫12萬余座，尾砂積存總量超100億噸，極易發生水土重金屬污染、泥石流、尾礦庫潰壩等災情。與此同時，地下采礦產生了大量采空區，成為誘發井下巖石冒落和地表塌陷的主因。

    為治理尾礦庫，國家限制了尾礦庫“擴容”，將充填開采作為礦山開采的主推模式。其膏體充填開采，是最優的方式。

    所謂膏體充填開采，是把采礦產生的廢棄物，如尾礦、煤矸石等，加上粉煤灰、爐渣、劣質土、城市固體垃圾等，在地面加工成無臨界流速、不需脫水的類牙膏狀高濃度漿體，并利用大型充填工業泵通過管道輸送到井下采空區的新型采礦方法。膏體充填也被稱為“置換開采”，把廢棄物制成膏體“完璧歸趙”到采空區，同時置換出原來采不出來的礦產資源。

    由于充填膏體在地下凝結后強度高，且無風化和有毒物質的釋放，不帶來二次污染，因此膏體充填也被業界認為是尾礦處理的“終結者”。

    “上世紀90年代，我們開始研究膏體充填。但充填工業泵、深錐濃密機等關鍵裝備，進口太貴，用起來還時有‘水土不服’，國產裝備制造也沒跟上，因此膏體充填在我國的應用比國外大大滯后?！敝心洗髮W資源與安全工程學院教授王新民表示。

    “現在，我國有關國產裝備，特別是成套裝備與工藝、技術的成功研發和應用，讓膏體充填在我國推廣應用有了現實基礎。甚至建設沒有尾礦庫的綠色礦山，也不是太久遠的夢?！北本┛萍即髮W副校長、金屬礦山高效開采與安全重點實驗室主任吳愛祥說。

    各項性能超越水砂充填

    最終，投資3000多萬的全尾砂膏體充填項目在寶山礦業啟動，由擁有全尾砂膏體濃密充填核心技術、工藝及五大核心裝備的飛翼股份有限公司（以下簡稱飛翼股份）實施。

    作為我國礦山綠色開采行業的龍頭企業，飛翼股份自主研發了高濃度全尾砂膏體充填中的尾砂濃密、攪拌制備、充填泵送、管路及閥組、中央集中控制系統等5大子系統，從源頭解決各子系統間不兼容難題，實現系統的集中、高效和管理便利性，確保運行可靠性。

    以往的充填技術還有一種常用的水砂充填法。水砂充填是將充填骨料加水制成質量濃度較低的砂漿，利用管道、溜槽、鉆孔等自流輸送到待充填地點進行充填的工藝。在水砂充填中水僅僅作為輸送物料的載體，充入采空區后，充填料留在采空區，水滲濾出去，沿巷道水溝流入水倉，通過排水和排泥設施將滲濾出的清水和隨清水流失的細泥排出地表。與傳統的水砂充填相比，膏體充填具有“三不”特性，即漿體不分層、不離析、不脫水。膏體強度均勻、接頂率高，能有效控制巖層移動、防止地表塌陷，可提升金屬礦安全生產水平。膏體固結時間短、易實現強化開采，為金屬礦高效生產提供新的技術途徑。在相同充填體強度要求前提下，膏體充填的膠結材料耗量少，運營成本低，是性價比較高的充填方式。

    “它可以提高全尾砂利用率，最大限度地減少礦山固體廢棄物的排放量，實現尾礦廢水的循環利用，能有效控制充填材料中有害金屬離子擴散，是金屬礦山綠色開采體系的一個重要組成部分?！饼徲卤绱恕包c評”。

    當然，讓龔勇兵選擇高濃度全尾砂膏體充填技術，不僅因為其“物美”，還有“價廉”的誘惑。飛翼股份率先成功研發出充填核心裝備，打造了進口裝備的“平替款”。不僅降低了將近五分之二的價格，甚至部分性能超過進口裝備。

    “以每小時充填80立方米計算，將2000立方米碎石回填，采用原方法需1個月，現在只需25小時左右。原充填方式需30—40個工人，現在僅需12人，且僅2—3人下井工作即可。高濃度膏體的充填，不僅讓充填后的采空區很‘結實’，還不會因雨水沖刷、滲透土地而帶出尾砂中的重金屬，也沒有充填后的二次污染風險，是真正綠色安全高效環保的開采方式?！饼徲卤f。

    以藝定裝避免“水土不服”

    “充填開采既復雜又個性化。一萬座礦山，就有一萬種不同地質條件的礦區。充填開采需根據礦區具體情況，研究配比差異性充填材料，進行個性化工藝設計等，才能利用和調配充填工業泵，達到充填最佳效果。這也是進口裝備在我國礦山充填開采中容易‘水土不服’的重要原因。因為他們的裝備并非針對中國礦情研制?！憋w翼股份董事長張澤武說。

    為此，飛翼股份制定了“以藝定裝”的研發方案，“工藝先行，裝備隨后”，開展充填材料、工藝、全套充填方案設計和裝備的一體化研發，研制出了諸多核心技術。

    尾礦膏體充填料漿存在濃度高、輸送時間長、輸送距離遠等特點。從地面往地下輸送過程中，受重力作用影響，易帶來材料分層、離析問題，也易造成堵管。輸送難度遠大于從地面往上方泵送的模式。如何輸送并避免堵管，是成套充填開采工藝與裝備研發的關鍵難題。飛翼股份研發出一種物料控制方式——滿管流輸送技術，采用節流排氣等專利技術，控制立管料漿流速，實現滿管流輸送，防止離析，減少堵管機率。

    充填管路根據礦區復雜條件鋪設，沒有及時有效的檢測技術，容易造成嚴重事故。壓力是反映長距離管道輸送系統運行狀態的重要參數之一，因此要通過對輸送管路沿線的壓力實時在線監測，及早發現管路堵塞故障位置或預警管道破損位置，以便采取措施避免事故擴大。飛翼股份專項研發了充填管路防堵塞壓力檢測技術，該項發明專利可預警，并能迅速找到故障發生點，保障了承接充填項目的一次性實施成功。

    “以藝定裝”，飛翼股份成為了全球唯一具備了五大核心充填裝備系統及工藝的企業，解決了裝備不兼容之困與裝備“水土不服”難題，這也標志著“高大上”的全尾砂膏體充填模式，有了成熟的中國式全套解決方案。

    隨著國產化工藝和裝備制造越來越成熟，“平替款”的建設成本較其國產化之初的價格又降低了30%，運營成本也減少了三分之一以上?！斑@讓這種充填中的‘貴族’，能被我國大部分礦區‘消費’得起，對推動我國綠色礦山建設，有積極促進作用?！饼徲卤f。