《中国有色金属报》刊发：看企业“自留地”如何长成行业“试验田”——走进金诚信膏体充填实验室

来源：金诚信官微

看企业“自留地”如何长成行业“试验田”——走进金诚信膏体充填实验室

北京密云，采访车拐进经济开发区，一座并不张扬的院落出现在眼前。

推门而入，没有飞扬的粉尘，也听不到沉重的机器轰鸣。橘黄色管道沿墙体和试验平台延伸，蓝色罐体错落排列，控制屏幕上的数据不断刷新。工作人员在设备之间穿梭，动作有条不紊。

这里像一座被缩小、拆解的矿山充填站，更像一座被精心规划的未来工厂。

楼前悬挂着多块牌匾——国家矿山安全监察局重点实验室、教育部重点实验室、北京市国际科技合作基地、北京科技大学实践教学基地……这个实验室不仅是金诚信矿业管理股份有限公司（以下简称“金诚信”）的实验场地，更是整个行业膏体充填技术科研攻关、工程验证、成果转化和人才培养的综合平台。

尾砂去哪儿？

一个困扰矿业多年的老问题

向地球深部要资源，是保障国家资源安全的战略举措；向绿色要效益，是驱动矿业可持续发展的价值坐标。两者构成新时代矿业高质量发展的“双翼”。然而，高地应力、采空区失稳、尾矿堆存、土地占用——这些困扰行业多年的深层次矛盾，并未因战略目标升级而自动消解。面对安全、绿色、高效这3道“硬杠杠”，传统粗放式开发模式已经走不通了。

尾砂的处理是最棘手的问题之一。选矿产生的尾砂，过去最常见的去处是地表尾矿库。堆得越多，安全风险越大，环境压力越大。能不能让尾砂换个去处？

膏体充填提供了一种可能：将尾砂经分级、浓密、配比、搅拌等工序，制备成具有一定流动性的膏状浆体，再通过管道输送至井下采空区。浆体在采空区中停留并固结后，会形成具有足够强度的充填体，既给地下空间提供支撑、改善岩体受力，又将尾砂从地表“请”回地下，减轻尾矿库压力，让工业固废变成矿山安全生产所需的工程材料。不过，这个想法要从理论到工程化，中间横亘着一道巨大的鸿沟。

840平方米内的“缩小版矿山充填站”

每一座矿山的情况并不一样。尾砂粒径、矿物组成、化学性质、含水率和颗粒级配，各有各的“脾气”。井深、管线长度、采矿方法和采空区条件更是千差万别。尾砂能否浓密到目标浓度？膏体能否稳定制备？管道是否会堵塞或过度磨损？充填体能否在规定龄期达到设计强度？这些问题，都得经过试验来回答。10多年来，金诚信正是在研究如何把原本被视为“废弃物”的尾砂变为矿山安全开采和生态治理所需的“有用材料”。

金诚信膏体充填实验室占地840平方米、建筑面积约2000平方米，规模大，功能完整。实验室由理化性能检测实验室和尾砂膏体充填中试试验系统两大核心板块组成。

“中试”这个词很关键。实验室里的小杯小瓶实验出来的结果，放到生产线上常常走样。中试平台更接近真实生产规模和连续工况，能够把实验室数据与工程现场之间的“尺度鸿沟”尽可能缩小。

平台由尾砂旋流分级、深锥浓密、充填料浆搅拌制备、泵送环管输送等单元串联而成，配备试验生产设备50余台套、自控仪表120余台套。从一份尾砂样品进入实验室开始，颗粒级配、矿物组成、含水率等物化性质分析，静态与动态絮凝沉降、旋流分级和深锥浓密试验，不同浓度及胶凝材料配比的膏体塌落度、屈服应力、凝结时间、单轴抗压强度等测试，不同管径、流量和压力条件下的环管系统输送模拟，一整套流程走下来，基本可以回答从“能不能用”到“怎么用”的全部问题。

“智能”不是一句口号，

是一台台会“思考”的设备

实验室的技术团队没有止步于“能运行”。他们的目标是让充填系统更聪明。

尾矿来料波动、底流浓度不稳、人工调控滞后，是浓密作业中的“老毛病”。科研团队自主研发的尾砂浓密智能化试验系统，引入人工神经网络算法，建立起了工艺参数与浓密效果之间的智能映射模型，探索多目标预测和参数自动优化，目标不是替代人工，而是让以往依赖经验的操作逐步具备数据支撑、模型辅助和实时反馈。

管道输送环节同样被“智能化”重新定义。自主研发的移动式膏体充填环管试验系统，具备“一键环管试验”和“数据智能分析”功能，可自动完成基准零点校准、膏体流变及触变特性检测，生成数据曲线并计算核心参数，提高试验效率和数据一致性。移动式设计还使设备能够更贴近矿山现场，针对实际尾砂和真实工况开展验证。

实验室的技术触角还延伸至井下充填挡墙。传统施工依赖人工，环境复杂、劳动强度大、安全风险高。围绕“基于3D打印技术与装备的充填挡墙制作工艺技术研究”课题，团队研发了适配井下场景的专用材料和打印工艺，用模块化、自动化的装备替代人工作业，提升挡墙构筑效率、成型精度和结构稳定性，降低人员在高风险环境中的暴露。

目前，实验室已形成包括小型闭路环管装置、厢式环管系统、厢式尾砂浓密智能装置在内的智能试验装备体系。在“四位一体”平台基础上，实验室还搭建了尾矿综合利用与膏体绿色处置中试试验生产线及工程化验证平台，可系统开展尾矿理化性能、综合利用、膏体稳定性、流变性、力学性以及新材料、新装备研发。智能化在这里不是悬浮于工程之上的概念，而是被拆解为一台台装置、一组组数据和一个个可复现、可移植的控制逻辑。

从实验室到矿山现场，

参数不能只留在报告里

实验室的专业性最终要看一个指标：能否进入工程现场，能否反过来带动行业发展。

自成立以来，实验室已完成国家重大专项课题及30余项企业委托重点研发任务；累计获得部级、协会科技成果奖7项，授权专利20余项，其中，发明专利8项；取得软件著作权8项；在国内外权威期刊发表论文20余篇，其中，SCI收录4篇。团队还主导或参与编制两项国家标准，将多年试验和工程经验沉淀为行业共同遵循的技术规则。

更直观的检验则来自项目一线。赞比亚谦比希铜矿东南矿体依据实验成果设计建成的充填站，被选为国家“十三五”项目示范基地；四川拉拉铜矿、肃北七角井铁矿、金川二矿区、铜陵有色冬瓜山铜矿以及刚果（金）Lonshi铜矿等项目，则分别围绕尾砂物化性能、分级浓密、配方制备、环管输送、强度与设备选型开展系统研究。实验室还针对新研制搅拌槽、双螺旋卧式搅拌机、深锥浓密机开展半工业验证，并围绕高井深管道低能耗减磨、长距离尾矿浆输送、高含硫尾矿充填等特殊难题，开展管壁磨损率、充填体浸泡、流变与管阻等专项研究。矿种覆盖铜、铁、铅锌、磷、煤等，项目分布于国内及非洲、东南亚。

依托实验室，金诚信已逐步具备了试验研究、咨询与三维设计、建设施工到调试、自动化升级和运营维护的充填全产业链能力，完成大中型膏体充填试验研究项目30余项、充填站咨询设计项目20余项、特大型及大中型充填系统EPC工程10余项，国内外充填站调试、升级改造及运营项目10余项。每当矿山现场出现浓密效果波动、输送阻力异常、强度不达标等问题时，团队会把样品和工况带回实验室，通过检测、中试和数据分析查找原因。实验室形成的新工艺、新装备，又能回到项目中接受验证。问题从现场来，成果到现场去，构成金诚信膏体充填技术持续迭代的基本路径。

10年前的一个选择

时间回到10多年前。彼时，对于一家以地下矿山工程建设和采矿运营管理见长的金诚信来说，是否有必要投入千万元资金建设前沿试验平台？科研人才从哪里来？技术成果何时才能转化？市场能否接受？对此，金诚信公司内部进行了充分的讨论。从提出设想到项目落地，前后进行了约两年的论证。时任金诚信董事长的王先成多次听取专家和公司内部意见，与北京科技大学吴爱祥教授团队反复交流，逐步明确实验室建设方向和技术路线。2014年6月，项目启动。2016年，实验室建成投用，总投资超过5000万元。

今天回看，这一步确实走在了前面。它让金诚信在膏体充填领域提前完成了技术布局，也让企业“科技创新、技术领先”的理念有了一个实实在在的支撑平台。更重要的是，作为北京科技大学实践教学基地和金诚信博士后科研工作站的重要支撑平台，实验室培养了一批既懂科研、又懂现场和工程实践的年轻技术人员。

年轻一代的接力

如果说实验室的建设完成了前瞻性布局，那么以充填工程师杨莹为代表的金诚信青年科研团队，正在通过持续攻关，让膏体充填从“能用”走向“好用、稳定、智能”，肩负起新时代青年科技工作者服务国家产业升级的重任。

在北京科技大学攻读博士学位期间，她发现所选的采矿专业既有扎实的工程基础，也有许多值得长期研究的问题，于是一路坚持下来。

在金诚信，杨莹主要从事金属矿山膏体充填、绿色开采和智能矿山研究。让她感到兴奋的，是近年来绿色矿山和智能矿山的快速发展：“自动化、智能化在不少行业已经较为成熟，但在矿山领域仍有很大的提升空间。”

在尾砂浓密智能化研究中，杨莹和团队研发了移动式试验平台，用于模拟浓密机的实际运行过程。听起来前沿，但工作的起点很朴素：采集数据。平台通过监测装置采集关键参数，利用视觉识别判断固液分离界面，再结合神经网络和优化算法建立预测模型，探索对尾砂浓密过程进行自适应调控。

研发初期，一次尾砂浓密试验往往需要8～10个小时，实验人员必须长时间守在设备旁。调试阶段，一旦管路连接出现漏水、跑浆的情况，只能逐点排查、加固，然后重新试验。“面向工程现场的科研，不能只待在办公室里。模型要可靠，数据就必须可靠；数据要可靠，就要在真实或接近真实的工况下反复验证。”杨莹说道。

目前，团队已在尾砂浓密、膏体输送等环节开展智能预测和自适应调控研究，并形成了一批技术成果。相关项目曾获得全国人工智能机器人创新大赛“智能矿山应用示范组”二等奖等荣誉。

谈到智能充填，杨莹始终保持谨慎。不同矿山之间差异明显，很难用一个模型解决所有问题。在她看来，智能化的目标不是完全取代人的判断，而是让过去高度依赖经验的环节逐步有数据支撑、有模型辅助、有实时反馈。让充填站运行更稳定，让现场人员劳动强度更低，让工程质量更可控。

杨莹也把培养年轻人视为工作的一部分。她鼓励团队成员多到矿山现场去，了解现场真正需要解决什么问题，再将问题带回实验室寻找答案。这条路并不轻松，但也正是在现场与实验室之间，年轻科研人员才能真正理解技术的意义。

一粒尾砂的重新出发

采访结束时，实验室里管道安静地延伸，设备仍在运行，屏幕上的数字一行行刷新。那些来自矿山深处的尾砂，在这里经过分析、浓密、搅拌和输送，被重新认识，也被重新赋予价值。

尾砂的去处，关系着矿山的安全；管道中的参数，可能影响一项工程的成败；实验室里长期亮着的灯，映照着矿山行业向绿色化、智能化转型的方向。

从10年前的前瞻性科学决策，到今天年轻一代的接续探索，金诚信膏体充填实验室讲述的，不只是一家矿山企业建设科研平台的故事，更是传统矿业如何依靠科技创新，向新、向绿，向着更高质量、更可持续发展目标迈进的一个缩影。