文档介绍：1
山东理工大学资源与环境工程学院王劼
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二○○九年十二月
矿山膏体充填技术
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一、膏体充填技术的提出 二、什么是膏体充填技术 三、膏体的流变特征 四、膏体输送管道阻力 五、膏体制备与输送 六、膏体技术在其他方面的应用
汇报提纲
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非煤矿山开采,一直有两大问题:安全生产与环境保护。 安全问题,主要是从地下采出矿石后留下了空场,空场上部的岩石垮落造成人员伤亡和财产损失; 环保问题,主要是矿石中有用金属提取后剩下的固体废弃物。 为了解决这两个问题,矿山就把这些固体废物重新回填到地下的空场,并避免空场垮落。由此就诞生了矿山充填技术。
一、膏体充填技术的提出
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①干式充填,从古代采矿业开始。
②水力充填,上个世纪四十年代末开始,现主要采用分级尾砂充填。
③低浓度胶结充填,约在上个世纪五六十年代出现,以质量浓度50-70%的两相流体充填。
④高浓度胶结充填,约在上个世纪六七十年代出现,两相流体的质量浓度得到了提高。
⑤膏体胶结充填,上个世纪八十年代出现,脱离了传统的两相流体,采用结构流体输送与充填。
⑥高水速凝胶结充填,也是在上个世纪八十年代末出现,脱离了传统的普通胶凝材料的充填方式。
⑦块石胶结充填,大规模开始应用于上个世纪七十年代,属于“刚性”充填料充填技术。
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胶结充填技术
1、矿山充填种类
干式充填(固体,惰性物料)
湿式充填
水力充填(固体+水)
胶结充填(固体+胶凝剂+水)
2、胶结充填方式
①细骨料+胶凝剂+水两相流体采场
②细骨料+胶凝剂+水结构流体采场
③粗骨料+胶凝剂+水低强度砼采场
④大块物料采场
搅拌
管道输送
强力搅拌
加压管道输送
搅拌
机械输送
机械输送
浇注/自淋/喷洒
胶凝浆体
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传统的普通尾砂胶结充填技术在矿山的应用,促进了充填采矿技术的发展。但随着这项技术的广泛应用,也暴露出一系列的突出问题:充填体强度低、养护周期长、充填效率低、井下脱水污染环境、尾砂利用率低、充填成本高等。
克服管道输送胶结充填缺陷的主要途径——提高浓度。因此,提出采用膏体充填技术。
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将一种或多种固体物料与水进行优化组合,配制成具有一定稳定性、流动性、可塑性的牙膏状的浆体,在外加力(泵压)或重力作用下以柱塞流的形态,用管道输送到地下采空区完成充填作业的过程,称之为膏体充填。
当砂浆的体积浓度大于50%时,料浆成稳定的粥状膏体,并像塑性结构体一样在管道中作整体运动,膏体中的固体颗粒一般不发生沉淀,层间也不出现交流,而呈现“柱塞状’’的运动状态。膏体柱塞断面上的速度和浓度的变化为常数,只是润滑层的速度有一定的变化。细粒物料像一个圆环,集中在管壁周围的润滑层慢速运动,起到“润滑”的作用。由于膏体料浆的塑性粘度和屈服切应力均较大,因而只能施加外力克服膏体屈服应力后,方可流动。
二、什么是膏体充填技术
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膏体料浆在管道中的运动状态
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①稳定性。它是指充填物料具有抵抗分层、离析的能力,使膏体在输送管道中停留数小时不沉淀、不分层、不离析,能顺利地进行输送。 ②流动性。它是指膏体能在外力或重力作用下,能够在输送管道中或采空区中顺利流动。 ③可塑性。它是指膏体能够在克服屈服应力后产生非可逆变形的能力,也就是膏体在通过输送管道弯道部位、变径锥形管、管接头等管件时,形状能发生变化,内部结构不变。
膏体的三个技术条件
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膏体充填的特点
①尾砂膏体充填的料浆重量浓度一般在75%以上,料浆的屈服切应力和塑性粘度较大。
②充填料浆中要有一定比例的超细粒级物料,才能形成稳定性好的膏体;
③膏体在管道中的流动呈柱塞状,其核心呈恒速流动,近柱塞体。管壁处的速度梯度与摩擦阻力和表面润滑层的粘度有关;
④膏体充填料的内摩擦角较大,其凝固的时间短,能迅速地对围岩和矿柱产生抗力,减缓空区闭合。在充填后几个小时便可进行作业;
⑤膏体充填料中一般添加水泥制备成胶结充填料,对选厂送来的低浓度全尾砂常采用高效浓密机、真空过滤机或离心脱水机进行脱水;膏体充填料常用柱塞泵进行输送。