礦山膏體充填技術(shù)課件

1山東理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院王劼

聯(lián)系電話-mail：wjie@二○○九年十二月礦山膏體充填技術(shù)2一、膏體充填技術(shù)的提出

二、什么是膏體充填技術(shù)

三、膏體的流變特征

四、膏體輸送管道阻力

五、膏體制備與輸送

六、膏體技術(shù)在其他方面的應(yīng)用匯報提綱

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非煤礦山開采，一直有兩大問題：安全生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)。

安全問題，主要是從地下采出礦石后留下了空場，空場上部的巖石垮落造成人員傷亡和財產(chǎn)損失；

環(huán)保問題，主要是礦石中有用金屬提取后剩下的固體廢棄物。

為了解決這兩個問題，礦山就把這些固體廢物重新回填到地下的空場，并避免空場垮落。由此就誕生了礦山充填技術(shù)。一、膏體充填技術(shù)的提出5膠結(jié)充填技術(shù)1、礦山充填種類干式充填（固體,惰性物料）濕式充填水力充填（固體＋水）膠結(jié)充填（固體＋膠凝劑＋水）2、膠結(jié)充填方式①細(xì)骨料＋膠凝劑＋水兩相流體采場②細(xì)骨料＋膠凝劑＋水結(jié)構(gòu)流體采場③粗骨料＋膠凝劑＋水低強(qiáng)度砼采場④大塊物料采場攪拌管道輸送強(qiáng)力攪拌加壓管道輸送攪拌機(jī)械輸送機(jī)械輸送澆注/自淋/噴灑膠凝漿體6

傳統(tǒng)的普通尾砂膠結(jié)充填技術(shù)在礦山的應(yīng)用，促進(jìn)了充填采礦技術(shù)的發(fā)展。但隨著這項技術(shù)的廣泛應(yīng)用，也暴露出一系列的突出問題：充填體強(qiáng)度低、養(yǎng)護(hù)周期長、充填效率低、井下脫水污染環(huán)境、尾砂利用率低、充填成本高等?？朔艿垒斔湍z結(jié)充填缺陷的主要途徑——提高濃度。因此，提出采用膏體充填技術(shù)。7將一種或多種固體物料與水進(jìn)行優(yōu)化組合，配制成具有一定穩(wěn)定性、流動性、可塑性的牙膏狀的漿體，在外加力（泵壓）或重力作用下以柱塞流的形態(tài)，用管道輸送到地下采空區(qū)完成充填作業(yè)的過程，稱之為膏體充填。當(dāng)砂漿的體積濃度大于50％時，料漿成穩(wěn)定的粥狀膏體，并像塑性結(jié)構(gòu)體一樣在管道中作整體運(yùn)動，膏體中的固體顆粒一般不發(fā)生沉淀，層間也不出現(xiàn)交流，而呈現(xiàn)“柱塞狀’’的運(yùn)動狀態(tài)。膏體柱塞斷面上的速度和濃度的變化為常數(shù)，只是潤滑層的速度有一定的變化。細(xì)粒物料像一個圓環(huán)，集中在管壁周圍的潤滑層慢速運(yùn)動，起到“潤滑”的作用。由于膏體料漿的塑性粘度和屈服切應(yīng)力均較大，因而只能施加外力克服膏體屈服應(yīng)力后，方可流動。二、什么是膏體充填技術(shù)8膏體料漿在管道中的運(yùn)動狀態(tài)10膏體充填的特點(diǎn)①尾砂膏體充填的料漿重量濃度一般在75%以上，料漿的屈服切應(yīng)力和塑性粘度較大。②充填料漿中要有一定比例的超細(xì)粒級物料，才能形成穩(wěn)定性好的膏體；③膏體在管道中的流動呈柱塞狀，其核心呈恒速流動，近柱塞體。管壁處的速度梯度與摩擦阻力和表面潤滑層的粘度有關(guān)；④膏體充填料的內(nèi)摩擦角較大，其凝固的時間短，能迅速地對圍巖和礦柱產(chǎn)生抗力，減緩空區(qū)閉合。在充填后幾個小時便可進(jìn)行作業(yè)；⑤膏體充填料中一般添加水泥制備成膠結(jié)充填料，對選廠送來的低濃度全尾砂常采用高效濃密機(jī)、真空過濾機(jī)或離心脫水機(jī)進(jìn)行脫水；膏體充填料常用柱塞泵進(jìn)行輸送。12真實物體在載荷外力的作用下都將發(fā)生物質(zhì)流動與變形，而流變學(xué)是研究載荷下物質(zhì)流動與變形的科學(xué)。對于漿體的流變模型，可用以下通式表示：三、膏體的流變特征在上面通用表達(dá)式中，τ為剪切應(yīng)力，Pa；（du/dy)為剪切速率，S-1

；K、τy、n分別代表流體的粘度、初始剪切應(yīng)力和流動指數(shù)。

K、τy、n，也就是流體的粘度、初始剪切應(yīng)力和流動指數(shù)，統(tǒng)稱為漿體的流變參數(shù)。14常見漿體的流變數(shù)學(xué)模型

15①牛頓體剪切速率(

)剪應(yīng)力（）初始剪應(yīng)力（）②膨脹體③冪律體④賓漢塑性體⑤塑流膨脹體⑥塑流偽塑性體16膏體的流變模型屬于賓漢塑性體。所以，膏體充填料的流變參數(shù)為屈服剪切應(yīng)力τ0和塑性粘度系數(shù)η。膏體的流變力學(xué)數(shù)學(xué)模型：膏體的流變力學(xué)物理模型：（塑性滑塊與粘性元件并聯(lián)組成）τ0η

膏體輸送管道阻力，既與膏體的料漿性質(zhì)有關(guān)，也與輸送管道、輸送流速有關(guān)，影響因素很多。目前，還沒有通用的理論計算公式，一般都采用經(jīng)驗公式。如金川經(jīng)驗公式（尾砂:棒磨砂＝1:1時）：四、膏體輸送管道阻力18會澤經(jīng)驗公式的推導(dǎo)：

1、確定膏體的流型

通過膏體流型試驗，由于膏體充填料在輸送管道中的運(yùn)動狀態(tài)像塑性體一樣整體運(yùn)動，膏體中的固體顆粒不發(fā)生沉降，膏體層與層間也不出現(xiàn)交流，屬于一種柱塞狀的結(jié)構(gòu)流。同時，膏體要在一定量的外力作用（克服初始切應(yīng)力）才開始流動，并且膏體開始流動后管壁切應(yīng)力隨切變速率的增長而呈直線增長，符合賓漢塑性體流型。20

3、確定流變參數(shù)

在會澤膏體物料性質(zhì)及其粒級配比一定的條件下，尋求膏體的流變參數(shù)與料漿濃度遵循的變化規(guī)律。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，以料漿濃度為變量，按照正比例直線，乘冪曲線，指數(shù)曲線，對數(shù)曲線，多項式曲線這幾種基本的線型進(jìn)行回歸分析處理，并進(jìn)行其相關(guān)性判斷。經(jīng)計算機(jī)編程處理，最終確定其變化規(guī)律為：膏體初始屈服應(yīng)力和料漿濃度的變化服從指數(shù)曲線線型；膏體塑性粘度系數(shù)服從正比例直線線型。21

如全尾砂膏體膠結(jié)充填時，流變參數(shù)τ0與濃度Cw的關(guān)系：

流變參數(shù)η與濃度Cw的關(guān)系：

5、經(jīng)驗公式驗證

為了驗證會澤經(jīng)驗公式的實用程度，采用上述經(jīng)驗公式對各組方D150ｍｍ水平管道阻力進(jìn)行計算，并與環(huán)管試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。結(jié)果表明，其理論計算值和試驗數(shù)據(jù)之間的誤差不大，其誤差在10%以內(nèi)。馳宏鋅鍺膏體充填系統(tǒng)

充填用膏體采用全尾砂、水淬渣、水泥和水為原料進(jìn)行制備。

選廠產(chǎn)出的全尾砂用砂泵揚(yáng)送到充填制備站的深錐濃密機(jī)。充填時，將深錐濃密機(jī)底流砂漿，送到攪拌機(jī)，與水淬渣、水泥一起進(jìn)行兩段攪拌制備，制