華北理工采礦學(xué)課件18充填采礦理論與技術(shù)-4膏體充填工藝VIP

1.膏體充填的演變分級尾砂充填普通濃密機(jī)／立式砂倉全尾砂高濃度膠結(jié)充填過濾機(jī)探索性膏體充填膏體充填濃密機(jī)處置方式脫水設(shè)備產(chǎn)品濃度50%～70%80%～90%75%～78%輸送自流輸送加水解釋后泵送泵壓輸送第四節(jié)

膏體充填工藝2.膏體的組成全尾砂＋水＋膠結(jié)材料+（粗骨料）＋（改性材料）膠結(jié)材料：五大系列水泥、無熟料水泥、水泥替代品粗骨料：冶煉水淬渣、棒磨砂、廢石等改性材料：粉煤灰、早強(qiáng)劑、減水劑、減阻劑等細(xì)粒級膏體（膏體中細(xì)顆粒含量：15%≤-20um≤35%）粗粒級膏體改性膏體3.膏體充填的主要特點(diǎn)

將一種或多種充填材料與水進(jìn)行優(yōu)化組合，制備成具有良好穩(wěn)定性、流動(dòng)性和可塑性的牙膏狀膠結(jié)體，在重力或外加力作用下以柱塞流的形態(tài)輸送到采空區(qū)完成充填作業(yè)的過程稱為膏體充填。

膏體充填的優(yōu)點(diǎn)是料漿不離析、進(jìn)入采場不脫水、不沉淀；充填質(zhì)量高，成本低。4.膏體充填工藝

多段式脫水一段式脫水

立式攪拌臥式攪拌聯(lián)合制備

管道自流輸送管道泵送全尾濃密膏體制備膏體輸送4.膏體充填工藝4.1脫水和濃縮

以過濾設(shè)備為核心的多段脫水工藝壓濾機(jī)多段脫水藝工普通濃密機(jī)高效濃密機(jī)立式砂倉可多級串聯(lián)過濾設(shè)備濾餅5%～30%50%～65%80%～90%全尾砂漿4.膏體充填工藝全尾砂漿5%～30%深錐濃密機(jī)76%-84%高濃度料漿

深錐濃密機(jī)一段脫水工藝南非金伯利鉆石礦的15m深錐濃密機(jī)4.膏體充填工藝立柱的作用是在運(yùn)動(dòng)過程中打破壓密層顆粒與水之間的靜力平衡，為水的向上排出提供通道。深錐濃密機(jī)理全尾砂借助絮凝作用快速沉降至錐部，進(jìn)行壓密脫水

（美國FLSmith礦業(yè)公司研制）道爾-愛姆科深錐膏體濃密機(jī)。目前世界上最先進(jìn)的膏體制備濃縮設(shè)備，制漿濃度可達(dá)到71%～75%。濃縮機(jī)脫水效率高，適用于制備膏體充填料及尾礦干堆。會(huì)澤鉛鋅礦的膏體充填系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用該濃縮機(jī)制備井下充填料漿。4.2攪拌混合制備最終目的使所有物料混合均勻，實(shí)現(xiàn)流態(tài)化，為管道輸送提供條件。制備方式粗骨料的膏體多采用臥式，細(xì)粒級膏體多采用活化攪拌。立式高速活化攪拌混合臥式多級連續(xù)攪拌混合立式－臥式串聯(lián)制備4.膏體充填工藝攪拌混合制備是膏體制備工藝的核心。立式攪拌

創(chuàng)造強(qiáng)大的局部湍動(dòng)，破壞漿體內(nèi)部平衡，將尾砂與水泥沖擊到一起?；罨Ч觅|(zhì)量均勻流態(tài)化好優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)濃度高時(shí)負(fù)荷較大轉(zhuǎn)子磨損快適應(yīng)性較差4.膏體充填工藝臥式攪拌聯(lián)合制備

的螺旋，與漿體接觸點(diǎn)多，用機(jī)械的辦法將尾砂與水泥混合。通常使用二級串聯(lián)攪拌。優(yōu)點(diǎn)適應(yīng)性強(qiáng)制備質(zhì)量穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行

先利用臥式接觸點(diǎn)多、機(jī)械力大的特點(diǎn)，將多物料初步混合，再利用立式強(qiáng)力攪拌進(jìn)行流態(tài)化，均質(zhì)化處理。4.膏體充填工藝4.膏體充填工藝膏體泵送自流輸送LHLH反映了充填系統(tǒng)的充填能力，也表示了充填系統(tǒng)料漿輸送的綜合阻力。N＝（L+H）/H原理充填倍線利用泵壓克服管道阻力P+rH≥i(H+L)利用垂直管段膏體提供的勢能來克服整個(gè)管線內(nèi)的阻力，達(dá)到自流的效果。rH≥i(H+L)4.3管道輸送方式及其原理4.膏體充填工藝管道輸送能量耗散LH料漿管道中沿程阻力損失ρgH=hwHw---管道阻力損失，pa料漿管道中沿程阻力損失為沿程阻力損失和局部阻力損失之和。ρgH=（1+α）i·（L+H)H=[(1+α)i·L]/[ρg-

[(1+α)i]

i---局部自力系數(shù)；α---水力坡度，m/s24.膏體充填工藝料漿在垂直管道中的高度H，主要由三個(gè)因素所決定：(1)料漿的密度。膏體的密度越大，則組成料漿的固體顆粒含量越多，對管道形成的阻力越大。(2)料漿在管道中的水力坡度。水力坡度與固體物料物理化學(xué)性質(zhì)、膏體料漿的特性和管道參數(shù)有關(guān)。管道的水力坡度直接影響控制H的大小。H，隨著水力坡度的增加而增大。(3)水平管道的長度。在料漿的密度與料漿在管道中的水力坡度一定的條件下，H與L成線性遞增關(guān)系。4.膏體充填工藝自流輸送LHN＝（L+H）/H膏體自流充填系統(tǒng)目前只在充填倍線介于1.2-3之間的少數(shù)礦山使用。深井礦山由于有足夠的高差，為阻力較大的膏體充填料漿的自流輸送創(chuàng)造了條件。膏體自流輸送方式節(jié)約能源、工藝簡單、設(shè)備少，應(yīng)該是深井礦山充填系統(tǒng)的首選方案。該方案由于料漿輸送濃度的提高，使深井礦山充填中的許多技術(shù)難題（如滿管輸送問題、管道磨損問題、充填質(zhì)量問題、排泥排水問題等）都基本得以解決。膏體自流充填系統(tǒng)能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，取決于以下控制性因素：(1)充填材料小于0.046mm的細(xì)顆粒含量不宜過高，必須保持在20%以下，否則會(huì)導(dǎo)致摩擦阻力損失過大而造成堵管事故。(2)充填材料質(zhì)量濃度必須準(zhǔn)確控制在某一合理范圍內(nèi)。(3)充填材料各組分的用量要嚴(yán)格控制。外加劑的用量過少，會(huì)造成料漿流態(tài)不能轉(zhuǎn)化，從而由于壓力過大發(fā)生堵管事故；灰漿濃度及其他材料供料不能波動(dòng)太大，以免造成充填體質(zhì)量不穩(wěn)或由于攪拌不勻形成結(jié)塊，造成堵管。(4)制備料漿時(shí)，必須控制好攪拌質(zhì)量，做到一級攪拌使材料混合充分、均勻，二級攪拌對流態(tài)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化。因此，一級攪拌要保證攪拌時(shí)間和攪拌強(qiáng)度，二級攪拌要保證攪拌速度及攪拌力度。(5)對管路進(jìn)行精確、嚴(yán)格、自動(dòng)的監(jiān)測和控制，發(fā)現(xiàn)流動(dòng)不暢或堵管現(xiàn)象，要及時(shí)打開高壓風(fēng)，將大塊或粘塊吹至采場，以免造成停產(chǎn)。(6)充填前，要準(zhǔn)確了解充填量，充分考慮地表儲料倉中的料漿量，不能過量制漿。如果由于對采場了解不足造成過量制漿，會(huì)造成充填材料的嚴(yán)重浪費(fèi)，同時(shí)對環(huán)境形成污染。4.膏體充填工藝4.膏體充填工藝自由下落輸送系統(tǒng)存在以下缺點(diǎn)：(1)在自由下落帶中，料漿的最終速度很高，可能達(dá)到50m/s甚至更高，導(dǎo)致管路的高速磨損。(2)料漿在空氣與砂漿交界面因碰撞產(chǎn)生的沖擊壓力很大，這種巨大的沖擊力可導(dǎo)致管路的破裂。減小沖擊力的最好方法是縮短以至消除料漿的自由降落區(qū)域，這樣可降低料漿的最大自由下落速度，避免巨大沖量的發(fā)生。(3)在垂直管段，由于料漿存在著自由降落區(qū)域，使垂直管和水平管的交界處產(chǎn)生了巨大的壓力。同時(shí)，此部分料漿流向發(fā)生突然轉(zhuǎn)變，料漿對管壁法向沖擊力非常大，因此加快了管道局部磨損，管壁穿孔現(xiàn)象十分嚴(yán)重。

4.膏體充填工藝防治措施變徑滿管流技術(shù)；提高垂直管道安裝質(zhì)量；降低料漿對管道的侵蝕；采用耐磨性能好的管材和內(nèi)襯（厚錳鋼，不用陶瓷管）；充填倍線小的礦山充填系統(tǒng)要進(jìn)行減壓；在磨損率高的部位應(yīng)用丁字管或緩沖盒彎頭；使用中性水制備充填料漿并沖管自由下落情況磨損滿流情況磨損形式充填料漿Q(m3/h)壓力分布狀況HL泵壓輸送4.膏體充填工藝LHP+rH≥i(H+L)膏體泵送充填對充填料的要求

(1)輸送時(shí)對管壁的摩擦阻力要小。

(2)輸送過程中不得產(chǎn)生離析現(xiàn)象，要選擇穩(wěn)定性良好的級配，要使膏體懸浮液的穩(wěn)定性好，使其不致離析沉淀。

(3)在泵送充填中，膏體料漿的塌落度、強(qiáng)度、溫度、泌水性等不會(huì)發(fā)生大的變化。

(4)膏體中固體含量特別是超細(xì)粒級含量要適中。

4.膏體充填工藝坍落筒

膏體料漿的塌落度

泵送外加劑的作是防止膏體拌和物在泵送管路中離析和堵塞，使其在泵壓下順利通行。

減水劑、塑化劑、加氣劑、增稠劑等均可作為泵送外加劑。低水灰比的膏體拌和物中，為改善其流動(dòng)性，可采用減水劑；為保持拌和物在連續(xù)泵送中的工作性能，降低泵送壓力，可選擇塑化劑；加氣劑常用于防止一般膏體拌和物因集料級配改變而可能引起的管路堵塞；聚氯乙烯之類的增稠劑，用于避免拌和物在泵送過程中離析堵塞。

礦山膏體充填系統(tǒng)中泵泵送外加劑，以塑化劑和增稠劑配合使用為主。4.膏體充填工藝泵送外加劑泵壓輸送設(shè)備

輸送泵是膏體泵壓輸送工藝不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備，是泵送充填系統(tǒng)的核心。在泵壓輸送工藝中，根據(jù)充填料漿的輸送參數(shù)，可以通過合理選擇充填泵類型和泵壓參數(shù)，將料漿輸送到需要充填的采場。

4.膏體充填工藝4.膏體充填工藝4.4管道輸送系統(tǒng)的維護(hù)與安全充填站充填采場管道輸送系統(tǒng)管道輸送系統(tǒng)主要事故堵管爆管管道磨損4.膏體充填工藝堵管事故預(yù)防

輸送管路系統(tǒng)特別是鉆孔泄漏造成堵管。

當(dāng)鉆孔較深、不良巖層斷裂破碎較多時(shí)，自流輸送對充填鉆孔磨損快，鉆孔小的套管經(jīng)常磨穿管壁，管壁卷曲和破碎巖石進(jìn)入鉆孔造成堵塞。在膏體泵送中，若利用這種破壁舊鉆孔，必然會(huì)泄壓而堵管。

管道中有較多、較厚殘留物未清除或異物不慎進(jìn)入輸送管道中，也是常見的堵管原因之一。

粗骨料膏體泵送結(jié)束后，清洗方法不當(dāng)造成膏體離析。

粗骨料沉積特別是在彎管或接頭處沉積，也會(huì)造成堵管。

勉強(qiáng)泵送質(zhì)量低劣膏體極易造成堵管。

超細(xì)物料過少、帶棱角石塊過多、攪拌不勻（1）堵管事故的原因4.膏體充填工藝（2）預(yù)防堵管事故的措施

避免漿體料漿發(fā)生離析沉淀物料級配組合好，形成最佳粒級組合；漿體料漿輸送速度應(yīng)適當(dāng)高一些，不要接近臨界不淤流速；高濃度料漿輸送；增加料漿中細(xì)顆粒物料的含量。提高料漿穩(wěn)定性

料漿中混進(jìn)大塊雜物，尤其是大于管內(nèi)徑三分之一粒徑的雜物大石塊、鐵絲、鋼筋、鋼球、等兩次以上振動(dòng)篩濾除4.膏體充填工藝

充填結(jié)束時(shí)，必須采用清水、壓氣或清水加壓氣同時(shí)并用，將充填管路清洗干凈。

為了避免將充填鉆孔堵死造成大的事故，應(yīng)在鉆孔底部裝設(shè)事故排漿閥。

一旦充填線全部堵死，就必須盡快將事故排漿閥打開，并加以敲擊震動(dòng)，將鉆孔底部的料漿全部放掉，然后再去處理水平管道。4.膏體充填工藝爆管事故預(yù)防（1）事故原因充填倍線過大充填管道承受的壓力過大充填時(shí)管路中的水錘現(xiàn)象充填管路系統(tǒng)的連接質(zhì)量

合理布置充填管線

減小充填倍線和改變充填系統(tǒng)的壓力分布，進(jìn)而減小充填管路的承壓力。

充填倍線較大采場充填作業(yè)，采用加壓充填的方法高壓風(fēng)、泵送。加強(qiáng)充填作業(yè)管理確保料漿在充填管路中連續(xù)、均勻地流動(dòng)，避免水錘現(xiàn)象。平穩(wěn)控制砂漿濃度、充填流量和攪拌桶液位，確保管路連接質(zhì)量

盡量減少充填管路上坡、下坡、拐彎，減少充填管道磨損。對壓力較大的地段，使用抗壓強(qiáng)度高的管材，填管路關(guān)鍵部位不定期壓力測試。4.膏體充填工藝（2）相關(guān)措施4.膏體充填工藝管道磨損監(jiān)測與預(yù)防高靈敏度超聲波測厚儀金屬探傷儀充填管道長時(shí)期定點(diǎn)監(jiān)測三條規(guī)律充填料漿輸送管道的傾斜部分較水平部分磨損嚴(yán)重，彎管段比直管段磨損更為突出。料漿流向急劇改變（彎管曲率半徑很?。┲帲蠞{對管壁的法向沖擊力非常大，管壁穿孔現(xiàn)象十分嚴(yán)重。正常情況下，就水平直管而言，充填管磨損程度以底部為最大，兩側(cè)次之，頂部最小。降低管道磨損的技術(shù)措施4.膏體充填工藝(1)降低料漿對管道的磨蝕。磨損腐蝕優(yōu)化充填材料粒級組成：確定管道磨損較小的材料配比，盡可能減小充填骨料直徑，選擇表面光滑的骨料，添加對管道磨損相對輕微的細(xì)粒級物料（粉煤灰、尾砂等），適當(dāng)減小剛度較大的骨料含量。在料漿中加入減阻劑，可以減小對管道的磨損。要全面掌握充填料漿的化學(xué)性能，調(diào)整充填材料用量比例，減少腐蝕性較強(qiáng)的材料含量，調(diào)整料漿pH值，料漿中避免混入空氣，降低氧含量，以達(dá)到降低充填料漿對管道腐蝕的目的。4.膏體充填工藝(2)了解充填料漿的性能，研制和采用耐磨抗腐蝕性能更好的新型管材和內(nèi)襯，提高管道自身的抗磨耐腐能力。(3)采用滿管流輸送系統(tǒng)，降低垂直管道料漿對管壁的沖擊力。(4)采用降壓輸送系統(tǒng)，降低料漿對管壁的壓力。(5)在水平管段，由于管道的磨損以底部最大，兩側(cè)次之，頂部最小，由此將充填