基于弹性薄板理论的充填挡墙厚度新模型

为了准确计算充填挡墙的厚度,选取一次充填高度和充填挡墙混凝土抗拉强度作为影响因素,基于弹性薄板理论,建立钢混充填挡墙厚度力学模型,推导一次充填高度、混凝土抗拉强度与充填挡墙厚度的关系式。以金川二矿区为工程分析实例,采用控制变量法(CVM)研究一次充填高度和混凝土抗拉强度与充填挡墙厚度的变化规律。研究结果表明:在充填挡墙尺寸和充填料浆物理力学参数一定的前提下,当一次充填高度不变时,充填挡墙的厚度随着混凝土抗拉强度的增大逐渐减小,呈1/2幂次关系;当混凝土抗拉强度不变时,充填挡墙的厚度随着一次充填高度的增加逐渐增大,呈1/2幂次关系。通过与已有充填挡墙厚度理论方法和结果比较,验证了新模型的正确性和合理性。     

空区膏体充填泵送特性及减阻试验研究

基于管流流动基本理论,对空区充填用膏体的水平环形试验管路流动阻力进行了理论分析.为了检验理论分析结果的正确性和外加剂对减少膏体泵送阻力的作用,在现场90 m的水平环形管路中进行了由混凝土泵驱动的充填膏体输送阻力试验.结果表明,该充填膏体可以划归为宾汉姆流变体,基于宾汉姆流变体理论取得的公式能够预计膏体输送过程中的泵压损失,提供试验的泵送外加剂能够显著地降低膏体的泵送阻力.图4,表1,参16.     

充填料浆沉降规律研究及输送可行性分析

通过分析充填料浆在管道自流输送系统中的运动形式与充填骨料固体颗粒的沉降规律,得知充填料浆能否稳定地输送到采空区跟输送速度及水平管道的长度有关。结合孙村煤矿的煤矸石似膏体充填料浆的特点,利用Fluent流体分析软件对料浆的管道输送过程进行了模拟,并从理论上分析了以煤矸石作为主要骨料的似膏体利用管道自流输送的可行性。模拟分析表明,料浆的自流压差能够克服在管道自流输送过程中的沿程阻力损失,并且在3.82m/s的水平管道输送速度下,料浆垂直脉动速度分量38.3cm/s大于煤矸石的干涉沉降速度0.99cm/s,因此,似膏体能够自流输送到采空区。     

减水剂对尾砂膏体的和易性与充填体强度影响研究*

充填料浆的和易性和充填体强度关系到充填采矿安全、经济与可靠。针对金川镍矿尾砂膏体充填管道输送中存在堵管问题,开展了泵送减水剂对膏体的和易性与充填体强度影响的试验研究。首先分析了膏体物料的物化特性和颗粒级配;然后采用金川镍矿尾砂膏体充填系统工业生产的技术参数,开展了添加不同泵送减水剂的膏体和易性、充填体强度易性以及流变特性的试验研究。结果显示,添加1%~2%的泵送减水剂不仅改善膏体的和易性,而且还能够提高充填体强度。膏体的和易性随着泵送随减水剂添加量的增加而提高,并且膏体浓度越高提高的效果越显著。但当泵送减水剂添加量达到3%时,充填体28d强度显著降低。综合泵送减水剂对充填体强度和膏体和易性影响的综合分析,确定1.5%~1.8%的泵送减水剂为膏体的最佳添加量。该研究成果为金川镍矿膏体充填系统料浆制备提供依据,已应用于金川矿山工业化生产。     

煤矿膏体充填材料配比试验研究

根据膏体充填工艺及上覆岩层控制理论,提出了膏体需具有自稳能力和强度,还应具有良好的可泵性,其性能受矸石级配、细粉料、胶结料、质量浓度等多种因素的影响。以五亩冲煤矿膏体充填为例,通过正交试验系统研究了膏体充填材料的配比,通过环管试验研究了膏体在管道中的沿程阻力。试验结果表明:膏体质量浓度为79%,水泥、生石灰、矸石的质量比为1∶3∶7时,制成的膏体在技术上和经济上均能满足五亩冲煤矿充填需要。     

基于FLOW-3D软件的深井膏体管道自流输送性能

基于工程流体力学、统计学、管道自流输送等相关理论,结合金川龙首矿西部充填系统的实际情况,开发运用FLOW-3D软件,对膏体自流输送充填系统不同充填倍线条件下的管道工作特性进行数值模拟与分析.研究结果表明:随着充填倍线(N)的增加,充填系统管道进口、出口压力不断减少,而整个系统的总压力基本保持不变;当N＜3.0时料浆出口剩余压力过大,N≥3.5时管道压力损失过大;当N＞3.5时充填系统的流速比较接近膏体的临界流速;在稳定状态下,随着膏体流速的减慢,管道弯管连接处的局部压力损失逐步减小,而当N＞3.0且流速继续减小时,压力损失却随之增加.因此,综合考虑各充填倍线在流速、压力损失、流量以及弯管处压力损失,以低成本、高效率为原则,最终确定西部膏体自流充填系统满管流状态下的最优充填倍线N=3.0.     

金川镍矿西二采区细砂管道泵送系统设计与试验

为解决金川Ⅲ矿区矿体埋藏浅,充填倍线高,细砂管道自流输送困难等问题.根据西二采场的充填倍线,并考虑到弯管、岔道负压区局部阻力,确定了加压输送能力和出口泵压力.在此基础上,确定了液压系统额定工作压力和配套充填管径,选择了配套泥浆泵和电动机.然后,在地表开展了料浆浓度泵送充填试验.结果表明,加压泵性能完全满足料浆输送要求.最后在井下开展泵送充填工业试验,结果表明,泵压输送充填浆体在进路中流动良好,料浆接顶满足充填采矿要求,充填体3d、7d和28d强度均达到设计要求.该充填系统已在金川西二采区实现了工业化应用.     

膏体充填体多场性能的实验研究与数值模拟:回顾与展望

膏体充填技术是一种用于治理地下采空区和尾矿库的绿色采矿方法。膏体充填体在采场中的固化过程是热–水–力–化学多场性能共同作用的结果。目前,对膏体充填体多场性能的研究主要包括室内相似模拟实验、现场多场性能监测实验、多场性能耦合模型构建、多场性能数值模拟。由于难以在真实采场中研究膏体充填体的原位多场性能,目前针对膏体充填体的原位多场性能的研究大多采用数值模拟方法。通过对真实采场中的膏体充填体的不同条件(例如,养护环境、采场几何形状、排水条件以及有无充填挡墙和充填速率等因素)进行模拟,进一步研究膏体充填体的原位多场性能。本文总结了开展膏体充填体多场性能数值模拟所采用的数学模型,并列举了数值模拟在原位膏体充填体多场性能演化的工程应用实例。最后提出膏体充填体多场性能需要加强相关理论研究,形成基于膏体充填体的强度设计准则,开展膏体充填体多场性能的全域数值模拟,开发基于膏体充填体多场性能演化的安全预警技术,开发膏体充填体多场性能监测技术和监测设备的自动化和无线化,实现膏体充填体多场性能监测技术的应用和推广。     

基于RSM-BBD的混合骨料充填料浆配比优化

针对混合骨料充填矿山,为了确定充填料浆优化配比,首先进行充填材料物化特性分析,在此基础上,根据泰波级配理论和最大堆积密实度理论,确定棒磨砂-废石配比;然后采用BBD响应面法设计13组试验,研究料浆质量分数、胶砂比(胶凝材料与骨料的比值)、混合骨料配比对充填体强度影响规律.最后以各龄期强度为响应值构建响应面模型,揭示各响应参数与目标响应量相关关系及多目标条件下充填料浆优化配比.研究结果表明,充填体强度不仅受单因素影响,而且各因素间交互作用对充填体也有很大影响.其中料浆质量分数与骨料配比的交互作用对充填体早期强度起决定性作用,胶砂比与骨料配比的交互作用对充填体中期强度影响显著,充填体后期强度受料浆质量分数和胶砂比交互作用影响较大.以充填成本作为目标建立优化模型进行优化,由此获得充填料浆的优化配比为:料浆质量分数80%,胶砂比为1∶6,棒磨砂-废石配比为3∶7.通过试验验证满足金川矿山充填体强度要求.     

废石尾砂混合料浆流变特性及充填采场流动性试验

为了在金川充填采矿中实现废弃物资源化利用,开展了废石和尾砂两种骨料的混合充填料浆流变特性以及在采场中的流动性研究.首先基于现场取样进行废石和尾砂两种骨料的粒径级配分析,获得了满足充填骨料级配的废石与尾砂的质量比分别是6∶4和5∶5.然后针对这两种混合充填料,进行高浓度充填料浆坍落度试验.结果表明,两种混合充填料浆的坍落度大于20cm,满足金川矿山充填料浆泵送输件的要求;其质量分数在78%以上时属于高流态料浆,但废石与尾砂质量比为6∶4的混合充填料浆的流动性略优于质量比为5∶5的.通过混合充填料浆环管试验,确定了废石与尾砂质量比为6∶4、管径为130mm和质量分数为78%的混合充填料浆为合理管输参数.最后根据充填采场现场调查和强度分析,发现废石与尾砂质量比为6∶4和5∶5的混合充填料浆在采场中流动的坡面角分别为0.55°~1.19°和0.38°~1.26°,但料浆在下料点存在不明显的"锥堆"现象.采场中胶结充填体强度呈现"下高上低"现象,说明废石尾砂混合充填料浆仍存在轻度的沉淀离析.     

膏体料浆管道输送压力损失的影响因素

为研究膏体料浆管道输送过程中的压力损失,本文建立了新型闭路环管试验测试平台,研究了管径、料浆流速、料浆中固相含量和物料粒径对膏体料浆管道输送压力损失的影响。流速对压力损失的影响分两个阶段：当流速小于黏性过渡流速时,压力损失随流速呈线性增加;当流速大于黏性过渡流速时,压力损失随着流速增加呈1~2次多项式增加,且增加速率远大于流速增加速率。压力损失随管径增大呈负幂指数减小,随料浆中固相质量分数的增加呈指数增加。在相同工况条件下,细粒级较粗粒级料浆管输压力损失更大,且黏性过渡流速较大,压力损失随流速增加相对缓慢。     

煤炭生产安全及环境存在问题分析及新型填充材料应用的探讨

本文提出了似膏体充填采空区的新思路,对利用煤系固体废弃物(煤矸石和粉煤灰)配制似膏体充填料浆进行了实验研究。     

膏体充填材料强度影响因素分析

针对影响膏体充填材料强度的因素。通过大量的试验,揭示了以河砂为骨料的膏体充填材料强度与各影响因素间的关系。试验结果表明,影响膏体充填材料强度的主要因素有质量分数、粉煤灰掺量种类以及养护龄期等。相同条件下,膏体充填材料强度与料浆质量分数、粉煤灰掺量和养护龄期成正比关系。这些结论将为煤矿膏体充填不迁村采煤技术的实施提供一些参考。     

基于海底开采的高倍线强阻力充填技术

 三山岛金矿新立矿区西南部矿体属海底开采,海底充填倍线达13,水平输送距离超过2000 m,属于高倍线强阻力输送充填料浆。为了解决充填料浆输送距离长、倍线高、输送阻力大等技术难题,进行了分级尾砂物化性能测试,充填骨料配比试验,管道输送阻力模拟等研究。研究结果表明,分级尾砂颗粒较粗,脱水性好,但是在输送过程中易沉降;添加细颗粒,能改善分级尾砂的流动性;推荐料浆配比为1：6~1：8,料浆输送质量分数为72%。通过充填料浆环管阻力输送试验和理论计算,得出料浆最大输送阻力为9MPa,除去自重水力压头,需加泵压6 MPa。工业应用结果表明,分级尾砂高倍线充填是可行的,为海底矿床安全开采提供了保障,实现了高倍线充填海底矿床。     

基于海底开采的高倍线强阻力充填技术

三山岛金矿新立矿区西南部矿体属海底开采,海底充填倍线达13,水平输送距离超过2000 m,属于高倍线强阻力输送充填料浆。为了解决充填料浆输送距离长、倍线高、输送阻力大等技术难题,进行了分级尾砂物化性能测试,充填骨料配比试验,管道输送阻力模拟等研究。研究结果表明,分级尾砂颗粒较粗,脱水性好,但是在输送过程中易沉降;添加细颗粒,能改善分级尾砂的流动性;推荐料浆配比为1:6~1:8,料浆输送质量分数为72%。通过充填料浆环管阻力输送试验和理论计算,得出料浆最大输送阻力为9MPa,除去自重水力压头,需加泵压6 MPa。工业应用结果表明,分级尾砂高倍线充填是可行的,为海底矿床安全开采提供了保障,实现了高倍线充填海底矿床。     

废石破碎胶结充填配比优选及在寒冷气候条件下的应用

为解决金英金矿外购铁矿尾砂在寒冷气候条件下充填存在充填体强度低、稳定性差以及井下产出废石大量堆积的难题,开展废石破碎用于井下充填的室内实验。研究结果表明:在充填倍线为2.0~6.0的前提下,废石充填料浆质量分数可达75%以上;当废石与尾砂的质量比为3~6时,对充填料浆流动性和充填体强度无明显影响;粒径d≤5 mm废石+压滤尾砂的充填骨料可获得最大充填体强度,充填骨料的充填体强度从大到小依次为d≤5 mm废石、d≤8 mm废石+压滤尾砂、d≤5 mm废石+铁矿尾砂、铁矿尾砂和d≤8 mm废石+铁矿尾砂;料浆质量分数是确保充填体强度和降低水泥掺量的关键,采用d≤5 mm废石+水泥充填时,料浆质量分数每提高1%,水泥掺量可降低1.2%;当养护温度由10℃提升至15℃时,充填体充填时间为7 d及28 d强度分别提高109.52%和58.46%;经现场工业试验,推荐采用的d≤5 mm废石胶结充填料浆实际质量分数为75%,水泥掺量为11%,充填能力为110 m~3/h,充填成本降低15%~18%。     

金属矿尾砂浆压缩与剪切屈服应力的关系

膏体流变学的研究是矿业浆体流变学的热点和难点。膏体技术包括脱水、搅拌、输送、堆存(充填)4个阶段,均涉及到非牛顿流体流变特性。在脱水阶段,全尾砂的压缩屈服应力影响了尾砂浆的脱水浓度,浓度是剪切屈服应力的宏观表现,继而影响了混合搅拌和管道输送过程中浆体的剪切屈服应力。所以,压缩屈服应力和剪切屈服应力之间的关系成为了膏体充填技术领域中的关键问题。在压滤理论指导下,开展相关实验,提出了全浓度范围内床层脱水阻力和浆体输送性能表征方法,以表征全尾砂浆的可浓密性能。对全尾砂高压力作用下的可浓密性能进行测试,得到高压力下全尾砂浆体的压缩屈服应力;使用控制剪切速率法(CSR)操作桨式流变仪检测剪切屈服应力;继而得到两者之间的关系为：浆体屈服应力为剪切应力,压缩屈服应力为压缩应力;浆体的压缩屈服应力、剪切屈服应力与浓度指数均呈指数关系。并且压缩屈服应力远大于剪切屈服应力,因此剪切作用更易破坏絮团,是脱水的主要外部动力,从而解释了搅拌脱水的力学机理。     

邢东矿超高水浆体输送流量控制系统

为了解决邢东矿超高水充填材料配比精度达不到要求及浆体输送流量控制范围小的问题,我们在超高水充填地面注浆站建立了一套可靠、完善的浆体输送流量控制系统,实现了对A料浆体流量、B料浆体流量的精准调节以及浆体输送流量的大范围控制,达到了超高水充填技术对地面注浆站浆体控制的要求。     

云南某铅锌矿全尾砂膏体室内实验研究

对云南某铅锌矿采用全尾砂膏体充填方案开展了室内实验研究,分析了全尾砂基本物理化学性质(粒级组成、化学成分),并进行了全尾砂自然沉降试验、坍落度试验、全尾砂试块单轴强度试验,获得了全尾砂及全尾砂胶结料的自然沉降特性、流动性能、析水性能及强度特性.试验结果显示:全尾砂自然沉降2~3 h后,重量浓度达到72%~76%,需要添加絮凝剂加快沉降;全尾砂胶结料的重量浓度为78%~79%时,坍落度为24~17 cm,基本无析水(1%~0.6%),充填料呈膏体状态,适合长距离输送;全尾砂膏体配合比在1∶4~1∶12时,28 d单轴抗压强度达到1~4 MPa.室内实验初步表明该矿山可以采用全尾砂膏体充填方案.     

粗粒级膏体充填材料静动态抗离析性能表征

为表征粗粒级膏体充填材料的抗离析性能,基于固液两相流体力学及非牛顿流体力学,对粗颗粒的静动态受力进行分析,构建膏体充填料浆静动态抗离析力学模型。综合考虑浆体屈服应力、粗颗粒粒级分配和固液密度,提出抗离析性能表征模型,即离析判定值M。为检测该模型,以料浆浓度、粗颗粒最大粒径、尾碎比为三因素,进行9组正交实验,并对实验结果进行拟合分析。研究结果表明:离析判定值M的预测结果与实际结果一致,其中,M的最大值M_(max)和M的平均值M_(avg)的拟合复相关参数均达到0.9以上,模型具有可靠性。合理选取粗颗粒粒径计算标准,即可实现对粗粒级膏体料浆抗离析性能的准确预测。建议离析判定值M_(avg)为1.0~2.5,离析判定值M_(max)为1.0~1.2。