万城矿业全尾砂膏体充填系统扩能改造与应用

针对万城矿业原有充填系统能力过小、不能保障安全生产等问题,在高浓度全尾砂膏体充填工艺的基础上对系统进行扩能改造,主要对外围供砂能力、砂仓循环工艺、充填料浆制备能力和充填料浆输送能力4个方面进行优化改造,改造后的充填系统,充填料浆浓度为72%~76%,充填料浆制备输送能力为80~200m~3/h,系统连续稳定运行时间4~10h,实现了大流量全尾砂膏体充填,充填能力可调节性强,解决了矿山安全问题,改善了矿山高大矿柱的开采环境,实现资源节约与安全开采。     

凡口铅锌矿高浓度尾砂充填材料特性试验研究

针对凡口铅锌矿目前充填浓度低,生产成本高,尾砂利用率不足等问题,研究了不同充填材料的配比参数,分析了不同条件下料浆流动性变化规律和管道输送阻力特性。结果表明,为满足采场机械化开采需要,采场浇面充填宜选择分级尾砂作为骨料,灰砂比为1∶4,质量分数为76%,充填体强度R3≥3.0 MPa;非浇面充填可选择混合尾砂作为骨料,灰砂比为1∶4,质量分数为70%,充填体强度R28≥3.0 MPa。充填料浆采用内径130 mm管道输送,流量为60 m~3/h时,分级尾砂料浆和混合尾砂料浆管道输送阻力分别为1.77 MPa/km和1.97 MPa/km。基于矿山现有充填管网系统及管道参数,采用高质量分数充填时,管网系统充填倍线均小于料浆自流充填倍线,均可实现自流输送。     

基于环管试验确定粗骨料膏体充填料浆管道输送参数

以粗骨料膏体充填料浆管道输送为研究背景,基于环管试验测试了不同质量浓度、不同灰砂比、不同充填流量、不同管径条件下的粗骨料膏体管道输送阻力;分析了影响粗骨料膏体充填料浆管道输送阻力的影响因素;最终依据矿山实际生产现状,结合环管试验结果,确定最佳的粗骨料膏体充填参数为:输送能力90m3/h、膏体充填料浆质量浓度80%、灰砂比1∶10~1∶6、输送管径Φ165×12、输送流速1.6m/s。从而为矿山粗骨料膏体充填系统设计及管道输送系统设计提供可靠的数据支撑。     

矸石浆体充填空间特征研究与工程实践

煤矸石浆体充填是一项顺应煤炭绿色可持续发展、响应国家环保政策的矸石绿色处置新技术。宏观的破碎空间特征与微观的空隙特征是决定矸石浆体充填效果的关键,为建立浆体充填基础理论体系,采用理论分析、模拟实验与现场工业实验结合的方法,揭示了浆体充填空间覆岩运动规律,探索了破碎空间内可供浆体充填的空隙分布特征,明确矸石浆体-采空空隙的作用关系。研究表明,采动过程中控制岩层是影响浆体充填空间范围的关键,“拱-梁-壳”的空间演化过程分别对应浆体充填空间的自由堆积区、载荷影响区及压实区,直接决定矸石浆体充填效果;采空区内垮落岩体的孔隙率沿倾向、走向及垂向均满足负对数函数关系,据此建立了浆体充填空间空隙分布模型,并确定浆体充填的重点区域;通过开展地面原位注浆充填试验,证明了矸石浆体在采空空间的可充填特性,阐述了矸石浆体-采空空隙的作用过程普遍经历了初始流淌、垂直涌流及水平扩散3个阶段;在黄陵二号煤矿井下针对浆体充填空间自由堆积区与载荷影响区开展了矸石浆体充填工程实践,成功验证了井下矸石浆体充填技术的可行性及理论的正确性,为矸石绿色处置提供了新的依据。     

计算流体力学在充填料浆管道输送模拟分析的应用及研究发展方向

充填料浆的管道输送作为矿山充填的重要环节,直接影响着充填系统的效率,亟需新的研究手段对浆体管道输送试验方法进行探究。结合计算流体力学(CFD)在充填料浆管道输送分析的应用,介绍了CFD技术的计算方法及流程;分析了近些年CFD在充填料浆流动特性、管道输送特性及管网参数优化等方面的研究现状及应用难点;认为目前CFD应用于膏体输送存在复杂管道输送系统建模和网格划分困难、无法进行料浆输送过程的微观机理研究、料浆输送参数选择困难等问题;对CFD应用于充填料浆输送模拟分析的研究发展趋势进行了探讨,认为提高计算精度和工业化应用将成为CFD在充填领域应用的主要研究方向。     

金城金矿东季矿充填系统改造

对比金城金矿东季矿充填系统改造前后的状况 ,介绍主要改造措施和效果。采用高压风流态化造浆技术替代水造浆 ,新的充填系统可对尾砂的粒级进行控制 ,提高了充填料浆的浓度和流量 ,因而胶结体强度高、脱水少、跑浆少、水泥浪费少、井下排水费用低、采充循环周期短 ,提高了生产效率 ,经济效益较好。     

膏体充填料浆管道自流输送分析及管线布置

自流充填具有充填效率高、工艺流程简单等优势,但膏体充填料浆由于浓度高,管道输送阻力大,易发生堵管等输送风险,因此,膏体充填料浆自流充填难度大。为了使膏体充填料浆实现安全可靠的自流充填,简化充填工艺流程,节约充填成本,本文以探究膏体料浆自流充填的可行性、确定膏体充填料浆自流充填条件为研究目标,通过试验确定合理的充填工艺参数,从而制备了均质性较好的膏体充填料浆,计算了膏体充填料浆在管道输送中的阻力,论证了膏体充填料浆自流输送的可行性,确定了膏体自流充填最大允许倍线。并根据膏体充填料浆的基本参数,结合膏体料浆管道输送的特性及井下实际生产情况,优化了充填管道布置。经生产实践验证,膏体充填料浆的自流充填能力由原先的50m~3/h提高到了110m~3/h,且生产运行过程中,膏体充填料浆管道输送系统稳定可靠,料浆管道输送流畅,能够满足膏体充填料浆自流输送需求,极大提高了充填效率,简化了充填工艺流程。     

基于似膏体充填的建筑物下采煤新模式

概要地介绍了似膏体充填技术的形成；结合煤矿的实际情况，提出了建筑物下似膏体充填开采新模式；分析了这种新的建筑物下采煤系统的特点，重点介绍了全砂土材料及充填系统的几个重要组成部分：充填制备站系统、充填料浆管输系统、综采工作面充填系统、充填工艺流程。     

全尾砂膏体搅拌技术现状及发展趋势

搅拌作为胶结充填关键环节,它的优劣直接影响水泥分散效果、料浆输送性能,以及水泥单耗和充填体强度。然而目前膏体充填技术研究主要集中于尾砂浓密、管道输送及充填体力学性能等方面,极少涉及料浆的搅拌过程。随着膏体充填技术的发展,膏体搅拌环节的不足逐渐暴露：多尺度物料弥散效果差、均质化困难,致使胶凝材料水化不充分;单套搅拌设备能力不足,限制了整个系统充填能力的提升;颗粒混合弥散运移规律及低效区消除等关键问题无法解决。目前暂无性能优异的膏体专用搅拌机,主要借鉴混凝土搅拌设备及工艺,由于全尾砂物料细、料浆黏度高、屈服应力大,导致混合分散困难,设备适应性差、能力不足等。因此,发展大流量膏体专用搅拌工艺及其配套设备迫在眉睫。     

基于优化尾砂粒径的膏体充填工艺技术研究

本文分别测试了分级粗尾砂及分级细尾砂粒粒径组成,并根据测试结果,提出在分级粗尾砂中添加一定比例的细尾砂,改善尾粒径分布,从而制备出膏体充填料浆,其最佳添加比例为粗尾砂∶细尾砂=5∶5~6∶4;同时开展了充填料浆流动性试验、泌水率试验及强度配比试验,并根据试验结果,结合矿山生产实践,综合分析推荐充填工艺参数为充填浓度74%~76%、灰砂比在1∶4~1∶10之间,其不仅能够保障充填料浆安全可靠输送,且充填体28 d强度最高能够达到3 MPa以上,从而确保了回采的安全性;最终根据以上推荐的充填工艺参数,确定了充填工艺流程及系统方案,生产实践证明,此方案能够满足充填生产需求,充填系统运行可靠,工艺参数稳定,从而极大地提高了充填体质量,为进一步的回采工作提供了安全保障,实现安全高效开采。     

粗骨料膏体充填料浆流变特性与管道输送阻力计算

通过粗骨料膏体充填料浆流动性及泌水率试验,测试了粗骨料膏体流动性及泌水率,确定了粗骨料膏体可实现管道输送的质量浓度范围,并理论分析建立了基于流变参数计算粗骨料膏体料浆管道输送阻力数学模型;同时,在可实现管道输送粗骨料膏体料浆质量浓度范围内,采用美国Brookfield公司的RST-SST型软固体流变仪测试了不同浓度、灰砂比条件下的粗骨料膏体料浆流变参数;结合管道输送阻力数学计算模型,计算不同浓度、灰砂比、管径及流量条件下的粗骨料膏体料浆管道输送阻力;最终根据计算结果及矿山生产情况,选取了最佳的粗骨料膏体料浆管道输送参数,为粗骨料膏体充填料浆管道安全、可靠输送提供了支撑。     

西藏甲玛铜矿全尾砂膏体充填料浆流变特性研究

西藏甲玛铜矿膏体充填料浆输送流量大,要求充填料浆具有良好的输送性能。通过对甲玛铜矿尾砂物化性质的研究以及对膏体充填料浆流变性能的测定,揭示了灰砂比、粉煤灰添加量、质量浓度3个因素对料浆流变性能的影响。得出实验结论:尾砂的密度为2.43 t/m3、松散容重为16.24 k N/m3、密实容重为19.43 k N/m3;尾砂粒度级配良好、化学性质稳定、沉降特性良好。在灰砂比、粉煤灰添加量、质量浓度3因素中,质量浓度为影响膏体充填料浆流变性能的主要因素。膏体充填料浆的屈服应力和黏度随质量浓度的增加而急剧上升,随灰砂比的增加而缓慢上升,受粉煤灰添加量的影响较小。     

武里蒂卡金矿膏体充填料输送性能试验研究

膏体充填以其高浓度、无脱水、低水泥耗量等优势而广受国内外地下矿山的推崇,但同时也存在膏体输送管道阻力大、管道易堵塞的问题,为给矿山膏体输送系统提供设计依据,开展膏体充填料浆输送性能试验研究就显得十分必要。哥伦比亚武里蒂卡金矿拟采用全尾砂膏体充填,全尾砂膏体充填需求量60 m3/h～100 m3/h。本文通过坍落度试验研究分析充填料浆和易性并初步确定膏体态充填料浆的浓度范围,约为68%~70%。以此为基础,利用流变仪测试充填料浆的屈服剪切应力与黏性系数,计算得出管道单位长度充填料浆流动阻力,并结合矿山膏体输送条件,确定了武里蒂卡金矿的膏体输送参数。研究表明,充填料浆浓度宜选定66%~68%,推荐井下充填管道内径150 mm,相应膏体输送阻力2.69~5.74 kPa/m,采用10 MPa膏体输送泵可将充填料浆水平输送1.7~3.7 km,能够很好地满足矿山充填系统膏体输送的需求。膏体充填料浆输送性能参数及其确定方法可为类似地下矿山充填系统建设提供参考与借鉴。     

结构流体胶结充填技术应用及展望

论述了结构流体充填的定义及特点,列出了结构流体充填料浆的输送阻力和充填倍线计算公式及实例,列举了多个矿山新建充填系统、改造充填系统及大流量充填系统在生产中的实际应用效果,指出结构流体胶结充填在满足特大型矿山高效填充的同时,正朝着大流量、低成本、高集成智能化的方向发展。     

不同种类引气剂对充填料浆流变特性及力学性能的影响

为探究不同种类引气剂对尾砂充填体力学性能的影响,用矿渣硅酸盐水泥(P.S.A42.5)、某矿全尾砂、城市自来水及3种主流引气剂制备全尾砂充填胶凝料浆,探究不同引气剂对充填料浆的流变特性和充填体早期强度特性的影响,并用SEM探究引入不同引气剂的充填体的孔隙结构。结果表明:十二烷基硫酸钠(K12)的引入使料浆塑性黏度和屈服应力下降,但可改善料浆的流动性;加入引气剂使充填体早期强度下降,加入K12时下降幅度最小。SEM微观结构显示,引气剂引入的气泡使充填体内部产生更多的孔隙结构,孔隙结构增多是充填体强度下降的主要原因;气泡越小越均匀,强度下降幅度越小。综合考虑料浆流变特性和充填体的7 d单轴抗压强度,结合对充填体微观结构的探究,针对市面上的3种主流引气剂,在料浆质量浓度为60%、灰砂比为1∶4的条件下,认为K12最适合用作充填料浆的引气剂。     

大流量全尾砂胶结充填技术

随着无轨装备与嗣后充填采矿法的发展,大流量全尾砂胶结充填技术已成为矿山充填的重要发展方向,大流量、高效能的充填技术研究具有重要的应用价值。针对李楼铁矿大规模生产需求,全面分析了大流量全尾砂胶结充填系统的特点,进行了相关的研究与设计,李楼铁矿的实际应用结果表明,大流量充填系统结构稳定、工艺可靠,制备出的浆体浓度稳定在70%~72%范围内,单套系统一次最大连续充填量可达2000 m3,完全满足大规模矿山充填开采的需要,充填体原位钻芯取样的强度达到2.95 MPa以上,测试结果均超过了设计强度,可满足矿柱回采的技术要求。     

奥尔托喀讷什锰矿粗骨料胶结充填体试验研究及配比优化

充填体材料的强度及充填体料浆的浓度、流动性和阻力坡降等是矿山充填体系统设计的关键指标,事关矿山的充填质量及矿山生产安全。为了保证矿山安全生产和降低矿山充填成本,针对奥尔托喀讷什锰矿矿山现状,选取了风化较少的青黑色废石和风化较多的土黄色废石,分别开展了材料基本物化性质试验、充填料胶结强度配比优化试验研究、充填料浆流变参数及输送性能研究等一系列试验。研究了不同粗骨料、水灰比、养护时间及料浆浓度对粗骨料胶结充填体单轴抗压强度、塌落度及充填体料浆流动性的影响,并进一步对粗骨料胶结充填体物料配比进行了优化。实验结果表明:当粗料为全粒径≤10 mm混合废石、灰砂比为1∶4时,充填体试块强度最大,料浆不易堵管或大量堆积于管道中;料浆浓度保持在82%～80%时,充填料浆的和易性和流动性较好;充填体料浆流速随浓度的下降快速上升,静料柱高也显著下降。     

全尾砂胶结充填多组分胶凝材料精准添加技术研究与应用

马坑铁矿采用阶段空场嗣后充填采矿法开采,充填系统实际使用过程中,尾砂与 PO42.5 普通硅酸盐水泥胶凝性低,充填体的强度难以达到采矿方法要求,若进一步提高充填料浆浓度或提高灰砂比将造成料浆输送困难和充填成本大幅增加,解决问题的最好办法就是开发高效胶结剂并添加至现有充填系统。本研究在总结以往经验的基础上,通过试验开发出了矿渣微粉+激发剂按特定比例组合而成的高效胶结剂,采用该高效胶结剂代替水泥制备充填料浆不但能够使充填体强度满足采矿方法的要求,而且还会大幅度降低充填成本;结合充填系统的现状,研究新增了矿渣微粉制浆添加系统,可将矿渣微粉和激发剂精准添加至搅拌机。矿渣微粉制浆添加系统建设投资 360 万元,而采用该工艺 2020 年可节省胶凝材料费用 3 448 万元,投资不到 2 个月即可收回,具有良好的经济效益。     

全尾砂胶结充填多组分胶凝材料精准添加技术研究与应用

马坑铁矿采用阶段空场嗣后充填采矿法开采,充填系统实际使用过程中,尾砂与 PO42.5 普通硅酸盐水泥胶凝性低,充填体的强度难以达到采矿方法要求,若进一步提高充填料浆浓度或提高灰砂比将造成料浆输送困难和充填成本大幅增加,解决问题的最好办法就是开发高效胶结剂并添加至现有充填系统。本研究在总结以往经验的基础上,通过试验开发出了矿渣微粉+激发剂按特定比例组合而成的高效胶结剂,采用该高效胶结剂代替水泥制备充填料浆不但能够使充填体强度满足采矿方法的要求,而且还会大幅度降低充填成本;结合充填系统的现状,研究新增了矿渣微粉制浆添加系统,可将矿渣微粉和激发剂精准添加至搅拌机。矿渣微粉制浆添加系统建设投资 360 万元,而采用该工艺 2020 年可节省胶凝材料费用 3 448 万元,投资不到 2 个月即可收回,具有良好的经济效益。     

考虑料浆温度影响的细尾砂膏体自流输送研究

为探究料浆温度影响下细尾砂膏体大流量自流输送特 征,构建了细尾砂膏体自流输送水力坡度模型;基于数值模 拟,分析了考虑料浆温度影响的不同流量、充填倍线细尾砂 膏体自流输送水力坡度特征.所建立的水力坡度模型的测 量误差为４．８５％、２．２１％,迭代计算５６次、６８次后收敛,表明 该模型具有较高的可靠性及合理性.研究结果表明,随流量 增加,细尾砂膏体的水力坡度增大,且充填倍线越小,增加趋 势越趋于线性;膏体输送过程粗细颗粒间存在“非均匀干扰 沉降”现象,随充填倍线增加,粗颗粒受细颗粒与料浆溶液影 响而非均匀沉降,导致颗粒相互作用数量增多,水力坡度升 高;膏体粗颗粒运移存在一定规律,屈服应力是影响颗粒运 移的最关键因素,随充填倍线增加,膏体剪切流动区域面积 增加,水力坡度升高;基于试验结果,为实现自流输送,建议 输送流量选取２２０m３/h,充填倍线选择５.