深井矿山高浓度充填料浆自流输送管道磨损研究

为研究深井矿山高浓度充填料浆自流输送管道磨损情况,从速度、动量和能量守恒角度分析了深井矿山自流输送充填料浆运动机理、管道破坏机理和管道磨损机理,得出了充填料浆特性、充填钻孔、管道材质、充填倍线与自流充填管道磨损影响因素之间的关系。通过ANSYS FLUENT三维数值模拟结果和矿山实际管壁监测结果,研究了水平管和弯管的管道易磨损位置,提出了深井矿山自流充填管道降低磨损的技术方法,为矿山深井高浓度自流充填系统的持续、安全、稳定和高效运行提供了重要的技术支持。     

基于模糊算法的充填不满管控制系统研究应用

低倍线采场进行充填时,充填管路垂直段料浆不满管问题显现,从而加速垂直管路磨损,甚至引发料浆相变造成管路堵塞,目前缺少提高满管度的有效控制方法。通过现场调研和理论分析计算,建立自流输送模型,在保障充填量的条件下,建立模糊控制算法,调节充填浓度和管路有效直径,提高料浆输送阻力和满管度,算法稳定调节时间17S,超调量6%,控制效果优于PID控制算法,可改善深井低倍线充填不满管状态。     

金川二矿区深部开采充填管路设计优化

金川二矿区深部开采工程纵深达1 000 m左右,充填料浆需从地表搅拌站经管道自流输送至700 m中段各生产水平,充填系统管路设计是深部开采的重要保障。针对深部开采各个充填管路方案预设计工程量、钻孔和管线的长度、高差,分析对比了充填倍线,运用Surpac软件进行方案模拟,确定出1 350,1 150,1 000 m 3个转段水平和四级钻孔设计方案,在避开了F_1、F_(16)断层带,减少工程量的同时,确保了充填料浆自流输送合理倍线值为2～5.5,满足56万m~3/a的充填能力,充填管道采用金属耐磨管,延缓了管道和钻孔磨损,为类似深部开采矿山充填系统管路优化提供了借鉴。     

分级尾砂充填料浆的工作特性及多因素影响规律

流动性和强度是决定充填料浆工作特性的两个关键指标。为研究分级尾砂高浓度自流充填的工作特性以及相关因素的影响规律,采用A1.2U6均匀设计法开展了配合比试验,以水泥掺量、料浆浓度、充填剂掺量为变量,以单轴抗压强度、扩散度和塌落度为考察指标,开展了充填料浆的工作特性与影响因素研究。结果表明:料浆浓度与流动性成负相关,Minefill和水泥掺量与流动性成正相关,且料浆浓度对流动性影响最大,Minefill次之,水泥掺量最小;Minefill对高浓度料浆的作用更明显,浓度在68%～70%时,可将其扩散度提高30cm、塌落度提高1～6cm。水泥掺量和料浆浓度与强度成正相关,且水泥掺量对强度的影响性更大,而Minefill对强度基本无影响;Minefill掺量为550mL/t时,水泥掺量提高1%,强度可提高0.1MPa,料浆浓度提高1%,强度可提高0.05MPa。     

管道加压泵送充填系统的研究与应用

龙首矿西二采区1630m水平采场分布在金川矿区5-11行,距离地面充填站垂直高差为79m,其中5行采场最远,水平充填管路长845m,钻孔垂直管路长79m。经计算,自流充填时的倍线为11.7,采区无法满足现有管道自流充填工艺要求。金川矿区采用下向进路胶结充填采矿法,因此,采空区必须采用混凝土充填,否则会带来较大的安全隐患,必须采用管道加压泵送充填技术解决存在的问题。     

大尹格庄金矿全尾砂自流输送试验研究

大尹格庄金矿为全面推广全尾砂充填工艺,需测定全尾砂充填料浆的自流输送参数,通过流变仪只能测定低浓度料浆,还需进一步测定高浓度料浆的参数。借助环形管道输送系统,共进行全尾砂、灰砂比1∶6和灰砂比1∶10三个高浓度关键组方的12组输送试验,获取了各组方流变参数。综合流变仪和环管测定结果,计算出各类料浆的最大允许充填倍线,分别确定了新增1、2号矿体充填管路各类型充填料浆的最大充填浓度,为现场工业试验提供了依据。     

凡口矿边缘矿体充填输送研究

凡口铅锌矿边缘矿体的发现使得矿山目前的充填系统无法满足日益增长的充填需求。本文根据凡口新探明矿体与充填站的位置关系提出了施工新充填钻孔,利用原充填钻孔两种管路布置方案;计算了地表充填管路输送分级尾砂、细尾砂的最大允许充填倍线为8.56、3.47。根据理论计算与数值模拟结果,认为在充填管道的地表阶段输送分级尾砂和细尾砂时,两种方案都需要采用泵送方式输送;在充填管道地下阶段输送分级尾砂充填料浆时可以自流输送,当充填倍线降至3以下时才能自流输送细尾砂。对泵送压力的计算结果表明：充填系统需要配备最大泵送能力不小于12MPa的充填泵才能满足矿山的充填料浆输送需求。     

基于L型管道料浆输送性能试验研究

充填倍线是管道自流输送的重要参数。采用简单的L型管道,基于流体力学及浆体管道自流输送理论,研究不同配比、浓度的料浆与充填倍线及输送阻力间的关系。结果表明:相同配比条件下,充填倍线随浓度的增大而减小,输送阻力随浓度的增大而增大;不同配比条件下,当浆体浓度低于70%时,输送阻力随配比增大而减小,而浓度高于70%时,减小配比具有降低浆体输送阻力的效果。最后建立了4种配比情况下充填倍线与输送阻力的回归模型,研究结果可为矿山管道自流输送提供理论依据。     

安庆铜矿高浓度充填料浆减阻试验

在矿山充填系统中,通过添加减水剂可以改变充填料浆流变特性,改善其在管道输送中的流动性能,是地下矿山实现高浓度大倍线自流充填的有效途径。针对安庆铜矿马头山矿段充填倍线大无法实现高浓度自流输送开展充填料浆减阻试验。结果表明,在高浓度料浆中添加减水剂能够有效改善充填料浆的流动性,扩散直径提高10%~30%,流动过程中的黏聚力大幅降低,降低10~30 Pa。     

深井长距离膏体自流输送技术研究与应用

云南驰宏公司自流充填系统将重量浓度(79%~81%)的高浓度膏体充入1600 m深的采空区中,充填最长距离5188 m,最大充填倍线4.13,充填流量50~70 m3/h。在技改过程中利用活化搅拌技术、排气稳压技术等先进技术,既实现了膏体的自流输送,取消了泵压输送环节,又保证了系统的稳定运行,降低了堵管次数和管道磨损率。该技术自2007年4月成功应用至今已输送膏体48.41万m3,共计节约各项生产成本1520.08万元。     

胶结充填体与矿柱相互作用双轴加载试验研究

矿柱与充填体之间的相互作用是矿柱和充填体优化和安全设计的重要问题。通过双轴加载试验研究了侧向应力和采场充填率等因素对矿柱与充填体相互作用的影响。结果表明：充填体接顶时，充填体能充分发挥自身强度并直接参与顶板支撑，此时矿柱-充填体支承系统可以充分发挥承载力；充填体不接顶时，在一定侧向应力作用下矿柱-充填体支撑力提高主要是两者界面摩擦力的提高，而充填体横向约束效应对于矿柱强度提高效应不明显；较高的充填率意味着在矿柱-充填体界面处产生更大接触面积，在一定侧向应力作用下会在界面产生更大的摩擦力，进而产生更大的系统承载能力。试验结果与新城金矿测试结果的对比证实了该项研究对于新城金矿二步采场的稳定性分析具有一定的指导意义。     

全尾砂充填料浆管道阻力损失探究及优化

充填采矿技术因其自身的特点，在矿山领域得到了大力推广，确定合理的充填料浆配比方案和充填系统管道输送技术参数，是确保整个充填系统能够安全、高效和稳定运行的重要前提。以唐山某铁矿为例，选择灰砂比1∶8的充填料浆为试验对象，以140 mm、160 mm、180 mm、200 mm、220 mm、240 mm、260 mm为试验管道直径，分别配比浓度为68%、70%、72%、74%的充填料浆，对充填料浆管道阻力损失影响因素进行分析，并对其进行优化。研究结果表明：管道阻力损失与管径呈反比例函数关系，料浆浓度越高，管道阻力损失越大；管径增大到240 mm和260 mm时，管道底部料浆流速过快，会加速底部管道磨损；为实现矿山生产中的采充平衡，建议该矿山输送管径为200 mm或220 mm，料浆输送浓度为70%。     

胶结充填体对二步矿体作用机理分析

为研究胶结充填体对二步矿体的作用机理,以新城金矿782、792和802 3个一步采场为研究对象,运用FLAC3D数值模拟软件,对一步采场从第3分段开挖充填到第5分段开挖充填中胶结充填体的作用机理进行模拟研究。结果表明：从一步采场第3分段到第5分段开挖充填,二步矿体内的应力值比胶结充填体内的应力值大5～6倍。792采场胶结充填体与二步矿体接触面上产生的塑性区以受拉破坏为主,782、802采场胶结充填体与二步矿体接触面上的塑性区由剪切破坏产生,深度基本保持在1 m左右。一步采场回采至11分层后,顶板沉降量加快,需对顶板进行支护处理,以保证回采安全。     

碎石胶结充填料配比的优化

对高龙金矿下向分层进路胶结充填采矿法所用的充填材料进行了室内试验研究。试验内容包括充填骨料物理性能测定和胶结充填材料配忆试验。通过试验,优化了碎石胶结充填材料配比。     

考虑壁面滑移效应的充填料浆管道输送阻力研究

为了探究壁面滑移效应影响下的充填料浆管道输送阻力的变化特征，建立了考虑壁面滑移效应的管道输送模型，利用Comsol数值模拟软件分析了料浆浓度、管径及灰砂比对管道阻力损失的影响。研究表明 ：①模型计算结果的相对误差在合理范围内，该模型用来计算考虑壁面滑移效应的充填料浆管道输送阻力是可靠的；②考虑壁面滑移效应的情况下，各因素对管道阻力的影响程度依次为管径>质量浓度>灰砂比，管径 增大，壁面剪切作用力减小，颗粒迁移运动变缓，滑移效应减弱，管道输送阻力降低幅度减小；③在不同浓度范围内料浆滑移层厚度的主控因素不同，导致输送阻力随浓度增大的幅度不同；④灰砂比较低时，管道输 送阻力的增长速率较低，随着灰砂比增大，管道输送阻力快速增大。以冀东地区某矿山为研究背景进行了数值模拟，得到充填料浆管道输送的最佳参数为质量浓度66%、68%，灰砂比1∶8。     

新城金矿充填系统优化实践研究

针对新城金矿厚大、破碎、倾斜、难采矿体开采时存在的粉矿损失问题,分析了引起矿石损失和贫化的原因,通过对矿山充填系统及其工艺技术的研究,提出了以下优化策略:优化充填系统,合理布置充填管网;进行充填材料试验,采用新的充填胶凝材料,提高充填体强度;强化充填站质量责任,满足充填配比要求;按设计施工,禁止进路超高、超宽;采用多种技术措施,确保充填接顶;提高充填料浆浓度。实践证明,以上措施减少了充填料与粉矿的接触与混合,矿山矿石回收率由92%提高到94.5%,并且减少了矿石贫化率,取得显著效益。     

充填钻孔的关键要素与施工技术

充填采矿法是现代矿山广为采用的高效无废采矿法,充填钻孔是充填系统的"咽喉"。充填钻孔的使用寿命因素除了输送介质的物理特性、系统的力学特性、管道材料特性外,钻孔偏斜等施工质量成为决定性因素。充填倍线指标是充填钻孔设计的主要依据。充填钻孔施工方法与工序质量控制是保证充填孔质量的关键。在分析了影响充填钻孔使用寿命因素和充填钻孔施工难点的基础上,总结和介绍了充填钻孔的施工方法和质量控制措施。     

桃山矿胶结充填管道输送系统充填试验

为了解决桃山矿三井工作面充填开采过程中出现的堵管以及管道的高磨损率等问题,运用流体力学理论,结合该工作面的实际情况,采用自流+泵送的管道输送技术进行了工业试验,并利用ANSYS模拟分析了在速度2.0 m/s时,不同料浆浓度、管径对全程管压的影响。模拟结果表明:既定输送速度下,在合理的可控范围内且易于输送时的充填料浆浓度、管径取值范围分别为52%、140~180 mm时,输送管压分别为134.561 kPa、130.053~138.759kPa。根据模拟结果进行的工业试验表明,堵管和高磨损率等问题得到了解决,充填开采取得良好的效果,有效地控制了顶底板的变形,降低了顶板的下沉量,减少对环境的破坏,验证了该管道输送系统是一种"安全、经济、环保、可靠"的充填采煤系统,为该矿以及类似条件下的矿山充填开采提供了借鉴。     

国内某铁矿充填工艺技术优化研究

为解决国内某矿山充填工艺系统堵管事故频发和充填体质量差等问题,提出优化充填骨料级配和管线敷设的技术思路,并开展试验研究和现场应用验证。结果表明：分级粗尾砂和细尾砂的最佳混合比例为5:5~6:4,质量浓度74%~78%的充填料浆可实现自流输送,分级细尾砂浓缩最佳进料浓度为8%~10%,絮凝剂添加量为10~15 g/t,底流高度可达到56% ~ 60%。通过优化充填管线敷设,充填管线减少485 m,平均充填倍线由6.4降至4.5,矿山应用验证优化后的充填骨料和充填管线,保障了充填工艺参数的稳定性,提高了充填体质量,实现了矿山高效稳定充填。     

全尾砂新型充填胶凝材料在南洺河铁矿的应用

针对冀东铁矿全尾砂充填料,已经开发出适用于铁矿山全尾砂胶结充填法采矿的矿山尾砂固结粉(简称尾矿粉)。通过矿山工程应用表明,该种全尾砂新型胶凝材料不仅胶结充填体强度高,而且成本低,具有良好的性价比。为此开展了矿尾粉新型胶凝材料在南洺河铁矿推广应用的试验研究。现场全尾砂取样的物化特性分析结果显示,南洺河铁矿全尾砂充填料不仅颗粒细(dav=0.361mm),含泥量高,而且级配差(不均匀系数53.4),属于级配严重不良的全尾砂充填料。为此,作者进行了胶砂比为1∶8和料浆浓度为73%的胶砂充填体强度试验。28d胶砂充填试块强度可以达3.024 MPa,是相同条件下32.5R早强水泥的2.77倍,满足了南洺河嗣后充填采矿对充填体强度的要求。