采空区煤矸石浆体充填技术研究进展与展望

煤矸石浆体充填是一种低干扰条件下矸石无害化规模处置的重要技术手段，是实现煤炭绿色开采的重要途径之一，符合国家绿色发展理念。但针对浆体充填材料制备缓存、浆体长距离输送及采空区充填处置等方面的研究仍不完善，部分问题的研究尚属空白，严重制约浆体充填技术在煤矸石固废处置领域的发展。通过近年来研究，煤矸石浆体充填在基础理论及关键技术均取得了大量的成果。文章系统性地梳理了多种煤矸石充填固废处置技术及其发展历程，总结了其适用性及优缺点，阐述了浆体充填诞生的技术背景及科学内涵，明确了浆体充填关键技术与工艺原理。从大规模推广应用角度出发，总结了浆体材料精准制备与流变特性、矸石浆体长距离管输特征、采空区空隙空间浆体介入规律3项关键科学问题，围绕以上关键科学问题，重点开展了精准制浆技术、管道输送技术、浆体多位充填技术等方面的研究。分析了多因素耦合条件矸石浆体流变特性，揭示了矸石浆体成浆机理，构建了矸石浆体精准制备模型，提出了矸石浆体管道输送关键参数确定方法，总结了高位、低位、邻位3种形式的浆体流动扩散规律，进而指导浆体充填工程实践。在以上研究基础上，分析了浆体充填技术当前研究的不足及未来研究的重点难度，并对...     

夏甸矿业有限公司高浓度尾砂充填技术的研究

针对夏甸矿业有限公司充填料严重不足、干式充填工效低和劳动强度大等问题，开展了高浓度尾砂充填技术的研究，试验证明该技术具有充填能力大、充填浓度高、充填成本低等特点，对类似矿山具有借鉴意义。     

滤水器密实充填试验研究

充填采矿法愈来愈广泛地用于资源开发与回收，但管道充填过程中的洗管水和引路水是导致充填不接顶的主要原因。为实现采矿密实充填，研制了一种安装方便、使用效果好的充填滤水器，该滤水器能大量排出充填多余水，且不滤出充填胶凝剂，具有提高充填料浆浓度，增强充填体强度，改善充填接顶效果等作用，是一种理想的矿山密实充填脱水设备。现场试验表明可广泛使用于充填法矿山。     

全尾砂高水速凝充填材料特性的研究

全尾砂高水速凝充填技术是一项新近发展起来的充填技术。通过室内试验，研究了全尾砂高水速凝充填材料的基本特性，如充填料浆的自然沉降及原因特性、充填体强度特性和充填体风化特性等。研究结果对全尾砂高水速凝充填技术的应用具有一定的指导意义。     

全尾高水固化充填采矿法的实践

介绍采用高水固化材料进行全尾砂高水固化充填采矿法的试验研究，了解并掌握高水固化材料充填体的强度，充填系统，充填工艺，对应用高水材料作为矿山充填采矿法的充填材料具有一定的实践经验。     

全粒级碎石水泥浆胶结充填质量控制

在分段碎石胶结充填法试验研究过程中，在国内首次试验采用自然级配碎石胶结充填料自然混合、铲运机充填新工艺技术，充填体质量控制好坏直接影响着充填体强度、充填体抵抗爆破震动破坏的能力、充填体的自立稳定性和充填成本。本文详细论述了分段碎石胶结充填体质量影响因素与充填体质量保障措施。     

我过充填采矿技术新进展

近几年来，我国冶金矿山充填采矿技术有了很大的发展，虽然主流仍然是以脱泥尾砂作充填料的上向分层充填采矿法为主，但在传统的低浓度细砂胶结充填和低标号粗骨料混凝土充填以及高浓度细砂胶结充填的基础上，以开发利用全尾砂为主体的高浓度全尾砂胶结充填、碎石全尾砂膏体泵送充填、高水基全尾砂速凝固化胶结充填以及块石胶结充填等新材料、新工艺、新技术的研究和应用是充填工艺技术发展的新动向。     

武山铜矿北矿带充填系统的改造

武山铜矿北矿带的充填存在一系列问题，决定对其充填系统进行改造，采用高浓度胶结充填工艺替代原有的水力充填工艺，从而达到提高充填料浆浓度和充填效率，以及用尾砂胶结充填取代人工铺设下向进路混凝土假底的目的。本文分析了原有充填系统存在的问题，详细介绍了充填系统改造的方案。     

下向矩形进路充填体强度需求应用

通过采用弹性力学简支梁、薄板及加拿大米切尔理论模型等分析方法，结合尾矿胶结充填体的物理力学参数，计算了下向矩形进路充填体顶板的理论强度需求。同时，通过近两年充填站取浆养护充填体的强度试验数据，统计分析了可定量表征实际充填强度工业离散性的浮动安全系数，最终得出了适用于企业现阶段充填质量控制水平的下向进路充填体实际强度需求。通过研究和试验，优化了充填配比设计参数，达到了合理降低胶结充填成本、提高矿山综合经济效益的目的。同时，为类似矿山下向进路充填体强度需求优化提供参考。     

我国全尾砂高浓度（膏体）胶结充填简述

先进充填设备的成功研制促进了充填技术的提高，加速了全尾砂高浓度（膏体）胶结充填的广泛应用。通过分析全尾砂高浓度（膏体）胶结充填特点，简要介绍了我国全尾砂高浓度（膏体）胶结充填研究及胶结充填系统设计，并提出了我国全尾砂高浓度胶结充填的发展重点。     

矿物表面疏水性在糊精吸附过程中的作用

采用吸附量测定及光电子能谱技术研究了糊精在改性的石英表面和金红石表面的吸附机理。发现糊精并不像文献中所报道的因疏水键合作用而吸附，而是通过与矿物表面金属羟基络合物作用而吸附，因此其吸附最随溶液ｐＨ值而变化。矿物表面疏水性在糊粗吸附过程中不起主要作用，但有提高精吸附同作用。     

膏体充填管道输送数值模拟与分析

首先介绍了膏体充填技术的基本情况,接着提出了FLOTRAN CFD（计算流体动力学）的基本分析过程,在建立管道几何模型和提出膏体充填管道输送的基本假设的基础上,运用ANSYS软件中的FLOTRAN CFD模块进行模拟分析.通过改变荷载或参数,对FLOTRAN CFD进行重启动,得出一系列结果,符合科学基本规律,说明了该方法的科学性和有效性.     

膏体充填技术现状及趋势

膏体充填技术是充填关键设备突破和井下采矿需求共同发展的产物,该技术在我国得到迅速推广应用。随着膏体技术应用逐渐成熟,其正朝着精细化研究方向发展,旨在提高充填质量、降低充填成本。叙述了膏体充填概念、工艺特点及技术优势,介绍了膏体充填技术在国内外的发展历程和应用现状。对新型胶凝材料、全尾砂脱水技术、膏体流变学、硬化膏体多场性能和膏体微观性能等热点方向研究现状进行了分析。同时,对新疆伽师铜矿和赞比亚谦比希铜矿膏体充填系统做了介绍。最后,提出了膏体充填技术在中国的发展趋势。     

膏体充填料浆水力坡度研究进展

膏体充填技术近年来在矿山得到了较多的应用,但是关于膏体充填料浆水力坡度的计算却成为越来越突出的问题。介绍了目前通用的几种计算膏体料浆水力坡度的公式,并对各个公式的优缺点及适用范围做了评价。最后指出了膏体充填料浆水力坡度计算的研究方向。     

尾砂作骨料的似膏体料浆流变特性实验研究

在流变特性实验的基础上，对尾砂作骨料的似膏体充填料浆的流变模型和流态进行了研究。结果表明，尾砂作骨料的似膏体充填料浆的流变模型近似于宾汉塑性体，料浆在管路输送中呈层流流态。通过分析，提出了在本实验条件下充填料浆的合适浓度和溢流层砂添加比例。这为类似条件下的似膏体充填管路输送参数设计提供了理论依据。     

尾矿堆存技术的最新进展

综述了湿式尾矿堆存、干式尾矿堆存、膏体尾矿堆存、袋式尾矿堆存技术和尾矿固结技术等尾矿堆存技术的最新进展。指出在利用废弃空间堆存尾矿、尾矿库防渗和排渗技术、尾矿库筑坝和加固技术、尾矿库闭库设计、尾矿库模型验证技术、干式尾矿库筑坝和堆存技术、膏体尾矿排放和堆存技术及袋式尾矿堆存技术研究方面取得了一定进展,已建矿山需进一步开展湿式尾矿库的排渗和防渗技术、筑坝和加固技术、尾矿库溃坝仿真模型和安全预测模型等研究,新建矿山需进一步开展干堆尾矿的浓缩技术与装备、膏体尾矿的浓缩技术与装备、尾矿浓缩过程中的絮凝技术、干堆和膏体尾矿的输送技术等研究,袋式尾矿堆存技术和尾矿固结堆放目前仍不够成熟,还需进行进一步深入研究。     

全尾砂膏体充填粉煤灰活性效应研究

为降低膏体充填成本,提高粉煤灰利用率,以粉煤灰替代部分水泥作为膏体胶凝剂。通过化学方法激发粉煤灰活性,设计了激发剂选型实验和优化配比实验,研究了化学激发下掺粉煤灰膏体强度的变化规律,旨在解决掺粉煤灰膏体早期强度低的问题。结果表明:三乙醇胺、NaOH、CaO能有效提高粉煤灰活性,而Ca(OH)2、Na_2SO_4、CaSO_4·2H_2O和CaCl_2对粉煤灰活性激发效果不明显。不同龄期三乙醇胺的最佳掺量一致,为粉煤灰质量的1.2%;Na OH激发时掺粉煤灰膏体不同龄期的强度随其掺量增加不断提高,掺量超过3%时,强度增长速度逐渐降低;不同龄期的CaO最佳掺量不一致,3 d最佳掺量为4%、7 d为2%、14 d和28 d为6%,CaO激发膏体后期强度不显著。     

粗粒级膏体充填的技术进展及存在的问题

回顾了膏体充填技术在我国的发展历史,从膏体充填材料组成、全尾砂浓缩、水泥添加方式、膏体制备与输送4个方面总结了膏体充填技术演变过程及最新进展,分析了目前膏体充填技术存在的主要问题,对于膏体充填的进一步发展具有一定的借鉴意义。     

硫化钠对某铅锌矿充填膏体凝结性能的影响

某铅锌矿全尾砂膏体充填料浆水化凝结迟缓,严重影响充填作业进程;同时粗骨料充填浆体容易出现骨料下沉而导致的浆体离析现象,严重影响充填浆体的质量。通过建立骨料在浆体中的力学模型,研究硫化钠掺入某铅锌矿全尾砂膏体料浆后对其水化凝结性能的影响。先将硝酸锌按照不同的比例掺入全尾砂膏体混合料浆,经过试验发现全尾砂中的锌离子对料浆的凝结起到了延缓作用。在此基础上,通过掺入不同比例的硫化钠配制膏体料浆,观察到硫化钠对料浆具有促凝的效果,并且随着硫化钠添加量的增加,膏体料浆初凝时间近似地呈线性递减规律。同样硫化钠的加入增加了膏体凝结后试块的7、14、28 d强度,得到膏体凝结试块最大强度下硫化钠的添加量范围为1%～1.5%。分析得出：硫化钠中的硫离子结合了料浆中大量的锌离子形成硫化锌沉淀,硫离子水解创造的碱性料浆环境共同促进了膏体的水化和凝结进程。     

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。