充填采矿技术与应用PDF电子书下载

1 绪论 1

1．1 现代矿山充填采矿技术的研究与发展 1

1．2 充填采矿对矿产资源开发的重要意义 6

1．3 国内外充填采矿技术交流 6

1．4 金川充填采矿研究和讨论的主要问题 7

2 充填材料与配比选择 8

2．1 矿山胶结充填技术的发展 8

2．2 充填材料及其物理化学性质 9

2．2．1 常用充填物料的性质 9

2．2．2 金川矿区的主要充填材料 14

2．2．3 充填物料对充填料浆的影响 15

2．3 充填材料的几个计算公式 17

2．3．1 固体颗粒加权平均粒径的计算 17

2．3．2 粒级组成的不均匀系数计算公式 17

2．3．3 固体颗粒材料的孔隙率和孔隙比的关系式 17

2．3．4 胶结体抗压强度的计算公式 17

2．3．5 固体颗粒材料的渗透性计算公式 17

2．3．6 浆体浓度的计算公式 18

2．4 充填料浆的配合比 18

2．4．1 充填料的配合比选择原则 18

2．4．2 粗骨料胶结料浆的配合比 19

2．4．3 高浓度胶结充填料浆的配合比 20

2．4．4 棒磨砂砂浆的配合比 21

2．5 膏体充填料的配比选择 23

2．5．1 膏体充填的基本概念 23

2．5．2 膏体充填料的配合比选择 23

2．5．3 膏体充填料的检测与判别 27

2．5．4 影响膏体强度的相关因素 28

2．5．5 部分矿山充填膏体的级配构成 30

2．5．6 国内外部分矿山的膏体料浆的性能特征 31

2．6．1 充填材料添加剂的种类 32

2．6 添加剂对充填材料配比效果的影响 32

2．6．2 添加剂对充填材料的影响 33

2．6．3 添加剂的使用方法 33

2．7 物理作用对充填材料配比及强度的影响 33

2．7．1 活化搅拌对充填材料配比及强度的影响 33

2．7．2 磁化水在充填料配合比中的应用 34

2．8 优化选择充填材料配合比 35

2．8．1 数值优化技术原理 35

2．8．2 数值优化技术的应用 36

2．9．1 金川细砂管道模拟采场充填 38

2．9．2 金川新型充填材料模拟采场试验 38

2．9 试验室模拟采场充填试验 38

2．9．3 水淬二次渣半工业试验优化采场充填 39

2．9．4 金川全尾砂胶结充填优化采场试验 39

2．9．5 大厂铜坑锡矿块石砂浆地表优化试验 40

2．10 充填试验室常用设备 41

2．10．1 充填材料试验与基本设备 41

2．10．2 压缩试验设备 42

2．10．3 充填料抗剪强度试验设备 43

3．1 流变特性的研究对充填的意义 44

3．2 流变模型 44

3 浆体和膏体的流变特性 44

3．2．1 牛顿流体 45

3．2．2 非牛顿流体模型 45

3．2．3 宾汉塑性体模型 45

3．3 新拌水泥浆体和水泥砂浆的流变特性 47

3．4 新拌混凝土的流变特性 49

3．5 全尾砂充填料浆的流变特性 51

3．5．1 流变曲线 51

3．5．2 屈服应力 53

3．5．3 黏度 55

3．5．4 触变性 56

3．5．5 滑移现象 57

3．6 加粗骨料的全尾砂膏体流变特性 58

3．7 浓度、粒度分布和添加剂对浆体流变特性的影响 62

3．7．1 浓度的影响 62

3．7．2 粒级分布对浆体流变特性的典型影响 64

3．7．3 添加剂的影响 65

3．8 全尾砂高浓度（膏体）料浆的流变特性测量 66

3．8．1 桨叶测量法 67

3．8．2 平行板黏度测量法 68

3．8．3 旋转圆筒式黏度测量法 69

3．8．4 两点式测量法 71

3．8．5 管式黏度测量法 73

3．8．6 连续黏度监测系统 74

3．9 流变参数的环管试验测算 75

3．10 黏度标准和黏度标准液 76

3．11 黏度计在非牛顿流体浆体流变学中的应用评述 76

3．12 工业生产充填系统中的流变参数监测与作用 78

4 充填料管道输送的试验研究与工程技术 79

4．1 浆体管道水力输送技术简述 79

4．2 矿山充填料管道输送的特点 79

4．3 充填物料的有关物理性质 80

4．3．1 粒级组成 80

4．3．2 静水中的颗粒的自由沉降 81

4．3．3 颗粒沉降阻力系统ψ 83

4．3．4 非球形固体颗粒的干涉沉降 83

4．4 浆体管道输送的水力学特性 84

4．4．1 固体颗粒在两相流体中的运动状态 84

4．4．2 均质流 85

4．4．3 非均质流 85

4．4．4 临界流速 85

4．4．5 边界层概念 86

4．4．6 固体颗粒在垂直流中的运动特点 86

4．5 充填料浆管道输送试验 86

4．5．1 开路试验系统 87

4．5．2 闭路试验系统 89

4．6 高浓度料浆管道输送特性及其水力坡度计算 90

4．6．1 高浓度料浆管道输送特性 90

4．6．2 影响管道输送阻力损失的主要因素分析 92

4．6．3 金川水力坡度计算经验公式 96

4．7 浆体管道输送有关管道的计算公式 102

4．7．1 浆体输送临界管径的计算公式 102

4．7．2 浆体输送通用管径的计算公式 102

4．7．3 输送管道管壁厚度的计算公式 102

4．8．1 管道堵塞事故 103

4．8 充填料浆输送中产生的问题及解决途径 103

4．7．4 充填垂直钻孔套用管材壁厚的计算公式 103

4．8．2 充填钻孔上口的喷浆和排气 104

4．8．3 管道磨损与减小磨损的措施 104

4．8．4 充填倍线 105

4．9 充填钻孔设计、施工与管理 105

4．9．1垂直管道（钻孔）使用概况 105

4．9．2 φ300mm钻孔使用情况分析 106

4．9．3 充填钻孔的设计 106

4．9．5 充填钻孔使用管理 107

4．9．6 钻孔与管道磨损检测及处理方法 107

4．9．4 充填钻孔施工技术 107

5 胶结充填工艺系统 110

5．1 高浓度料浆充填系统 110

5．1．1 尾砂胶结充填系统 110

5．1．2 高浓度料浆充填系统 111

5．1．3 细石胶结充填系统 111

5．2 充填系统的构成 114

5．2．1 充填方法选择原则 114

5．2．2 充填系统的构成 114

5．3 充填生产工艺 123

5．3．2 采场充填准备 124

5．3．1 充填作业程序 124

5．3．3 充填管路的检查与清洗 127

5．3．4 井下排泥排水 128

5．3．5 充填站的环境管理 130

6 膏体泵送充填工艺 131

6．1 膏体充填料的可泵性 131

6．1．1 膏体充填料满足可泵性要求的基本条件 131

6．1．2 膏体充填料的级配 132

6．1．3 膏体充填料的塌落度 134

6．2．1 德国的环管试验系统 135

6．2．2 南非的环管试验系统 135

6．2 膏体输送环管试验与模拟环管试验 135

6．1．4 流变参数与膏体的可泵性 135

6．2．3 美国的全尺寸泵送环管试验和模拟试验系统 136

6．2．4 葡萄牙的流动环管试验系统 136

6．2．5 澳大利亚芒特艾萨的泵送环管试验系统 137

6．2．6中国金川有色金属公司的环管试验系统 137

6．3 膏体泵压输送阻力测量结果及分析 141

6．3．1 环管试验结果 141

6．3．2 影响管道阻力损失的主要因素 144

6．3．3 管道输送膏体充填料的基本要求 145

6．3．4 膏体充填料管流阻力计算 147

6．4．1 物料准备 150

6．4 膏体泵送工艺 150

6．4．2 定量给料搅拌制备膏体 151

6．4．3 泵压管道输送 151

6．4．4 采场充填方法 155

6．5 水泥添加方式与装置 156

6．5．1 各种水泥添加方式及其特点 156

6．5．2 地表添加干水泥 156

6．5．3 地表添加水泥浆 156

6．5．6 井下添加水泥浆（地面制浆） 157

6．5．4 井下添加干水泥 157

6．5．5 井下添加水泥浆（坑内制浆） 157

6．5．7 水泥添加方式的比较与选择 158

6．5．8 水尼添加方法的工业试验 159

6．5．9 湿加水泥试验 159

6．5．10 干加水泥试验 159

6．5．11 国内两套膏体充填系统添加水泥试验结果比较 161

6．5．12 添加水泥几个问题的讨论 162

6．5．13 坑内水泥添加装置 164

6．6．1 减阻试验及结果分析 165

6．6 膏体管道输送减阻方法 165

6．5．14 水泥浆制备与输送 165

6．6．2 其他减阻方法 167

6．7 膏体充填技术的新发展 168

6．7．1 制备膏体的深浓密机系统 168

6．7．2 贮仓制备膏体技术 169

6．8 膏体输送方法的改进 170

6．9 膏体技术在环境保护工程和其他方面的应用 170

6．9．1 膏体充填的环保特征 170

6．9．3 在核废料处理工程中的应用 171

6．9．2 选矿厂尾矿地表膏体排放 171

6．9．4 在有毒垃圾处理中的应用 172

6．9．5 在清除沉积污泥作业中的应用 172

6．9．6 在隧道施工中的应用 172

7 矿用充填设备的选择与评价 173

7．1 膏体充填泵 173

7．1．1 矿山用膏体充填泵的发展简况 173

7．1．2 矿用膏体充填泵的选择 174

7．1．3 正排量泵的工作原理和性能 176

7．1．4 正排量泵的主要结构 180

7．2．1 脱水工艺及设备的选择 186

7．2 尾砂连续脱水工艺及设备 186

7．2．2 浓缩设备 188

7．2．3 过滤与过滤设备 190

7．3 物料混合搅拌原理及搅拌设备 197

7．3．1 高浓度强力搅拌槽 197

7．3．2 间断搅拌机 198

7．3．3 连续搅拌机 200

7．3．4 高速活化（强力）搅拌机 206

8．1 高水速凝充填 211

8．1．1 高水速凝充填技术概述 211

8 高水速凝充填与块石胶结充填 211

8．1．2 高水速凝材料及配合比选择 212

8．1．3 高水速凝材料的基本性质及影响因素 213

8．1．4 金川高水速凝充填技术的研究与工业试验 215

8．1．5 高水材料的抗风化特性 217

8．1．6 高水速凝充填技术在金属矿山的实际应用与评价 220

8．2 块石胶结充填 222

8．2．1 国外块石胶结充填技术的发展 222

8．2．2 国内块石胶结充填技术的研究与发展 223

8．2．3 金川二矿区坑内废石胶结充填 224

9．1 充填物料计量仪表的选择 225

9．1．1 水泥、粉煤灰流量测量 225

9 充填系统检测仪表与自动控制 225

9．1．2 砂石的测量 226

9．1．3 供水量测量 227

9．1．4 料浆流量测量 228

9．1．5 料浆浓度测量 228

9．1．6 搅拌桶液位测量 230

9．2 充填特殊仪表的应用 230

9．2．1 压力传感器的应用 230

9．3．1 在金川有色金属公司砂石厂的应用 231

9．3 可编程序控制器和计算机管理 231

9．2．3 井下充填管道的监测 231

9．2．2 黏度计的应用 231

9．3．2 可编程序调节器（KMM）在金川二矿区西部充填站的应用 246

9．4 浙江大学SUPCON JX-100系列集散控制系统性能及应用评价 254

9．4．1 SUPCON JX-100系列集散控制系统简介 254

9．4．2 SUPCON JX-100系列集散控制系统结构 255

9．4．3 仪表配置原则 258

9．4．4 应用评价 258

9．5 TDC3000集散控制系统性能及评价 258

9．5．1 TDC3000集散控制系统简介 258

9．5．2 TDC3000集散控制系统在金川二矿区西部充填系统中的硬件配置 259

9．5．3 工艺流程画面的组态及操作 260

9．5．4 控制回路的构成及在MICRO TDC3000系统中的组态实现 262

9．5．5 应用评价 264

9．6 充填作业的联络与通讯特点 264

10 充填质量管理与成本分析 265

10．1 影响充填体质量的主要因素 265

10．1．1 水泥品种与掺量的影响 265

10．1．2 粉煤灰及炉渣 265

10．1．3 充填骨料 266

10．1．5 搅拌时间 267

10．1．6 充填料的投放和脱水 267

10．1．4 浓度的影响 267

10．1．7 龄期与环境 268

10．1．8 回采作业的影响 269

10．2 控制充填质量的主要措施 269

10．2．1 充填材料质量控制 269

10．2．2 料浆制备中的质量控制 269

10．2．3 仪表检测的重要作用 270

10．2．4 采场充填准备及充填管理 270

10．3 几种充填方法的成本比较分析 271

10．4 降低充填成本的途径 273

10．4．1 粉煤灰、水淬渣的应用 273

10．5 提高充填质量和降低充填成本是发展充填技术的主要动力 274

10．4．2 尾砂的利用 274

10．4．3 废石充填的试验及应用 274

11 现代充填采矿法及典型实例 276

11．1 甘肃金川二矿区下向分层机械化水平进路胶结充填采矿法 277

11．2 甘肃金川龙首矿下向分层普通（六角形）及机械化胶结充填采矿法 280

11．3 吉林富家矿下向分层（六角形）胶结充填采矿法 285

11．4 辽宁红透山铜矿上向分层充填采矿法 287

11．5 湖北大冶铜录山矿上向水平分层充填采矿法 290

11．6 广东凡口铅锌矿上向机械化充填采矿法 293

11．7 山东三山岛金矿上向分层（点柱）机械化充填采矿法 295

11．8 新疆喀拉通克铜镍矿上向水平分层充填采矿法 297

11．9 湖北大冶丰山铜矿分段碎石胶结充填采矿法 300

11．10 湖北鸡冠嘴金矿分段矿房高水速凝充填采矿法 303

11．11 江西武山铜矿下向分层高水速凝充填采矿法 306

11．12 广西大厂铜坑锡矿块石胶结充填采矿法 309

11．13 安徽铜陵安庆铜矿大直径深孔崩矿嗣后充填采矿法 312

11．14 湖南黄沙坪铅锌矿干式充填采矿法 316

11．15 江苏南京铅锌银矿无污染充填采矿法 320

11．16 湖南湘潭锰矿壁式分条水砂充填采矿法 322

11．17．2 转层与转中段 325

11．17．1 不留矿柱大面积连续回采 325

11．17 金川镍矿大面积应用下向胶结充填采矿法的主要经验 325

11．17．3 损失与贫化控制 328

11．17．4 高产量、高效率 329

11．17．5 斜坡道与无轨机械化开采 329

12 采场围岩及充填体的稳定性 332

12．1 引言 332

12．2 采场围岩及充填体稳定性控制因素 333

12．2．1 概述 333

12．2．2 矿区工程地质条件 333

12．2．3 矿体赋存环境 336

12．2．4 充填体强度 338

12．2．5 采矿工程因素 340

12．3 金川二矿区二期开采围岩与充填体的稳定性 343

12．3．1 采矿方案的决策 343

12．3．2 大面积连续开采潜在的稳定性问题 345

12．4 充填体作用机理分析 346

12．5 构造失稳的关键块体稳定性分析 348

12．5．1 块体理论简介与应用 348

12．5．2 构造控制型破坏采场围岩失稳风险预测 348

12．6．2 能量释放率的计算 349

12．6．3 能量控制采场围岩失稳风险预测 349

12．6．1 能量控制整体失稳分析准则 349

12．6 采场围岩能量控制整体突变失稳分析 349

12．6．4 工程实例分析 351

12．7 采场巷道变形破坏分析 352

12．8 充填法采矿优化设计与最优决策 352

12．8．1 盘区回采顺序、采场结构与充填体强度的优化 352

12．8．2 盘区回采顺序优化的现场监测研究结果 353

12．8．3 盘区回采顺序优化的数值研究与分析 354

13 国外充填采矿技术 357

13．1．1 加拿大充填采矿技术的发展 358

13．1 加拿大充填采矿技术 358

13．1．2 加拿大充填采矿技术实例 360

13．2 南非充填采矿技术 361

13．2．1 南非充填采矿技术的发展 361

13．2．2 南非充填采矿技术实例 362

13．3 澳大利亚充填采矿技术 364

13．3．1 澳大利亚充填采矿技术的发展 364

13．3．2 澳大利亚充填采矿技术实例 365

13．4 德国充填采矿技术 370

13．4．1 德国充填采矿技术的发展 370

13．4．2 德国充填采矿技术实例 371

13．5．1 美国充填采矿技术的发展 373

13．5 美国充填采矿技术 373

13．5．2 美国充填采矿技术实例 374

13．6 俄罗斯充填采矿技术 375

13．6．1 俄罗斯充填采矿技术的发展 375

13．6．2 俄罗斯充填采矿技术实例 377

13．7 瑞典充填采矿技术 378

13．7．1 瑞典充填采矿技术的发展 378

13．7．2 瑞典充填采矿技术实例 379

13．8 芬兰充填采矿技术 381

13．8．1 芬兰充填采矿技术的发展 381

13．8．2 芬兰充填采矿技术实例 383

14．1 充填采矿与环境保护 385

14 充填采矿技术的发展趋势 385

14．2 充填试验研究方向及发展 387

14．3 充填采矿向无轨机械化、回采连续化方向发展 388

14．4 新型充填材料、化学添加剂逐步扩大应用 389

14．5 充填设施、机械、监测仪表将会得到更新的发展 390

14．6 充填力学研究向现场连续监测与预报方向发展 391

附录一 金川有色金属公司充填采矿重要科研活动与成果一览表 392

附录二 本书涉及的外国人名、地名、单位名及部分技术名词术语中、外文对照 397

参考文献 406

编后语 410