采矿必备!《金属矿膏体充填理论与技术》

发表于 讨论求助 2023-05-10 14:56:27

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吴爱祥 王洪江 著    科学出版社

ISBN: 9787030459275    矿业界书城售价:200¥






金属矿膏体充填现状与趋势



将一种或多种矿山固体废弃物料与水制备成具有一定稳定性、流动性、可塑性的牙膏状结构流浆体,在外加力(泵压)或重力作用下以结构流的形态,通过管道输送到地下采空区完成充填作业的过程,称之为膏体充填。对于金属矿膏体充填,考虑国内外相关指标,可认为膏体是-20μm细颗粒含量大于15%、塌落度在18~25cm之间、屈服应力为100~200Pa、泌水率为1.5%~5%的结构流浆体。膏体充填技术工艺主要包括物料贮备、充填准备、尾矿浓密、膏体制备、膏体输送5个工序。

Figure 1 金属矿全尾砂膏体



Figure 2 膏体充填典型工艺流程图


膏体充填采矿技术具有安全、高效、经济、环保等优点,是全球矿业领域的研究热点和发展趋势,是国家建设绿色矿山和无废矿山的重要手段。与传统的水砂充填相比,膏体充填具有“三不” 特性,即浆体不分层、不离析、不脱水,膏体强度均匀、接顶率高,能有效控制岩层移动、防止地表塌陷,可提升金属矿安全生产水平,膏体固结时间短、易实现强化开采,为金属矿高效生产提供新的技术途径。在相同充填体强度前提下,膏体充填的胶结材料耗量少,运营成本低,是性价比最高的充填方式,其充填技术最经济合理。它可以提高全尾砂利用率,最大限度地减少矿山固体废弃物的排放量,实现尾矿废水的循环利用, 能有效控制充填材料中有害金属离子扩散,是金属矿绿色开采体系的一个重要组成部分。

膏体充填技术应用至今已有30多年,20世纪80年代初,德国普鲁萨格公司巴德格隆德(Bad Grund)铅锌矿作为“先驱”率先开展了全尾砂膏体充填试验研究,历经6年形成了“Preussage Pumped Fill”充填工艺。而在我国,上世纪90年代开始膏体充填技术的应用于研究。1996年,金川公司建立了我国第一个膏体充填系统,拉开了我国膏体充填技术的序幕。2006年,会泽铅锌矿建成我国第一套以膏体浓密机为核心的充填系统,膏体浓度达到78%,尾矿零排放。目前,膏体充填技术在全世界范围内得到了广泛的应用,并取得了很好的效果。

Table 1 国内外典型膏体充填矿山概况

国家

矿山

充填材料

水泥耗量或水砂比

输送方式

充填浓度/%

充填能力

加拿大

Willians 金矿

脱泥尾砂、粉煤灰

2%~3%

自流

73

110 m3/h

智利

El Toqui 矿

尾砂

1%~7%

泵送

72

80 t/h

德国

Bad Grund 铅锌矿

尾砂、重介质分级尾砂

6%

泵送

75~88

30

坦桑尼亚

Bulyanhulu 金矿

尾砂、废石


自流

74


瑞典

Garpenberg矿

尾砂

5%~10%

自流

76~80

90~140 t/h

澳大利亚

Mount Isa 矿

块石胶结

1%

皮带



澳大利亚

Canningtong矿

尾砂

2%~4%

自流

79

158 t/h

赞比亚

谦比希铜矿

尾砂

1:16

泵送

71

60 m3/h

中国

甘肃某镍矿

棒磨砂、尾砂

1:8

泵送

77~79

70~80 m3/h

中国

云南某铅锌矿

水淬渣、尾砂

1:8

泵送

78~81

60 m3/h

中国

新疆某铜矿

戈壁砂、尾砂

1:16~1:6

泵送

75~78

90 m3/h

中国

云南某铜矿

尾砂

1:8~1:4

泵送

70~73

110 m3/h

为深入研究全尾膏体充填采矿技术的基础理论,努力解决膏体充填采矿技术的关键技术,以进一步降低充填成本、缩短采充周期,以北京科技大学膏体充填采矿技术研究中心为代表的部分高校与科研院所在充填作用机理、充填材料散体力学特性、尾矿脱水与膏体制备技术、管道输送流体力学、绿色开采综合技术方面开展大量研究并取得重要成果。其中,北京科技大学吴爱祥教授、王洪江教授编著的《金属矿膏体充填理论与技术》全面系统地阐述了金属矿膏体充填理论与技术,并例举了国内外膏体充填的典型工程实例,介绍了金属矿膏体充填站的设计、建设及生产状况,可作为从事采矿工作的科研人员、高等院校相应专业的教师、矿山设计人员以及从事矿山生产的工程技术人员的参考资料,也可作为采矿工程专业相关人员培训教材。

近年来,膏体充填技术虽然在我国进行了示范性建设,但我国膏体充填技术应用和基础理论研究任重而道远,未来发展趋势主要为充填工艺有关基础理论完善、膏体充填关键设备自主研发、新型胶凝材料开发。总体来说,膏体充填技术应当朝着低成本、大型化、多领域发展。

(版权归北京科技大学膏体充填采矿技术研究中心所有,http://pbm.ustb.edu.cn/)



内容简介



本书全面系统地阐述了金属矿膏体充填理论与技术,包括膏体充填材料性质、膏体主要性能、尾砂浓密脱水、膏体制备和膏体管道输送理论与工艺,以及膏体充填物料计量与控制系统等内容。本书兼颐膏体充填基础理论、工艺技术及装备,并反映了近十来年膏体充填技术在国内外金属矿山应用的新进展。

本书兼顾学术性和资料性,可供从事采矿工作的科研人员、高等院校相应专业的教师、矿山设计人员以及从事矿山生产的工程技术人员参考:也可作为采矿工程专业等相关学科研究生教材。



目录



前言

第1章绪论

1.1胶结充填技术面临的主要问题

1.1.1充填成本居高不下

1.1.2尾砂脱水速度慢

1.1.3充填料浆制备质量差

1.1.4管道输送过程中磨损与堵塞严重

1.2膏体充填的基本概念

1.2.1泌水率与饱和率

1.2.2颗粒级配

1.2.3基于颗粒级配的膏体体积浓度计算

1.2.4从屈服应力角度探讨膏体定义

1.3膏体充填技术的发展历史

1.4膏体充填技术应用与研究现状

1.4.1膏体充填材料

1.4.2尾砂浓密技术

1.4.3膏体搅拌技术

1.4.4膏体输送技术

1.4.5自动控制技术

1.5膏体充填的技术优势

1.6膏体充填发展趋势

1.6.1基础理论的发展趋势

1.6.2工艺技术的发展趋势

1.6.3专用设备的发展趋势

参考文献

第2章膏体充填材料及其配比

2.1膏体充填原材料

2.1.1尾砂

2.1.2粗骨料

2.1.3水泥及其替代品

2.1.4膏体化学添加剂

2.2膏体充填材料物理性质

2.2.1粒级组成

2.2.2比表面积

2.2.3相对密度

2.2.4容重

2.2.5孔隙率

2.2.6浓度

2.2.7沉降性

2.2.8渗透性

2.3膏体材料配比

2.3.1确定膏体材料配比的原则

2.3.2不同采矿方法对充填体强度的要求

2.3.3流动性的要求

2.3.4充填材料的级配要求

参考文献

第3章膏体主要性能及其影响因素

3.1膏体流动性能及其影响因素

3.1.1塌落度及扩展度

3.1.2稠度

3.1.3流动度

3.1.4膏体流动性的影响因素及其规律

3.2膏体流变性质及其影响因素

3.2.1膏体流变学基本概念

3.2.2膏体流变模型

3.2.3膏体流变性能测试仪

3.2.4膏体流变性的影响因素

3.3膏体凝结性能及其影响因素

3.3.1凝结时间

3.3.2抗压强度

3.3.3收缩与膨胀

参考文献

第4章尾砂浓密脱水原理

4.1高分子絮凝剂作用机理

4.1.1高分子絮凝架桥模式

4.1.2不同类型絮凝剂作用机理

4.2尾砂动态浓密半工业模拟试验

4.2.1半工业实验平台研制

4.2.2尾砂浓密半工业试验方案及其步骤

4.2.3尾砂浓密底流浓度影响规律

4.2.4浓密机内尾砂浓度宏观分布特征

4.3尾砂重力浓密理论

4.3.1静态沉降理论

4.3.2动态沉降理论

4.4尾砂过滤脱水理论

4.4.1过滤的关键参数

4.4.2非压缩过滤的基本方程

4.4.3压缩过滤的基本方程

4.5尾砂浓密性能理论表征

4.5.1影响尾砂浆沉降浓密的参数

4.5.2尾砂沉降特性

4.5.3尾砂压缩特性

4.5.4尾砂浓密性能表征实例

4.6膏体浓密机耙架扭矩计算模型

4.6.1浓密机内部散体区域划分

4.6.2耙架受力分析

4.6.3复杂结构搅拌耙架扭矩计算模型

参考文献

第5章尾砂浓密脱水工艺与设备

5.1絮凝剂制备与添加

5.1.1絮凝剂溶解原理

5.1.2絮凝剂溶解设备

5.1.3絮凝剂制备与添加应用实例

5.2尾砂浓密脱水工艺

5.2.1一段脱水工艺

5.2.2二段脱水工艺

5.2.3多段联合脱水工艺

5.3国内外重力浓密设备及其性能

5.3.1立式砂仓

5.3.2普通耙式浓密机

5.3.3高效浓密机

5.3.4膏体浓密机

5.4国内外过滤设备及其性能

5.4.1过滤设备的分类

5.4.2带式真空过滤机

5.4.3陶瓷过滤机

5.4.4立式全自动过滤机

5.4.5尾砂浓密脱水与过滤脱水方式的比较

5.5膏体浓密工程实例

5.5.1膏体浓密机结构

5.5.2尾砂一段浓密工艺

5.5.3浓密效果

参考文献

第6章膏体搅拌理论

6.1膏体搅拌机理及主要影响因素

6.1.1膏体搅拌机理

6.1.2膏体搅拌主要影响因素

6.2膏体搅拌均匀性评价

6.3双轴卧式搅拌机结构参数分析

6.3.1搅拌臂

6.3.2搅拌机叶片布置

6.3.3搅拌筒长宽比

6.3.4搅拌转速

6.3.5容积利用系数

6.3.6搅拌能力

6.4搅拌功率计算及其影响因素

6.4.1搅拌功率计算

6.4.2搅拌功率与塌落度之间的关系

6.4.3搅拌功率与流变特性之间的关系

6.5搅拌低效区及其消除方法

6.5.1搅拌低效区现象

6.5.2搅拌低效区的消除方法

参考文献

第7章膏体搅拌工艺与设备

7.1膏体搅拌工艺分类及特点

7.1.1间歇式膏体搅拌工艺

7.1.2连续式膏体搅拌工艺

7.1.3连续式与间歇式搅拌工艺之间的区别

7.2国内外膏体搅拌设备及其性能

7.2.1混凝土搅拌机

7.2.2金属矿山粗骨料膏体连续搅拌机

7.2.3细骨料膏体搅拌机

7.2.4其他新型搅拌机

7.3膏体制备工程实例

7.3.1全尾浆体高速活化搅拌实例

7.3.2全尾-碎石高浓度卧式搅拌工程实例

参考文献

第8章膏体管道输送理论

8.1现有膏体管流阻力计算方法

8.1.1基于两相流理论的阻力计算方法

8.1.2基于流变学理论的阻力计算方法

8.2膏体管流阻力的试验测试及影响因素

8.2.1管流阻力的实验测试方法

8.2.2膏体管流阻力的影响因素

8.3膏体触变性对其管流阻力的影响

8.3.1膏体触变模型构建

8.3.2管流阻力时间变化特征

8.3.3试验现象分析

8.4管壁滑移条件下膏体管流阻力的计算

8.4.1膏体管壁滑移机理

8.4.2膏体管内滑移流动分析

8.4.3膏体管壁滑移速度模型推导

8.4.4考虑管壁滑移效应的管流阻力计算

8.4.5管流阻力计算模型适应性分析

8.5系统启动过程中膏体管流阻力的计算

8.5.1试验现象分析

8.5.2停泵再启的阻力模型

8.5.3工程实例分析

8.6膏体管道输送的数值模拟技术

8.6.1数值模拟的基础理论

8.6.2数值模拟软件及应用现状

8.6.3膏体管道输送数值模拟实例

参考文献

第9章膏体管道输送工艺设备及其系统维护

9.1膏体自流输送工艺

9.1.1深井矿山自流输送的两种模式

9.1.2非满管流动的管道破坏机理

9.1.3满管自流输送原理

9.1.4满管流输送技术措施

9.1.5满管自流输送优化实践

9.2膏体管道泵压输送工艺

9.2.1泵压输送工艺的优点

9.2.2泵压充填对膏体充填料的要求

9.2.3膏体充填泵选型原则

9.3国内外膏体泵压输送设备及其性能

9.3.1往复式活塞泵

9.3.2往复式隔膜泵

9.3.3浆体其他输送设备

9.4充填管道布置方式

9.4.1充填钻孔

9.4.2管道系统

9.4.3管道布置形式优化

9.5管道失效模式及其防护措施

9.5.1堵管原因分析及其防护措施

9.5.2充填管道爆管原因分析

9.5.3管道磨损规律与预防措施

9.6膏体充填管道减阻技术

9.6.1水环减阻

9.6.2振动减阻

9.6.3外加剂减阻

9.7膏体充填管道清洗技术

参考文献

第10章膏体充填过程自动控制

10.1膏体充填工艺流程概

10.1.1尾砂浓密工艺流程

10.1.2粗骨料制备流程

10.1.3水泥添加流程

10.1.4膏体搅拌流程

10.1.5膏体管道输送流程

10.2膏体充填过程计量与控制设备

10.2.1散体物料计量设备

10.2.2散体物料输送与控制设备

10.2.3浆体计量与控制

10.2.4物位计

10.2.5管道压力计

10.2.6阀门

10.3充填系统控制算法与实现

10.3.1工业自动化控制系统的分类

10.3.2主要控制回路

10.3.3工艺控制算法

10.3.4执行器

10.4膏体充填自动控制工程实例

10.4.1新疆某铜矿膏体充填自动控制系统

10.4.2赞比亚某铜矿膏体充填自动控制系统

参考文献

第11章国内外膏体充填工程实例

11.1国内工程实例

11.1.1云南某铅锌矿

11.1.2新疆某铜矿

11.1.3云南某铜矿

11.1.4甘肃某镍矿

11.2国外工程实例

11.2.1中色谦比希铜矿

11.2.2坦桑尼亚bulyanhulu金矿

11.2.3加拿大williams金矿

11.2.4瑞典garpenberg矿

11.2.5智利el toqui矿

11.2.6爱尔兰lisheen铅锌矿

参考文献

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