膏體充填技術的現(xiàn)狀與展望.doc

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1、膏體充填技術的現(xiàn)狀與展望***************近20年來，膏體充填技術取得了很大的進步，在全世界范圍內備受關注，尤其是在加拿大、南非、澳大利亞、德國、美國等礦業(yè)發(fā)達國家得到應用。膏體充填技術可以使用全尾砂，具有料漿不脫水離析、充填體強度高、水泥耗量小等優(yōu)點，是充填技術的發(fā)展方向。我國也不例外，從上世紀80年代起就開始跟蹤研究膏體充填技術，先后在金川有色金屬公司、大冶有色金屬公司、馳宏鋅鍺股份有限公司進行試驗研究，在尾砂漿濃密制備、水泥添加以及膏體攪拌制備、膏體泵壓輸送等方面取得了突破。一、膏體充填技術提出的背景礦山開采一直有兩大問題：安

2、全生產與環(huán)境保護。安全問題，主要是從地下采出礦石后留下空場，空場上部的巖石垮落造成人員傷亡和財產損失；環(huán)保問題，主要是礦石中有用金屬提取后剩下的固體廢棄物。據(jù)統(tǒng)計，我國現(xiàn)有大大小小的尾礦庫12000多座，金屬礦山堆存的尾礦達到80億t以上，且以每年6億t的速率增長。目前，全尾處置方式主要分為井下充填與地表堆存，其共同特征是尾礦制備與輸送濃度低。在進行低濃度膠結充填時，砂漿濃度較低，需要以較高的流速輸送，管道磨損嚴重；進入采場后，由于含水率較高，料漿凝固時間長，容易離析分層，強度低，脫水困難；一些固體廢棄物含有大量的有害物質，如氯離子、銅離子、砷

3、離子等，可能影響到人們的用水安全。另外，尾礦漿低濃度地表排放使得尾礦庫中含有大量的水，尾砂固結時間長，尾礦庫浸潤線高，增加了尾砂振動液化的可能性，降低了安全等級；同時，排入的尾砂漿濃度低使得尾礦庫的有效庫容降低，縮短了使用年限。為了解決上述問題，使用尾砂時必須提高其濃度，因此提出膏體充填技術。二、膏體充填技術的定義、分類將一種或多種充填材料與水進行優(yōu)化組合，制備成具有良好穩(wěn)定性、流動性和可塑性的牙膏狀膠結體，在重力或外加力作用下以柱塞流的形態(tài)輸送到采空區(qū)完成充填作業(yè)的過程稱為膏體充填。當砂漿的體積濃度大于50%時，料漿呈穩(wěn)定的粥狀膏體，并像塑性

4、結構體一樣在管道中作整體運動，膏體中的固體顆粒一般不發(fā)生沉淀，層間也不出現(xiàn)交流，而呈現(xiàn)“柱塞狀”的運動狀態(tài)。膏體柱塞斷面上的速度和濃度的變化為常數(shù)，只是潤滑層的速度有一定的變化。細粒物料像一個圓環(huán)，集中在管壁周圍的潤滑層慢速運動，起到“潤滑”的作用。由于膏體料漿的塑性粘度和屈服切應力均較大，因而必須施加外力克服膏體屈服應力后，方可流動。膏體充填的實質在于膏體材料的膠質性及保水性。一方面，這種膠質特性使膏體通過鉆孔或管道輸送時不存在臨界流速，同時允許膏體在管道中滯留一段時間；另一方面，材料的膠質粒子可使所有的水分子都保留在膏體中，膏體充填到采空區(qū)

5、后不會出現(xiàn)脫水現(xiàn)象。根據(jù)物料組成不同，膏體可分為細粒級膏體、粗粒級膏體和改性膏體。細粒級膏體是由全尾砂、水及膠結材料組成的，其中膠結材料可以是普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥等。粗粒級膏體是在全尾砂中添加粗顆粒物料，如風砂、棒磨砂、水淬碴、碎石等，在某種程度上來講，膏體充填應該包括塊石充填技術，其目的是為了提高充填體強度，改善膏體流動性。改性膏體是在粗粒級膏體的基礎上添加改性材料，如粉煤灰、早強劑、減水劑、減阻劑等。三、膏體的三個技術條件和充填特點膏體的三個技術條件：i.穩(wěn)定性。充填物料具有抵抗分層、離析的能力，使膏體在輸送管

6、道中停留數(shù)小時不沉淀、不分層、不離析，能順利地進行輸送。ii.流動性。膏體能在外力或重力作用下在輸送管道中或采空區(qū)順利流動。iii.可塑性。膏體能夠在克服屈服應力后產生非可逆變形的能力，也就是膏體在通過輸送管道彎道部位、變形錐形管、管接頭等管件時，形狀發(fā)生變化而內部結構不變。膏體充填特點：膏體料漿像塑性結構體一樣在管道中作整體運動，固體顆粒一般不發(fā)生沉淀，呈柱塞狀流動。管壁處的速度梯度與摩擦阻力和表面潤滑層的粘度有關。膏體充填料的內摩擦角較大，凝固時間短，能迅速對圍巖和礦柱產生作用。尾砂膏體充填的料漿重量濃度一般在75%以上，尾砂利用率高，一般

7、為90％～95％。由于膏體充填料漿濃度高，無需脫水，因此減少了井下充填污染及排水費用；充填體強度高且水泥耗量少，可以適當降低充填成本；充填體易于接頂，有利于采場穩(wěn)定和采礦作業(yè)安全性；膏體的穩(wěn)定性、和易性和可泵性，決定了進行長距離輸送時不會造成堵管，從而解決了實際操作中長距離輸送的問題。四、膏體的流變性質及充填技術的優(yōu)缺點真實物體在荷載外力的作用下都將發(fā)生物質流動與變形，而流變學是研究荷載下物質流動與變形的科學。對于膏體的流變模型，可用下式表示：式中τ為剪切應力，為剪切速率，膏體充填料的流變模型屬于賓漢塑性體，故為屈服剪應力，為塑性粘度系數(shù)。膏體

8、流變力學物理模型為膏體泵送膠結充填的主要優(yōu)點：尾砂利用率高，可節(jié)省大部分采集、加工充填料的費用；減少尾礦庫基建、經營和維護費用；水泥用量減少，充填主要