矿山粗骨料高浓度充填理论研究与应用

发布时间：2020-07-23 21:52

【摘要】：传统采矿模式下,矿产资源开发过程中产生的废石、尾砂和冶炼弃渣等占我国工业固体废料排放量的85%左右。大量矿山固体废料堆放地表易造成严重污染、诱发泥石流、尾矿溃坝事故。根据现代采矿理念,固体废料充填工艺是解决矿山废尾排放的最有效途径,是绿色采矿的主体支撑技术。但是,目前粗骨料管输充填工艺在矿山应用很少,并且关于管输条件下粗骨料级配、浓度与强度设计等方面研究也基本空白。实际上在充填料浆中骨料、水泥和水三者之间存在最优配合比,以达到最低成本、最高强度和最适宜的输送浓度,此外矿山固体废料胶结充填应满足“高浓度、高流态、自密实、低成本”的特点。基于此,本文深入研究了充填骨料级配理论、浓度与强度模型等,并开发了下向水平分层进路式采矿废石-全尾砂高浓度管输充填技术。论文通过对矿山充填骨料和混凝土骨料级配的研究与应用现状分析,指出可应用泰波(Talbol)法进行矿山单一粗粒级充填骨料的级配分析和优化,并对金川现用棒磨砂的级配及棒磨砂高浓度料浆的配合标准进行了分析。研究得出了金川现用-5mm棒磨砂级配不好且充填料浆配合比不合理是棒磨砂高浓度自流充填水泥用量大而充填质量差的核心原因,成果为金川矿山改进棒磨砂充填设计奠定了基础。基于充填骨料的堆集填隙效应,分析并建立了两种充填骨料、三种骨料以及多种骨料的堆集密实度模型,并给出了最优配合比模型及其求解方法。实验结果证明所建的模型是科学的,该模型可有效解决坑采矿山废石与全尾砂等粗、细充填骨料的级配适应性难题。在大量实验的基础上提出了新的充填强度模型,模型的优点是综合考虑了骨料、水泥和水对强度的影响,并且有利于回归分析。基于金川矿山充填系统平台开发了下向水平分层进路式采矿废石-尾砂高浓度管输充填技术,实现了高浓度、高流态、自密实与低成本充填。该项技术是集高浓度和膏体充填优势于一体,而成本低廉的矿山废石充填新技术。针对金川矿山充填骨料来源和现状,研究得出戈壁砂破碎性相对较好,指出了采用细碎方式增大棒磨砂粒度至-8mm,改“磨”为“破”是完全可行的,为金川矿山全面推广应用戈壁粗骨料和采掘废石进行充填及大幅度降低充填成本奠定了基础。废石和尾砂是矿山企业的大宗工业废料且不存在来源不足问题,如何高效利用废石和尾砂进行充填采矿是采矿界的前沿性课题。本文研究建立的充填骨料级配模型、浓度与强度模型解决了粗骨料高浓度管输充填技术的应用基础难题；开发的废石-尾砂高浓度管输充填新技术,可为矿山实现废石与全尾砂的充填、达到零排放目标及实现绿色采矿提供了理论和应用技术支撑。此外,实践证明由于采用粗粒级骨料,可大大降低充填成本,能使绝大多数矿山用得起。因此,本文研究成果有广阔的推广应用前景。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X751
【图文】：

示意图,棒磨砂,胶结体,体积

浆占有体积平均0.04m3，经计算平均有0.14m3水自然挥发掉。即按该标准配制的砂浆胶结后实际获得的体积平均为0.86m3，充填体实验收缩率平均达到14%(如图2一4)。实际充填中，矿一山对进路顶部水必须进行脱水，也会带走一部分水泥。棒磨砂水泥浆胶结体净桨层图2一 478%棒磨砂浆与胶结体体积形成示意图 F19.2一 4Vo]umeformationschematieoftherodmillingtailingPulPof78%coneentrationand cementedbody综上可知，金川公司现用的一smm棒磨砂高浓度细砂管道自流输送胶结充填技术标准本身存在设计缺陷;①料浆配合比不合理，骨料未能有效“填满空区”体积，导致料浆在沉降胶结过程中必然发生离析分层现象，金川矿区大量的充填体就证明了这一点;②水泥用量大，金川充填标准设计水泥用量为:310Kg/nl‘(即单32

粒度特性曲线,粒径图,戈壁,粒径

5101520粒径〔。)图2一5不同粒径戈壁砂的粒度特性曲线eharacteristi‘二 eurvesofgobieggssandinvariousgraindiameters由上可以看出，戈壁砂的破碎性相对较好，其级配指数随粒度的变小而降低。其中一20mm粒度戈壁破碎料的级配指数n、0.77，且0.3mm以下颗粒含量不到4%，表明该粒度条件下破碎集料中粗粒级料的含量较大，不适用于直接配制可管输充填料浆，工业中若应用一ZOmm戈壁料，须配以一定比例的细粒级骨料(如尾砂等)。一12Inln和一IOmm粒级的细碎戈壁集料的级配指数分别为n、0.62和n、0.54，表明该粒度下集料的级配进一步变好

结构示意图,密实堆积,球体,直径

FCC)或六角密集晶格点阵 (HexagonalClosed一PaCked，HCP)(图3.1)。开普勒于1661年在几何学上提出的这个猜想难倒了几个世纪来的许多数学家。1900年著名德国数学家希尔伯特在他提出来的二十三个未解决的数学难题中，开普勒猜想是其中的第十八个。1998年美国密歇根大学数学系教授 ThomaSHaleS宣布他得到了猜想的完整证明，但他的文章在经过四年共14位评审人的论证后，在2003年的美国数学年刊《 Anna1SofMathematicS》上却只刊发了其中一百页长的不完整的“完整证明”，因为这个证明的计算结果部分由于无法验证而不得发表。该教授目前正在开展一项名为“FlysPeck”的研究项目，试图得到一个纯数学的证明，而不是一个目前大家还难以接受的计算机结果的证明。尽管对于这样一个理想的模型至今在纯数学领域还没有完整的证明，在材料科学领域，却已有很多研究人员着眼于用一些半经验半理论的数学模型来预测固体颗粒混合物的堆积密实度，比如Aim一Goff模型、FurnaS模型、T。ufar模型及Dewar模型〔5卜6，，’减〕等等。但以上模型大多是基于固体颗粒为单一粒径的简单假设。可压缩堆积模型 (CompreSSiblePaekingModel，简称CPM模型)是由法国混凝土材料科学家 DeLarrard经过十多年系统研究提出来的

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