充填采矿方法与充填技术2

充填采矿方法与充填技术

王新民

中南大学资源与安全工程学院

二00九年十二月提纲充填法应用现状充填法开采方案充填材料及试验管道输送水力计算充填关键技术充填法应用现状1应用背景浅地表矿产资源逐渐开采枯竭采深剧增使开采环境更加严峻众多矿床的开采条件复杂多变“三下”和城镇附近的矿床众多大量开采废料地表堆积污染严重

政府对环境保护要求越来越高充填法应用现状1应用背景空场采矿法留设大量永久矿柱,资源损失量大崩落采矿法地表塌陷、灾害和环境破坏严重充填采矿法将地表堆积废料回填到井下，处理空区，大大提高回采作业安全程度，提高深部资源回收率30%，且解决地表堆积废料造成的环境污染，实现绿色开采。充填法应用现状1充填优点支护岩层，控制地压活动，保护地表地物改善矿柱受力状态，最大限度回收资源保证安全回采有内因火灾危险的高硫矿床控制深井开采岩爆，降低深部地温保证露天和地下联合开采的安全生产处理固体废料，保护地表环境充填法应用现状1发展历程1985年，有色矿山充填法比重达19%1990年，有色矿山充填法比重达19.6%1997年至今，有色矿山充填法比重超过22.37%近年来，充填采矿法在非金属矿山，如开阳磷矿、孙村煤矿、淮南煤矿等得到了广泛应用充填采矿法在国外，如加拿大、澳大利亚、印度、波兰、法国、德国、瑞典、意大利、芬兰、爱尔兰、墨西哥、南非等国都等到了广泛应用

发展历程上世纪50年代以前，废石干式充填60年代开始采用水砂充填70年代开始发展细砂胶结充填技术80~90年代发展高浓度全尾矿充填、膏体充填和废石胶结充填等新技术

充填法应用现状1发展历程砼充填水砂充填胶结充填以水泥作为胶结材料的胶结充填新型的胶凝材料的胶结充填细砂胶结充填块石胶结充填全尾砂胶结充填膏体泵送充填高水胶结充填全砂土胶结充填赤泥胶结充填废石干式充填充填法应用现状1充填法应用现状1应用现状充填采矿法分类情况应用实例上向水平分层充填法普通方式凡口铅锌矿、新桥硫铁矿、康家湾铅锌矿、红透山铜矿、澳大利亚芒特—艾萨矿和布罗肯—希尔铅锌矿、加拿大汤普森镍矿、瑞典乌登铅锌矿点柱方式三山岛金矿、凤凰山铜矿、铜录山硐矿、加拿大斯特拉思科纳镍矿、澳大利亚王岛多尔芬白钨矿进路方式焦家金矿、小铁山多金属矿、金川二矿区、铜录山铜矿、新城金矿、瑞典克里斯汀贝格矿和伦斯吐姆多金属矿下向水平分层充填法普通方式应用极少进路方式金川龙首矿、二矿、武山铜矿、焦家金矿、招远金矿、黄沙坪铅锌矿、柏坊铜矿、磐石镍矿、德国格伦德铅锌矿、拉梅尔斯贝格铅锌矿两步骤回采空场嗣后充填法分段充填方式小铁山多金属矿、鸡冠咀金矿、丰山铜矿、德国巴德—格德铅锌矿、爱尔兰纳范铅锌矿、俄罗斯诺德斯贝格矿阶段充填方式安庆铜矿、铜录山铜矿、凡口铅锌矿、开阳磷矿、锡矿山南矿、红透山铜矿、澳大利亚芒特—艾萨矿应用现状分级尾矿充填高浓度全尾矿胶结充填废石胶结充填膏体泵送胶结充填其它：磨砂胶结充填、赤泥胶结充填、高水固化胶结充填、天然砂胶结充填和干式充填充填法应用现状1应用用现现状状分级级尾尾矿矿充充填填分级级尾尾矿矿充充填填是是中中国国矿矿山山应应用用最最为为广广泛泛的的充充填填工工艺艺，，约约在在60余座座矿矿山山得得到到应应用用，，其其输输送送浓浓度度为为65%~70％左左右右充填填法法应应用用现现状状1应用用现现状状全尾尾矿矿胶胶结结充充填填自上上世世纪纪90年代代初初在在凡凡口口矿矿建建成成第第一一个个全全尾尾矿矿胶胶结结充充填填系系统统后后，，先先后后在在张张马马屯屯铁铁矿矿、、铜铜绿绿山山铜铜矿矿、、武武山山铜铜矿矿、、湘湘西西金金矿矿和和南南京京铅铅锌锌矿矿等等矿矿山山应应用用尾矿矿利利用用率率85％以以上上，，其其中中南南京京铅铅锌锌矿矿计计划划将将全全部部尾尾矿矿充充入入井井下下，，地地表表不不建建尾尾矿矿库库充填填法法应应用用现现状状1应用用现现状状废石石胶胶结结充充填填成规规模模应应用用废废石石胶胶结结充充填填的的矿矿山山有有新新桥桥硫硫铁铁矿矿、、丰丰山山铜铜矿矿、、铜铜坑坑锡锡矿矿和和吉吉林林镍镍矿矿等等局部部应应用用的的矿矿山山较较多多，，如如金金川川二二矿矿、、凡凡口口矿矿和和金金山山金金矿矿等等，，主主要要利利用用井井下下掘掘进进废废石石进进行行胶胶结结充充填填充填填法法应应用用现现状状1应用用现现状状膏体体泵泵送送胶胶结结充充填填中国国于于1994年和和2000年先先后后在在金金川川二二矿矿和和铜铜绿绿山山铜铜矿矿建建成成了了膏膏体体泵泵送送充充填填系系统统，，均均采采用用德德国国泵泵山东湖田田铝土矿矿曾采用用中国沈沈阳泵建建成了赤赤泥膏体体泵送充充填系统统充填法应应用现状状1应用现状状其它充填填技术磨砂胶结结充填已逐步减减少，目目前成规规模应用用的矿山山主要有有金川镍镍矿、武武山铜矿矿和建德德铜矿赤泥胶结结充填于20世纪90年代在山山东湖田田铝土矿矿应用成成功，并并在山东东莱芜铁铁矿开展展了赤泥泥全尾矿矿胶结充充填工业业试验高水固化化胶结充充填成规模应应用的矿矿山主要要有鸡冠冠嘴金矿矿和焦家家金矿充填法应应用现状状1研究成果果水泥替代代品研究究取得重重大突破破充填骨料料应用范范围日益益扩大混凝土外外加剂得得到广泛泛应用充填体承承载机理理研究成成果丰硕硕两相流理理论得到到重大发发展深井充填填材料与与技术研研究广泛泛管道磨损损对策研研究成果果丰硕充填法应应用现状状1充填法应应用现状状1发展趋势势大型化、、机械化化、盘区区化、连连续化开采无废废害化两步骤回回采嗣后后充填法法广泛应应用充填理论论及技术术不断发发展充填设施施、机械械、监测测仪表更更新充填法开开采方案案2典型方案案凡口铅锌矿机械化上向水平分层充填法机械化下向水平分层充填法金川镍矿VCR两步骤回采嗣后充填法安庆铜矿两步骤分段回采嗣后充填法新桥硫铁矿开阳磷矿充填法开开采方案案2典型方案案1机械化上上向水平平分层充充填法工作面溜井运输平巷巷斜坡道充填体充填法开开采方案案2典型方案案1机械化上上向水平平分层充充填法划分矿房房和矿柱柱，先采采矿房，，后采矿矿柱矿房自下下而上分分层回采采，依次次充填以以维护上上下盘围围岩，并并创造不不断上采采的作业业条件，，矿房回回采到最最后一个个分层时时，进行行接顶充充填矿柱在采采完若干干矿房或或全阶段段后，进进行回采采机械化程程度高，，生产能能力大该法占我我国充填填法60%以上基本特征充填法开开采方案案2典型方案案1机械化上上向水平平分层充充填法

IIII

III-III-II井溜矿出天井6ma硐室底柱底柱充填体矿体充填体川脉川脉井天a炮孔溜井矿界a脱水井采场界线矿石线界8m8m40m川脉川脉D3tbD3tb川脉脱水井一分段二分段三分段四分段凡口盘区区机械化化上向水水平分层层充填采采矿法充填法开开采方案案2典型方案案1机械化上上向水平平分层充充填法凿岩：HS150X型上向接接杆台车车装药：NT30/NBB150型井下装装药车起爆：导爆索毫毫秒雷管管非电复复式网络络出矿：ST-311/2型3m3铲运机充填：灰砂比1:4的-3mm棒磨砂开采工艺充填法开开采方案案2典型方案案1机械化上上向水平平分层充充填法技术参数采场能力(t/d)凿岩效率(m/台班)出矿效率(t/台班)采切比(m/kt)损失率/%贫化率/%炸药单耗(kg/t)采矿直接成本(元/t)充填成本(元/m3)资料年限327.39638823.50.397.260.225.7390.661994充填法开开采方案案2典型方案案1机械化上上向水平平分层充充填法适用于矿矿岩稳固固或围岩岩稳固性性较差、、矿体轮轮廓复杂杂、品位位高或稀稀贵矿体体“三下””、有有内因火火灾危险险的矿体体及深部部矿体使用的回回采方案案多，机机动灵活活，适应应多种开开采技术术条件的的需要损失贫化化率低方法评价充填法开开采方案案2典型方案案1机械化上上向水平平分层充充填法提高分层层高度，，节省辅辅助工时时构筑高强强度人工工砼底柱柱，取消消留设矿矿柱应用机械械化盘区区上向分分层充填填法回采采矿岩中中等稳固固以上的的厚大富富矿体寻求来源源丰富且且符合技技术要求求的充填填材料研究制备备简单、、输送方方便、易易于自动动控制的的充填工工艺发展趋势充填法开开采方案案2典型方案案2机械化下下向水平平分层充充填法金川六角角形进路路充填法开开采方案案2典型方案案2机械化下下向水平平分层充充填法从上往下下分层回回采、逐逐层充填填一般将分分层划分分为进路路出矿回回采每分层的的回采、、充填工工作在上上一分层层人工假假顶的保保护下进进行开采矿石石很不稳稳固或矿矿石和围围岩均很很不稳固固高品位位或价值值矿石基本特征充填法开开采方案案2典型方案案2机械化下下向水平平分层充充填法金川二矿矿区机械械化下向向水平分分层进路路充填法法充填法开开采方案案2典型方案案2机械化下下向水平平分层充充填法凿岩：COP1032HD液压凿岩岩台车装药：PT45A装药车型型井下装装药车起爆：非电导爆爆管一次次点火起起爆出矿：928LHD型6.1m3铲运机充填：-3mm棒磨砂灰灰砂比1:4打底充填，1:6~1:8普通充填填开采工艺充填法开开采方案案2典型方案案2机械化下下向水平平分层充充填法技术参数采场能力(t/d)凿岩效率(m/台班)出矿效率(t/台班)采切比(m/kt)损失率/%贫化率/%炸药单耗(kg/t)采矿直接成本(元/t)充填成本(元/m3)资料年限6404004003.252.064.710.355.0616.431996充填法开开采方案案2典型方案案2机械化下下向水平平分层充充填法适用于矿矿岩均不不稳固，，矿石破破碎的品品位、价价值高的的矿体和和地压活活动大，，致使开开裂的矿矿柱在完整的的假顶（（砼或高高配比的的充填体体）下进进行作业业，工作作安全损失与贫贫化率低低，一般般矿石损损失率为为4%～5%，贫化率率8%～10%方法评价充填法开开采方案案2典型方案案2机械化下下向水平平分层充充填法增大进路路断面规规格，变变低进路路为高进进路采用新型型人工假假顶，改改善构筑筑工艺大力推广广应用无无轨自行行设备，，大幅度度提高劳劳动生产产率和生生产能力力研制、研研发新型型充填材材料及技技术,降低充填填成本发展趋势充填法开开采方案案2典型方案案3两步骤分分段回采采嗣后充充填法工作采场场充填体柱柱充填法开开采方案案2典型方案案3划分矿房房和矿柱柱，分两两步骤回回采，先先用分段段空场法法中深孔孔回采矿矿房，采采后一次次胶结充充填，再再回采矿矿柱非胶胶充填或不划分分矿房和和矿柱连连续回采采，即回回采工作作空间暴暴露面积积达到一一定极限限值时，，充填空空区控制制地压活活动基本特征两步骤分分段回采采嗣后充充填法充填法开开采方案案2典型方案案3两步骤分分段回采采嗣后充充填法ⅡⅠ-ⅠⅢ-ⅢⅡ-ⅡⅢⅢⅠⅠⅡ124356798-230m-180m新桥硫铁铁矿两步步骤分段段回采嗣嗣后充填填法充填法开开采方案案2典型方案案3凿岩：YGZ90液压凿岩岩机装药：BQF-50装药器起爆：导爆管毫毫秒雷管管起爆出矿：30kW电耙充填：块石嗣后后充填(灰砂比1:15)开采工艺两步骤分分段回采采嗣后充充填法充填法开开采方案案2典型方案案3技术参数采场能力(t/d)凿岩效率(m/台班)出矿效率(t/台班)采切比(m/kt)损失率/%贫化率/%炸药单耗(kg/t)采矿直接成本(元/t)充填成本(元/m3)资料年限400501629.165150.274.2621.121996两步骤分分段回采采嗣后充充填法充填法开开采方案案2典型方案案3两步骤分分段回采采嗣后充充填法开阳磷矿矿两步骤骤分段回回采嗣后后充填法法充填法开开采方案案2典型方案案3凿岩：YGZ90液压凿岩岩机装药：BQF-50装药器起爆：非电毫秒秒导爆管管同排同同段出矿：TORO400E、ST-6C铲运机出出矿充填：磷石膏、、黄磷渣渣嗣后充充填开采工艺两步骤分段回回采嗣后充填填法充填法开采方方案2典型方案3技术参数盘区能力(t/d)凿岩效率(m/台班)出矿效率(t/台班)采切比(m/kt)损失率/%贫化率/%炸药单耗(kg/t)采矿直接成本(元/t)充填成本(元/m3)资料年限10005078012.188100.4511.1895.09

2005两步骤分段回回采嗣后充填填法充填法开采方方案2典型方案3适用于矿体轮轮廓比较规则则的任何倾角角、厚度的矿矿体，一般应应用于矿岩相相对稳固或矿矿岩不稳固，，人员不宜进进入空场作业业的情况同时具有充填填法和空场法法优点，矿石石损失贫化较较小，采场生生产能力和工工人劳动生产产率高，充填成本低低方法评价两步骤分段回回采嗣后充填填法充填法开采方方案2典型方案3大力推广无轨轨自行设备研制新型高效效率深孔凿岩岩机，尽量采采用分段凿岩岩，减少采切切工作量大体积充填，，利用胶结充充填体的后期期强度，配比比设计时可节节约水泥，且且可利用多种种充填骨料发展趋势两步骤分段回回采嗣后充填填法充填法开采方方案2典型方案4VCR两步骤回采嗣嗣后充填法基本特征划分矿房和矿矿柱，两步骤骤回采，先一一步采矿房，，再二步采矿矿柱采用大直径深深孔崩落落矿矿大阶段高度回回采，阶段高高度达120m以上，设辅助助中段，高度度60m一步采尾砂嗣嗣后胶结充填填，二步采尾尾砂非胶结充充填充填法开采方方案2典型方案4VCR两步骤回采嗣嗣后充填法安庆铜矿高阶阶段大直径深深孔崩矿嗣后后充填法充填法开采方方案2典型方案4凿岩：Sinba-261型潜孔钻装药：矿渣堵孔、乳乳化炸药不耦耦合装药崩矿：大直径炮孔分分层微差爆破破崩矿出矿：SCT-5C型铲运机充填：尾砂胶结（325号水泥1:4~12,质量浓度72%）与尾砂非胶胶结交替开采工艺VCR两步骤回采嗣嗣后充填法充填法开采方方案2典型方案4VCR两步骤回采嗣嗣后充填法技术参数采场能力(t/d)凿岩效率(m/台班)出矿效率(t/台班)采切比(m/kt)损失率/%贫化率/%炸药单耗(kg/t)充填成本(元/m3)资料年限900303009.1615150.30120~1302008充填法开采方方案2适用于矿体轮轮廓比较规则则的倾至极倾倾中厚至厚大大矿体凿岩、装药在在硐室内进行行，安全性程程度高高阶段大直径径深孔爆破集集中出矿，效效率高采矿成本低凿岩技术要求求高、爆破成成本高、矿石石损失贫化相相对较大方法评价典型方案4VCR两步骤回采嗣嗣后充填法新型充填材料料充填材料及试试验3粉煤灰、磷石石膏、煤矸石石、黄磷渣、、跳汰砂、钢钢渣等本课题组研究成果新桥硫铁矿、、开阳磷矿、、高峰矿业公公司、华泰矿矿业公司、孙孙村煤矿、淮淮南煤矿、焦焦家金矿、康康家湾铅锌矿矿、金川集团团等新型充填材料料充填材料及试试验3粉煤灰粉煤灰是具有有一定活性的的火山灰质材材料活性成分AI2O3占45%~60%、SiO2占20%~30%具有潜在胶凝凝特性，可作作为水泥的替替代品改善料浆输送送特性，提高高后期强度，，降低水泥消消耗多个矿山新型充填材料料充填材料及试试验3磷石膏多作建筑材料料和水泥缓凝凝剂粒颗较细，且且有缓凝作用用，不是理想想的充填骨料料粉煤灰可以改改善其性能，，后期强度大大，有利于嗣嗣后充填推荐水泥:粉煤灰:磷石膏1:1:6~1:1:8，质量浓度60%~63%，强度达2Mpa开阳磷矿新桥硫铁矿新型充填材料料充填材料及试试验3煤炭开采、洗洗选加工过程程中排放的废废弃物SiO2含量达50%以上，具有一一定的散体强强度，是较较好的充填骨骨料推荐水泥:粉煤灰:煤矸石1:4:15，质量浓度70%~72%，7d强度高于0.7Mpa煤矸石孙村煤矿淮南煤矿新型充填材料料充填材料及试试验3黄磷生产过程程中的水淬渣渣粒级细，渗透透系数小，具具有缓凝作用用，非理想充充填骨料SiO2、Al2O3含量达39.90%和2.99%，具有一定潜潜在胶结性能能，需用石灰灰作激发剂推荐水泥:黄磷渣:磷石膏1:4:10，质量浓度60%，强度2.26Mpa黄磷渣开阳磷矿新型充填材料料充填材料及试试验3跳汰砂跳汰砂粒度大大，管输性能能差，易堵管管且磨损严重重，造成水泥泥离析，不是是理想的骨料料尾砂料度较小小，与跳汰砂砂混合后，改改善了骨料粒粒级组成，骨骨料本身强度度得到提高，，充填体强度度也大大提高高，推荐尾砂砂75%、跳汰砂25%推荐水泥:煤灰:混合骨料1:2:6，质量浓度68%，28、60d强度1.57、2.37MPa，降低水泥耗耗量26%高峰矿业新型充填材料料钢渣钢渣中含玻璃璃质的活化成成分，有利于于提高胶结体体强度密度大，易沉沉淀，通过添添加粉煤灰、、并提高浓度度，有望改善善推荐钢渣粒径径小于5mm，0.0075mm以下不高于25%，水泥:粉煤灰:钢渣1:8:15，质量浓度70%~72%，强度达2.92Mpa华泰矿业充填材料及试试验3充填试验充填材料及试试验3（1）用比重瓶法法测试比重；；（2）采用小型相相对密度仪测测定容重；（3）依（1）、（2）结果计算孔孔隙率；（4）采用三联式式固结仪测定定固结（压缩缩）性；（5）用卡敏斯基基管测定渗透透系数；（6）采用粗筛和和比重分析联联合测定物料料级配；（7）采用D=20cm的圆盘休止角角仪测定干状状样品和水下样品两两种状态下的的休止角。物理性能测试充填试验充填材料及试试验3采用原子吸收收法、钼蓝光光度法、EDTA滴定法、EDTA容量法、电位位法、返滴定定法等。化学性能测试充填试验充填材料及试试验3模具准备采用7.07×7.07×7.07cm3标准三联试模模，为便于拆拆模，事先在在模具内涂抹抹一层润滑油油。物料计量固体物料用案案秤或电子秤秤、水用量筒筒计量。制浆根据质量浓度度要求，加入入称量好的水水，充分搅拌拌均匀，强力力搅拌形成均均匀充填料浆浆。配比试验充填试验充填材料及试试验3配比试验模具涂油物料称量料浆混合试块制作充填试验充填材料及试试验3试块刮平与脱脱模模具浇注满后后，让其自然然沉降，待初初凝后（3~4d），将试块刮刮平，试块初初步自立后（（4~5d），进行脱模模。养护养护箱温度18℃、湿度85%配比试验试块刮模试块养护充填试验充填材料及试试验3强度试验万能压力测试试机WDW-2000结果曲线抗拉强度抗压强度充填试验充填材料及试试验3强度试验摩尔圆充填试验充填材料及试试验3坍落度越大，，流动性能越越好，但达到到规定强度所所需要的时间间也越长，充充填料浆的坍坍落度应大于于160mm。坍落筒高300mm，上、下口直直径100mm、200mm，上、下口要要保持平整光光滑，以防止止漏浆；将坍落筒放置置在平整面上上，将搅拌好好的充填料浆浆倒入筒中，，灌满后将坍坍落度筒小心心平稳地垂直直向上提起；；量出坍落后拌拌和物试体最最高点与筒的的高度差（以以mm为单单位位，，读读数数精精确确至至5mm），，即即为为该该拌拌和和物物的的坍坍落落度度S。流动性能测试充填填试试验验充填填材材料料及及试试验验3稠度度是是评评价价拌拌和和物物流流动动性性和和可可塑塑性性的的重重要要指指标标之之一一，，稠稠度度大大可可以以保保证证料料浆浆在在输输送送过过程程中中处处于于完完全全悬悬浮浮状状态态，，有有利利于于管管道道输输送送和和减减轻轻管管道道磨磨损损；；砂浆浆的的稠稠度度是是用用一一定定几几何何形形状状和和标标准准重重量量的的圆圆锥锥体体以以其其自自身身质质量量自自由由地地沉沉入入沙沙浆浆混混合合物物中中沉沉入入的的厘厘米米数数来来表表示示；；稠度度试试验验适适用用于于确确定定配配合合比比或或施施工工过过程程中中控控制制砂砂浆浆的的稠稠度度，，以以达达到到控控制制用用水水量量的的目目的的。。流动性能测试充填填试试验验充填填材材料料及及试试验验3流动性能测试SC145型砂砂浆浆稠稠度度仪仪坍落落筒筒充填填试试验验充填填材材料料及及试试验验3SEM是经经加加速速和和聚聚焦焦的的电电子子束束在在试试样样表表面面按按一一定定的的时时间间、、空空间间序序列列扫扫描描，，激激发发试试样样产产生生各各种种物物理理信信息息；；反应应胶胶结结充充填填体体的的微微观观结结构构和和胶胶结结机机理理。。胶结机理测试水力力计计算算管道道输输送送水水力力计计算算4颗料静水降速度vS颗粒粒在在静静水水中中由由于于重重力力作作用用产产生生自自由由沉沉降降，，当当颗颗粒粒处处于于均均速速下下沉沉时时的的速速度度定定义义为为颗颗粒粒沉沉降降速速度度vS；沉降降速速度度越越大大，，颗颗粒粒就就越越难难悬悬浮浮，，也也就就越越难难水水力力输输送送，，反反之之亦亦然然；；颗粒粒的的密密度度、、粒粒径径、、形形状状以以及及雷雷诺诺数数等等对对其其沉沉降降速速度度有有较较大大影影响响。。水力力计计算算管道道输输送送水水力力计计算算4流态变化当Re≤≤1（层层流流运运动动））时时，，用用斯斯托托克克斯斯公公式式固体体颗颗粒粒密密度度水的的密密度度固体体颗颗粒粒直直径径雷诺诺数数水力力计计算算管道道输输送送水水力力计计算算4流态变化当Re=2~500（介介流流运运动动））时时，，用用阿阿连连公公式式当Re>1000(紊流流运运动动)时，，用用牛牛顿顿-雷廷廷格格公公式式水力力计计算算管道道输输送送水水力力计计算算4水力计算步骤已知知：：固固体体物物料料的的粒粒径径d、体体重重γk、浓度度Cv，流流量量Qj，充充填填管管路路系系统统长长度度L、充充填填站站及及井井下下采采场标标高高Z1、Z2，所所需需管管径径D。计算算：：水水力力坡坡度度ij，泵泵送送时时，，选选择择泵泵及及计计算算泵泵的的电电机功功率率。。水力力计计算算管道道输输送送水水力力计计算算4水力计算步骤（1）计计算算临临界界流流速速UL输送粗颗粒输送粗颗粒沉降速度水力计算管道输送水力力计算4水力计算步骤（2）计算临界管管径DL然后按DL选取略小的标标准管径D（3）查表或紊流流图选择管路路摩阻系数λ水力计算管道输送水力力计算4水力计算步骤（4）求流速μ（5）求水力坡度度：金川公式式水力计算管道输送水力力计算4水力计算步骤（6）求局部阻力力hju局部阻力系数数，可查表得得（7）求总水头浆体容重水体容重水力计算管道输送水力力计算4水力计算步骤（8）选泵且求泵泵的电机功率率综合效率泵的型号按流流量及总压头头选择输送技术充填关键技术术5充填倍线表示料浆流动竖直段自然压头与沿程阻力关系输送技术5管道输送料浆的压头不不足以克服其其沿程阻力损损失，系统处处于不能流动动或堵管状态态料浆的压头正正好平衡掉其其沿程阻力损损失，系统处处于满管流动动状态系统中料浆的的自然压头过过剩，垂直管管段上部处于于自由下落流流动状态。浆体容重水力坡度充填关键技术术管道磨损研究究5磨损机理非满管流压头过剩L充填料浆自由落体区空气砂浆交界面H2满管输送区压力分布Q(m3/h)H1料浆在空气与与砂浆交界面面因碰撞产生生巨大的冲击击压力，导致致管路的破裂裂充填关键技术术5管道磨损研究究磨损机理DEF料浆运动轨迹G管道倾斜料浆撞击料浆沿着D→E→F→G轨迹与管道壁壁撞击磨擦造造成磨损充填关键技术术5变径满管流技技术提高垂直管道道安装质量降低料浆对管管道的侵蚀采用耐磨性能能好的管材和和内衬（厚锰锰钢，不用陶陶瓷管）充填倍线小的的矿山充填系系统要进行减减压在磨损率高的的部位应用丁丁字管或缓冲冲盒弯头使用中性水制制备充填料浆浆并冲管管道磨损研究究防治措施充填关键技术术5满管输送充填料浆Q(m3/h)压力分布状况HL管道磨损研究究防治措施1-7m直径的储料槽槽2-压气搅拌；3-内径2D的管道；4-弯管；5-根管段长2D立管；6-70°渐缩管；7-内径D的垂直管道；；8-大半径弯管；；9-鹅颈管；10-内径2D的水平管581060°2346719自由下落情况磨损满流情况磨损形式充填关键技术术5破损钻孔重复复永久修复技技术取定向管钻机安装调试清洗钻孔套管与岩体分离切割套管打捞切割套管扩孔安装管道固定管道②下充填管道①下外部套管工艺流程已成功应用于金川矿业充填关键技术术5破损钻孔重复复永久修复技技术工艺流程取定向管钻孔施工过程程中，为保证证钻孔垂直度度，在开口部部分须安装定定向管，采用用人工开挖方方式取出钻机安装调试试定向管取出后后，即可安装装、调试钻机机清洗充填管分离切割之前前要先清洗充充填管，防止止切割刀具下下不去充填关键技术术5破损钻孔重复复永久修复技技术工艺流程分离—切割—打捞（关键技技术）1、分离的目的的是利用岩芯芯钻将钻孔套套管与周围岩岩体或固井水水泥分离，以以利后续套管管切割2、切割时，钻钻杆尺寸一定定要计算准确确，确保切割割深度要小于于分离深度，，以便留设管管道余头，便便于下次分离离时分离钻具具容易套进充充填管3、切割完后，，进行打捞，，打捞出管道道后，再次进进行分离切割割，直到破损损钻孔中的充充填管道全部部取出充填关键技术术5破损钻孔重复复永久修复技技术工艺流程扩孔整条管道取出出后，根据设设计荒孔直径径进行扩孔安装管道首先安装钻孔孔套管，然后后在套管内不不耦合安装充充填管道固定充填管道下好好后，要用角角钢和槽钢焊焊接将其固定定，避免管道道安装出现偏偏斜充填关键技术术5破损钻孔重复复永久修复技技术金川施工现场充填关键技术术堵爆管道研究究5堵爆机理abc水平管内料浆浆运动状态充填关键技术术堵爆管道研究究5堵爆机理料浆流速很小小时，固体颗颗粒沉在管底底不动，当速速度逐渐增大大到某数值时时，固体颗粒粒开始沿管底底滑动、滚动动或不连续跳跳跃运动，如如图a所示；料浆流速度继继续增大时，，固体颗粒处处于快速跳跃跃或间歇性悬悬浮状态，即即固体颗粒时时而在料浆流流中，时而又又沉入管底，，如图b所示；料浆流速度进进一步增大时时，固体颗粒粒就处于完全全悬浮状态，，并沿料浆流流方向运动，，如图c所示充填关键技术术堵爆管道研究究5堵爆机理堵塞水击物理模型淤积堵塞v0h0L第一种为堵塞塞水击造成爆爆管：即出流端或管管路某部位瞬瞬时淤塞，引引发上游管道道浆体产生压压力波水击，，引进爆管。。水击波波速速：充填关键技术术堵爆管道研究究5堵爆机理第二种为真空空弥全水击造造成爆管：即竖直管和水水平管连接处处因速度变化化形成负压，，产生真空弥弥合水击，形形成很大的水水击附加压强强，且在此部部位因反复真真空作用，产产生气蚀，使使其成为薄弱弱段L12bbaav2，P2v1，P1Z110Z2Z0真空弥合水击物理模型充填关键技术术堵爆管道研究究5防治措施高分子溶液减减阻在湍流的有机机溶液中，溶溶解少量聚甲甲基丙烯酸甲甲脂等，其阻阻力大幅度地地降低弹性膜减阻在刚性边界上上粘结一层弹弹性膜，以致致在层流附面面层发生渡动动时，膜的表表面产生同步步渡动磁液体粘性减减阻利用外加磁场场把磁性液体体保持或固定定在所需表面面，在物体表表面形成可控控的柔顺磁性性液体膜，使使液体流过物物体表面时，，物体表面磁磁性液体膜与与液体产生同同步运动而减减阻充填关键技术术堵爆管道研究究5防治措施水环减阻在管壁处注入入薄薄一层清清水，形成管管壁处为清水水，管道内部部为高浓度全全尾砂的输送送形式，用低低粘度的流体体局部置换高高粘度流体，，实现减阻阻气环减阻在管道输送流流体中掺入适适量气体，使使气体能依附附在管壁上形形成一层微的的气环，从而而达到减阻作作用振动减阻由于外部动力力（振动），，引起流体界界面波动，从从而达到减阻阻效果充填关键技术术深井减压研究究5深井高压系统危害

深井充填垂深深大、倍线小小、管壁所承承受的静压增增大，管道磨磨损更为严重重，管道强烈烈振动、摆动动幅度大甚至至剧烈破坏以以释放其能量量，且压力造造成爆管现象象也时有发生生研究深井管道道输送减压理理论与技术，，对于保证深深井充填安全全，提高深井井充填效率具具有重要的理理论意义和实实际应用价值值充填关键技术术深井减压研究究5储砂池（减压池）降压系统

减压池充填料浆压力分布状况压力分布状况进入采场通过对垂直管管道高度的限限制，利用储储砂池将料浆浆的输送速度度降为零，使使料浆在离开开储砂池时消消耗完前段垂垂直管道中产产生的能量而而达到降压的的目的。充填关键技术术深井减压研究究5管道折返降压系统

充填料浆压力分布状况压力分布状况流入采场通过限制垂直直管道的长度度、添加水平平管长度来达达到减压的目目的。由于料料浆在离开中中段水平管时时，还有一定定的速度，具具备一定的能能量，因此其其减压效果不不如储砂池降降压方法。充填关键技术术深井减压研究究5阻尼节流孔降压

流向压力250249248水银是一种对浆体体流动产生约约束的装置。。其中可以采采用的型号为为：厚板阻尼尼孔、薄板阻阻尼孔、喷嘴嘴、文式管喷喷嘴和文式管管等。浆体通通过阻尼孔装装置后压力明明显降低。充填关键技术术深井减压研究究5滚动球阀门减压

料浆流向滚动球阀门（（RBV）内含含有一一组直直径大大约为为20mm的陶瓷瓷球，，均被被装入入缸体体中。。然后后在坑坑内充充填管管线的的不同同位置置安装装这些些阀门门。这这种装装置将将使浆浆体产产生高高压力力降，，从而而形成成充填填料浆浆的满满管流流动状状态。。充填关关键技技术深井减减压研研究5孔状节流管降压将孔状状节流流管套套入充充填管管道内内，依依据其其消耗耗的能能量，，调整整互相相之间间的间间距，，使料料浆的的流动动达到到满管管流动动状态态。充填关关键技技术深井减减压研研究5安全隔膜降压充填料浆安全隔膜泥浆池充填料浆安全隔膜降压系统示意图金属网式安全隔膜可能的结构在垂直直管段段中间间的水水平管管道，，可以以分担担或消消耗部部分静静压头头，安安全隔隔膜只只是起起到尾尾砂脱脱泥的的作用用，或或者限限制跑跑浆、、或者者用于于管道道排气气。充填关关键技技术深井减减压研研究5缓冲盒弯头降压高压管接头垂直管同心异径接头高压管高压法兰在充填填管路路中，，弯头头是高高度磨磨损区区，弯弯管的的磨损损集中中在外外半径径一带带采用缓缓冲盒盒（deadbox）可避避免这这种磨磨损，，用偏偏置分分接点点可简简化垂垂直管管道到到水平平运输输巷道道的排排出口口缓冲盒盒的设设计要要使其其直径径保证证盒内内壁不不接触触从给给料管管落下下的高高速砂砂浆，，这样样可大大大降降低磨磨损率率。充填关关键技技术典型充充填系系统5充填关关键技技术典型充充填系系统5充填关关键技技术典型充充填系系统5充填关关键技技术典型充充填系系统5充填关关键技技术充填系系统5开阳磷磷矿磷磷石膏膏胶结结充填填系统统孙村煤煤矿煤煤矸石石胶结结充填填系统统新桥硫硫铁矿矿废石石胶结结充填填系统统金川二二矿区区膏体体加压压泵送送系统统充填关关键技技术充填系系统5开阳磷磷矿系系统充填关关键技技术充填系系统5开阳磷磷矿系系统稳料仓仓皮带运运输机机来自双双轴搅拌机机活化搅搅拌机下至充充填钻孔孔自制打打散机机来自稳稳料仓仓地表堆堆场双轴搅搅拌机机来自打打散机机充填关关键技技术充填系系统5开阳磷磷矿系系统磷石膏膏供料料线粉煤灰灰供料料线水泥输输送线线供水线线充填料料浆制制备及及其输输送线线：打打散破破碎、、振动动放料料、双双轴搅搅拌、、强力力活化化搅拌拌五条生产线充填关关键技技术充填系系统5开阳磷磷矿系系统充填关关键技技术采场充充填与与管道道布置置示意意图充填系系统5开阳磷磷矿系系统充填关关键技技术采场充充填隔隔离墙墙架设设示意意图无缝接接顶充填系系统5开阳磷磷矿系系统充填关关键技技术充填系系统5开阳磷磷矿系系统平均充充填能能力达达40~42m3/a，采场场生产产能力力约500t/d，盘区区达20～25万t/a打散破破碎技技术使使磷石石膏利利用率率达100%，利用用磷石石膏12万t/a振动放放料技技术，，解决决了磷磷石膏膏和粉粉煤灰灰在放放料过过程中中的结结拱现现象，，确保保连续续均匀匀地供供料应用效果充填关关键技技术充填系系统5开阳磷磷矿系系统双轴搅搅拌和和强力力活化化搅拌拌使料料浆混混合均均匀、、呈似似膏体体状、、流动动性好好、不不离析析、脱脱水量量少采用磷磷石膏膏料浆浆与废废石交交替综综合嗣嗣后充充填工工艺，，充填填效果果好节约磷磷石膏膏建库库费120万元/a，成功功回收收用砂砂坝矿矿公路路下2262万t保安矿矿量应用效果充填关关键技技术充填系系统5开阳磷磷矿系系统矿石回回收率率从原原先的的70%提高到到82.67%，贫化化率小小于6%有效保保护地地表环环境系统基建投投资仅700万元左右，，为传统膏膏体充填系系统的1/10，使用砂坝坝矿获得直直接经济效效益数亿元元应用效果充填关键技技术充填系统5开阳磷矿系系统推广应用推广应用情情况：在用沙坝矿矿、马路坪坪矿、青菜菜冲矿和新新桥硫铁矿矿等推广应应用推广应用前前景：我国约有75%以上磷矿与与开磷类似似且积余磷磷化工废料料5亿多万吨，，年产磷化化工废料6000多万吨，推推广技术潜潜在效益每每年50亿元以上充填关键技技术充填系统5孙村煤矿系系统水泥水泥罐车压气卸料水泥仓星型给料机煤矸石皮带运输机煤矸石堆场电溜子缓冲漏斗圆盘给料机带式输送机核子秤螺旋输送机冲板流量计搅拌桶水池井巷充填管路充填采场粉煤灰罐车压气卸料粉煤灰仓星型给料机螺旋输送机冲板流量计搅拌桶液化剂仓充填关键技技术充填系统5孙村煤矿系系统煤矸石山电溜子电溜子1＃皮带输送机1＃皮带输送机2＃皮带输送机3＃皮带输送机，来自筛分机不合格大块返回破碎机破碎机筛分机2＃皮带输送机筛分机4＃皮带输送机，筛上料经3＃皮带输送机返回破碎机4＃皮带输送机5＃皮带输送机充填关键技技术充填系统5孙村煤矿系系统水泥仓粉煤灰仓煤矸石堆场煤矸石喂料仓圆盘给料机6#皮带运输机水泥仓粉煤灰仓螺旋输送机下料口搅拌桶减水剂桶计量泵充填关键技技术煤矸石干式式充填构筑挡墙示示意图煤矸石似膏膏体充填工工艺示意图图充填系统5孙村煤矿系系统系统总投资资715.17万元，充填填成本36.9元/t，采煤成本本300元/t，综合成本本336.9元/t试验区段的的城镇未发发生任何地地表沉降、、塌陷，首首采地段煤煤柱回收率率达90%创产值6.48亿元，共创创利润16286.4万元，年利利润4524万元，系统统投资可在在2个月内收回回回收价值达达4000万元的煤矸矸石山占地地应用效果充填关键技技术充填系