充填采矿方法与充填技术3

培训目的充填采矿方法与充填技术3充填采矿方法与充填技术3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应用背景留设大量永久矿柱,资源损失量大地表塌陷、灾害和环境破坏严重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发展历程充填法应用现状1充填法应用现状1应用现状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应用现状分级尾矿充填分级尾矿充填是中国矿山应用最为广泛的充填工艺，约在60余座矿山得到应用，其输送浓度为65%~70％左右充填法应用现状1应用现状全尾矿胶结充填自上世纪90年代初在凡口矿建成第一个全尾矿胶结充填系统后，先后在张马屯铁矿、铜绿山铜矿、武山铜矿、湘西金矿和南京铅锌矿等矿山应用尾矿利用率85％以上，其中南京铅锌矿计划将全部尾矿充入井下，地表不建尾矿库充填法应用现状1应用现状废石胶结充填成规模应用废石胶结充填的矿山有新桥硫铁矿、丰山铜矿、铜坑锡矿和吉林镍矿等局部应用的矿山较多，如金川二矿、凡口矿和金山金矿等，主要利用井下掘进废石进行胶结充填充填法应用现状1应用现状膏体泵送胶结充填中国于1994年和2000年先后在金川二矿和铜绿山铜矿建成了膏体泵送充填系统，均采用德国泵山东湖田铝土矿曾采用中国沈阳泵建成了赤泥膏体泵送充填系统充填法应用现状1应用现状其它充填技术磨砂胶结充填已逐步减少，目前成规模应用的矿山主要有金川镍矿、武山铜矿和建德铜矿赤泥胶结充填于20世纪90年代在山东湖田铝土矿应用成功，并在山东莱芜铁矿开展了赤泥全尾矿胶结充填工业试验高水固化胶结充填成规模应用的矿山主要有鸡冠嘴金矿和焦家金矿充填法应用现状1研究成果水泥替代品研究取得重大突破充填骨料应用范围日益扩大混凝土外加剂得到广泛应用充填体承载机理研究成果丰硕两相流理论得到重大发展深井充填材料与技术研究广泛管道磨损对策研究成果丰硕充填法应用现状1充填法应用现状1发展趋势大型化、机械化、盘区化、连续化开采无废害化两步骤回采嗣后充填法广泛应用充填理论及技术不断发展充填设施、机械、监测仪表更新充填法开采方案2典型方案充填法开采方案2典型方案1机械化上向水平分层充填法工作面溜井运输平巷斜坡道充填体充填法开采方案2典型方案1机械化上向水平分层充填法划分矿房和矿柱，先采矿房，后采矿柱矿房自下而上分层回采，依次充填以维护上下盘围岩，并创造不断上采的作业条件，矿房回采到最后一个分层时，进行接顶充填矿柱在采完若干矿房或全阶段后，进行回采机械化程度高，生产能力大该法占我国充填法60%以上0-3岁全脑潜能开发的方法0—3岁孩子的大脑潜能开发方法1.名画欣赏训练通过经典名画欣赏，使孩子性情平和，转换角度，入画解读。训练孩子举止优雅与艺术灵性2.速视训练综合宫格训练与卡片训练，提高孩子直觉图像记忆能力，锻炼大脑反映速度，训练大脑快速大量输入信息的能力3.快速反应训练通过逆向思维训练孩子的快速反应能力。4.定位记忆训练综合空间智能训练与右脑想象训练全面训练孩子永久记忆的能力5.创新和语言协调训练通过故事创编训练孩子创作能力与开拓思维能力，使左脑的语言逻辑配合右脑的发思维与海量信息库，让孩子拥有口若悬河的演讲能力6.手眼脑训练促进左右脑两侧半球均衡发展，锻炼与运动眼睛的锥状细胞肌肉。形成大脑内视觉影像7.少儿思维导图将所学知识以图像形式输入右脑，进行分析总结归纳，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应用现状分级尾矿充填分级尾矿充填是中国矿山应用最为广泛的充填工艺，约在60余座矿山得到应用，其输送浓度为65%~70％左右充填法应用现状1应用现状全尾矿胶结充填自上世纪90年代初在凡口矿建成第一个全尾矿胶结充填系统后，先后在张马屯铁矿、铜绿山铜矿、武山铜矿、湘西金矿和南京铅锌矿等矿山应用尾矿利用率85％以上，其中南京铅锌矿计划将全部尾矿充入井下，地表不建尾矿库充填法应用现状1应用现状废石胶结充填成规模应用废石胶结充填的矿山有新桥硫铁矿、丰山铜矿、铜坑锡矿和吉林镍矿等局部应用的矿山较多，如金川二矿、凡口矿和金山金矿等，主要利用井下掘进废石进行胶结充填充填法应用现状1应用现状膏体泵送胶结充填中国于1994年和2000年先后在金川二矿和铜绿山铜矿建成了膏体泵送充填系统，均采用德国泵山东湖田铝土矿曾采用中国沈阳泵建成了赤泥膏体泵送充填系统

充填法应用现状1应用现状其它充填技术磨砂胶结充填已逐步减少，目前成规模应用的矿山主要有金川镍矿、武山铜矿和建德铜矿赤泥胶结充填于20世纪90年代在山东湖田铝土矿应用成功，并在山东莱芜铁矿开展了赤泥全尾矿胶结充填工业试验高水固化胶结充填成规模应用的矿山主要有鸡冠嘴金矿和焦家金矿充填法应用现状1研究成果水泥替代品研究取得重大突破

充填骨料应用范围日益扩大

混凝土外加剂得到广泛应用充填体承载机理研究成果丰硕两相流理论得到重大发展

深井充填材料与技术研究广泛管道磨损对策研究成果丰硕充填法应用现状1充填法应用现状1发展趋势大型化、机械化、盘区化、连续化开采无废害化两步骤回采嗣后充填法广泛应用充填理论及技术不断发展充填设施、机械、监测仪表更新

充填法开采方案2典型方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采方案2典型方案1机械化上向水平分层充填法工作面溜井运输平巷斜坡道充填体充填法开采方案2典型方案1机械化上向水平分层充填法划分矿房和矿柱，先采矿房，后采矿柱矿房自下而上分层回采，依次充填以维护上下盘围岩，并创造不断上采的作业条件，矿房回采到最后一个分层时，进行接顶充填矿柱在采完若干矿房或全阶段后，进行回采机械化程度高，生产能力大该法占我国充填法60%以上基本特征充填法开采方案2典型方案1机械化上向水平分层充填法

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机械化上向水平分层充填采矿法

充填法开采方案2典型方案1机械化上向水平分层充填法凿岩：HS150X型上向接杆台车装药：NT30/NBB150型井下装药车起爆：导爆索毫秒雷管非电复式网络出矿：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采方案2典型方案1机械化上向水平分层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充填法开采方案2典型方案1机械化上向水平分层充填法适用于矿岩稳固或围岩稳固性较差、矿体轮廓复杂、品位高或稀贵矿体“三下”、有内因火灾危险的矿体及深部矿体使用的回采方案多，机动灵活，适应多种开采技术条件的需要损失贫化率低

方法评价充填法开采方案2典型方案1机械化上向水平分层充填法提高分层高度，节省辅助工时构筑高强度人工砼底柱，取消留设矿柱应用机械化盘区上向分层充填法回采矿岩中等稳固以上的厚大富矿体寻求来源丰富且符合技术要求的充填材料研究制备简单、输送方便、易于自动控制的充填工艺发展趋势充填法开采方案2典型方案2机械化下向水平分层充填法金川六角形进路充填法开采方案2典型方案2机械化下向水平分层充填法从上往下分层回采、逐层充填一般将分层划分为进路出矿回采每分层的回采、充填工作在上一分层人工假顶的保护下进行开采矿石很不稳固或矿石和围岩均很不稳固高品位或价值矿石基本特征充填法开采方案2典型方案2机械化下向水平分层充填法金川二矿区机械化下向水平分层进路充填法充填法开采方案2典型方案2机械化下向水平分层充填法凿岩：COP1032HD液压凿岩台车装药：PT45A装药车型井下装药车起爆：非电导爆管一次点火起爆出矿：928LHD型6.1m3铲运机充填：-3mm棒磨砂灰砂比1:4打底充填，1:6~1:8普通充填开采工艺充填法开采方案2典型方案2机械化下向水平分层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充填法开采方案2典型方案2机械化下向水平分层充填法适用于矿岩均不稳固，矿石破碎的品位、价值高的矿体和地压活动大，致使开裂的矿柱在完整的假顶（砼或高配比的充填体）下进行作业，工作安全损失与贫化率低，一般矿石损失率为4%～5%，贫化率8%～10%方法评价充填法开采方案2典型方案2机械化下向水平分层充填法增大进路断面规格，变低进路为高进路采用新型人工假顶，改善构筑工艺大力推广应用无轨自行设备，大幅度提高劳动生产率和生产能力研制、研发新型充填材料及技术,降低充填成本发展趋势充填法开采方案2典型方案3两步骤分段回采嗣后充填法工作采场充填体柱充填法开采方案2典型方案3划分矿房和矿柱，分两步骤回采，先用分段空场法中深孔回采矿房，采后一次胶结充填，再回采矿柱非胶充填或不划分矿房和矿柱连续回采，即回采工作空间暴露面积达到一定极限值时，充填空区控制地压活动基本特征两步骤分段回采嗣后充填法充填法开采方案2典型方案3两步骤分段回采嗣后充填法ⅡⅠ-ⅠⅢ-ⅢⅡ-ⅡⅢⅢⅠⅠⅡ124356798-230m-180m新桥硫铁矿两步骤分段回采嗣后充填法充填法开采方案2典型方案3凿岩：YGZ90液压凿岩机装药：BQF-50装药器起爆：导爆管毫秒雷管起爆出矿：30kW电耙充填：块石嗣后充填(灰砂比1:15)开采工艺两步骤分段回采嗣后充填法充填法开采方案2典型方案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段回采嗣后充填法充填法开采方案2典型方案3两步骤分段回采嗣后充填法开阳磷矿两步骤分段回采嗣后充填法充填法开采方案2典型方案3凿岩：YGZ90液压凿岩机装药：BQF-50装药器起爆：非电毫秒导爆管同排同段

出矿：TORO400E、ST-6C铲运机出矿

充填：磷石膏、黄磷渣嗣后充填

开采工艺两步骤分段回采嗣后充填法充填法开采方案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

2005两步骤分段回采嗣后充填法充填法开采方案2典型方案3适用于矿体轮廓比较规则的任何倾角、厚度的矿体，一般应用于矿岩相对稳固或矿岩不稳固，人员不宜进入空场作业的情况同时具有充填法和空场法优点，矿石损失贫化较小，采场生产能力和工人劳动生产率高，充填成本低方法评价两步骤分段回采嗣后充填法充填法开采方案2典型方案3大力推广无轨自行设备研制新型高效率深孔凿岩机，尽量采用分段凿岩，减少采切工作量大体积充填，利用胶结充填体的后期强度，配比设计时可节约水泥，且可利用多种充填骨料发展趋势两步骤分段回采嗣后充填法充填法开采方案2典型方案4VCR两步骤回采嗣后充填法基本特征划分矿房和矿柱，两步骤回采，先一步采矿房，再二步采矿柱采用大直径深孔崩落落矿大阶段高度回采，阶段高度达120m以上，设辅助中段，高度60m一步采尾砂嗣后胶结充填，二步采尾砂非胶结充填充填法开采方案2典型方案4VCR两步骤回采嗣后充填法安庆铜矿高阶段大直径深孔崩矿嗣后充填法充填法开采方案2典型方案4凿岩：Sinba-261型潜孔钻装药：矿渣堵孔、乳化炸药不耦合装药崩矿：大直径炮孔分层微差爆破崩矿出矿：SCT-5C型铲运机充填：尾砂胶结（325号水泥1:4~12,质量浓度72%）与尾砂非胶结交替

开采工艺VCR两步骤回采嗣后充填法充填法开采方案2典型方案4VCR两步骤回采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充填法开采方案2适用于矿体轮廓比较规则的倾至极倾中厚至厚大矿体凿岩、装药在硐室内进行，安全性程度高高阶段大直径深孔爆破集中出矿，效率高采矿成本低凿岩技术要求高、爆破成本高、矿石损失贫化相对较大方法评价典型方案4VCR两步骤回采嗣后充填法新型充填材料充填材料及试验3粉煤灰、磷石膏、煤矸石、黄磷渣、跳汰砂、钢渣等本课题组研究成果新桥硫铁矿、开阳磷矿、高峰矿业公司、华泰矿业公司、孙村煤矿、淮南煤矿、焦家金矿、康家湾铅锌矿、金川集团等新型充填材料充填材料及试验3粉煤灰粉煤灰是具有一定活性的火山灰质材料活性成分AI2O3占45%~60%、SiO2

占20%~30%具有潜在胶凝特性，可作为水泥的替代品改善料浆输送特性，提高后期强度，降低水泥消耗多个矿山新型充填材料充填材料及试验3磷石膏多作建筑材料和水泥缓凝剂粒颗较细，且有缓凝作用，不是理想的充填骨料粉煤灰可以改善其性能，后期强度大，有利于嗣后充填推荐水泥: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充填材料及试验3煤炭开采、洗选加工过程中排放的废弃物SiO2含量达50%以上，具有一定的散体强度，是较好的充填骨料推荐水泥: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充填材料及试验3黄磷生产过程中的水淬渣粒级细，渗透系数小，具有缓凝作用，非理想充填骨料SiO2、Al2O3含量达39.90%和2.99%，具有一定潜在胶结性能，需用石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充填材料及试验3跳汰砂跳汰砂粒度大，管输性能差，易堵管且磨损严重，造成水泥离析，不是理想的骨料尾砂料度较小，与跳汰砂混合后，改善了骨料粒级组成，骨料本身强度得到提高，充填体强度也大大提高，推荐尾砂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，降低水泥耗量26%高峰矿业新型充填材料钢渣钢渣中含玻璃质的活化成分，有利于提高胶结体强度密度大，易沉淀，通过添加粉煤灰、并提高浓度，有望改善推荐钢渣粒径小于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验3充填试验充填材料及试验3（1）用比重瓶法测试比重；（2）采用小型相对密度仪测定容重；（3）依（1）、（2）结果计算孔隙率；（4）采用三联式固结仪测定固结（压缩）性；（5）用卡敏斯基管测定渗透系数；（6）采用粗筛和比重分析联合测定物料级配；（7）采用D=20cm的圆盘休止角仪测定干状样品和水下样品两种状态下的休止角。物理性能测试充填试验充填材料及试验3采用原子吸收法、钼蓝光度法、EDTA滴定法、EDTA容量法、电位法、返滴定法等。

化学性能测试充填试验充填材料及试验3模具准备采用7.07×7.07×7.07cm3标准三联试模，为便于拆模，事先在模具内涂抹一层润滑油。物料计量固体物料用案秤或电子秤、水用量筒计量。制浆根据质量浓度要求，加入称量好的水，充分搅拌均匀，强力搅拌形成均匀充填料浆。配比试验充填试验充填材料及试验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验3试块刮平与脱模模具浇注满后，让其自然沉降，待初凝后（3~4d），将试块刮平，试块初步自立后（4~5d），进行脱模。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验3强度试验万能压力测试机WDW-2000

结果曲线

抗拉强度

抗压强度

充填试验充填材料及试验3强度试验摩尔圆

充填试验充填材料及试验3坍落度越大，流动性能越好，但达到规定强度所需要的时间也越长，充填料浆的坍落度应大于160mm。坍落筒高300mm，上、下口直径100mm、200mm，上、下口要保持平整光滑，以防止漏浆；将坍落筒放置在平整面上，将搅拌好的充填料浆倒入筒中，灌满后将坍落度筒小心平稳地垂直向上提起；量出坍落后拌和物试体最高点与筒的高度差（以mm为单位，读数精确至5mm），即为该拌和物的坍落度S。

流动性能测试充填试验充填材料及试验3稠度是评价拌和物流动性和可塑性的重要指标之一，稠度大可以保证料浆在输送过程中处于完全悬浮状态，有利于管道输送和减轻管道磨损；砂浆的稠度是用一定几何形状和标准重量的圆锥体以其自身质量自由地沉入沙浆混合物中沉入的厘米数来表示；稠度试验适用于确定配合比或施工过程中控制砂浆的稠度，以达到控制用水量的目的。

流动性能测试充填试验充填材料及试验3流动性能测试SC145型砂浆稠度仪

坍落筒

充填试验充填材料及试验3SEM是经加速和聚焦的电子束在试样表面按一定的时间、空间序列扫描，激发试样产生各种物理信息；反应胶结充填体的微观结构和胶结机理。胶结机理测试水力计算管道输送水力计算4颗料静水降速度vS颗粒在静水中由于重力作用产生自由沉降，当颗粒处于均速下沉时的速度定义为颗粒沉降速度vS

；沉降速度越大，颗粒就越难悬浮，也就越难水力输送，反之亦然；颗粒的密度、粒径、形状以及雷诺数等对其沉降速度有较大影响。

水力计算管道输送水力计算4流态变化当Re≤1（层流运动）时，用斯托克斯公式固体颗粒密度水的密度固体颗粒直径雷诺数水力计算管道输送水力计算4流态变化当Re=2~500（介流运动）时，用阿连公式当Re>1000(紊流运动)时，用牛顿-雷廷格公式水力计算管道输送水力计算4水力计算步骤已知：固体物料的粒径d、体重γk、浓度Cv，流量

Qj，充填管路系统长度L、充填站及井下采场标高Z1、Z2，所需管径D。计算：水力坡度ij，泵送时，选择泵及计算泵的电机功率。水力计算管道输送水力计算4水力计算步骤（1）计算临界流速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计算4水力计算步骤（2）计算临界管径DL然后按DL选取略小的标准管径D（3）查表或紊流图选择管路摩阻系数λ水力计算管道输送水力计算4水力计算步骤（4）求流速μ

（5）求水力坡度：金川公式水力计算管道输送水力计算4水力计算步骤（6）求局部阻力hju局部阻力系数，可查表得（7）求总水头浆体容重水体容重水力计算管道输送水力计算4水力计算步骤（8）选泵且求泵的电机功率综合效率泵的型号按流量及总压头选择输送技术充填关键技术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足以克服其沿程阻力损失，系统处于不能流动或堵管状态料浆的压头正好平衡掉其沿程阻力损失，系统处于满管流动状态系统中料浆的自然压头过剩，垂直管段上部处于自由下落流动状态。浆体容重水力坡度充填关键技术管道磨损研究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料浆在空气与砂浆交界面因碰撞产生巨大的冲击压力，导致管路的破裂充填关键技术5管道磨损研究磨损机理DEF料浆运动轨迹G管道倾斜料浆撞击料浆沿着D→E→F→G轨迹与管道壁撞击磨擦造成磨损充填关键技术5变径满管流技术提高垂直管道安装质量降低料浆对管道的侵蚀采用耐磨性能好的管材和内衬（厚锰钢，不用陶瓷管）充填倍线小的矿山充填系统要进行减压在磨损率高的部位应用丁字管或缓冲盒弯头使用中性水制备充填料浆并冲管管道磨损研究防治措施充填关键技术5满管输送充填料浆Q(m3/h)压力分布状况HL管道磨损研究防治措施1-7m直径的储料槽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5破损钻孔重复永久修复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5破损钻孔重复永久修复技术工艺流程取定向管钻孔施工过程中，为保证钻孔垂直度，在开口部分须安装定向管，采用人工开挖方式取出钻机安装调试定向管取出后，即可安装、调试钻机清洗充填管分离切割之前要先清洗充填管，防止切割刀具下不去充填关键技术5破损钻孔重复永久修复技术工艺流程分离—切割—打捞（关键技术）

1、分离的目的是利用岩芯钻将钻孔套管与周围岩体或固井水泥分离，以利后续套管切割

2、切割时，钻杆尺寸一定要计算准确，确保切割深度要小于分离深度，以便留设管道余头，便于下次分离时分离钻具容易套进充填管

3、切割完后，进行打捞，打捞出管道后，再次进行分离切割，直到破损钻孔中的充填管道全部取出

充填关键技术5破损钻孔重复永久修复技术工艺流程扩孔整条管道取出后，根据设计荒孔直径进行扩孔安装管道首先安装钻孔套管，然后在套管内不耦合安装充填管道

固定充填管道下好后，要用角钢和槽钢焊接将其固定，避免管道安装出现偏斜

充填关键技术5破损钻孔重复永久修复技术金川施工现场充填关键技术堵爆管道研究5堵爆机理abc水平管内料浆运动状态

充填关键技术堵爆管道研究5堵爆机理料浆流速很小时，固体颗粒沉在管底不动，当速度逐渐增大到某数值时，固体颗粒开始沿管底滑动、滚动或不连续跳跃运动，如图a所示；料浆流速度继续增大时，固体颗粒处于快速跳跃或间歇性悬浮状态，即固体颗粒时而在料浆流中，时而又沉入管底，如图b所示；料浆流速度进一步增大时，固体颗粒就处于完全悬浮状态，并沿料浆流方向运动，如图c所示充填关键技术堵爆管道研究5堵爆机理堵塞水击物理模型淤积堵塞v0h0L第一种为堵塞水击造成爆管：即出流端或管路某部位瞬时淤塞，引发上游管道浆体产生压力波水击，引进爆管。水击波波速：充填关键技术堵爆管道研究5堵爆机理第二种为真空弥全水击造成爆管：即竖直管和水平管连接处因速度变化形成负压，产生真空弥合水击，形成很大的水击附加压强，且在此部位因反复真空作用，产生气蚀，使其成为薄弱段

L12bbaav2，P2v1，P1Z110Z2Z0真空弥合水击物理模型充填关键技术堵爆管道研究5防治措施

高分子溶液减阻在湍流的有机溶液中，溶解少量聚甲基丙烯酸甲脂等，其阻力大幅度地降低

弹性膜减阻在刚性边界上粘结一层弹性膜，以致在层流附面层发生渡动时，膜的表面产生同步渡动磁液体粘性减阻利用外加磁场把磁性液体保持或固定在所需表面，在物体表面形成可控的柔顺磁性液体膜，使液体流过物体表面时，物体表面磁性液体膜与液体产生同步运动而减阻充填关键技术堵爆管道研究5防治措施水环减阻在管壁处注入薄薄一层清水，形成管壁处为清水，管道内部为高浓度全尾砂的输送形式，用低粘度的流体局部置换高粘度流体，实现减阻

气环减阻在管道输送流体中掺入适量气体，使气体能依附在管壁上形成一层微的气环，从而达到减阻作用振动减阻

由于外部动力（振动），引起流体界面波动，从而达到减阻效果充填关键技术深井减压研究5深井高压系统危害

深井充填垂深大、倍线小、管壁所承受的静压增大，管道磨损更为严重，管道强烈振动、摆动幅度大甚至剧烈破坏以释放其能量，且压力造成爆管现象也时有发生研究深井管道输送减压理论与技术，对于保证深井充填安全，提高深井充填效率具有重要的理论意义和实际应用价值充填关键技术深井减压研究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道高度的限制，利用储砂池将料浆的输送速度降为零，使料浆在离开储砂池时消耗完前段垂直管道中产生的能量而达到降压的目的。

充填关键技术深井减压研究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管道的长度、添加水平管长度来达到减压的目的。由于料浆在离开中段水平管时，还有一定的速度，具备一定的能量，因此其减压效果不如储砂池降压方法。

充填关键技术深井减压研究5阻尼节流孔降压

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

料浆流向滚动球阀门（RBV）内含有一组直径大约为20mm的陶瓷球，均被装入缸体中。然后在坑内充填管线的不同位置安装这些阀门。这种装置将使浆体产生高压力降，从而形成充填料浆的满管流动状态。

充填关键技术深井减压研究5孔状节流管降压将孔状节流管套入充填管道内，依据其消耗的能量，调整互相之间的间距，使料浆的流动达到满管流动状态。

充填关键技术深井减压研究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管段中间的水平管道，可以分担或消耗部分静压头，安全隔膜只是起到尾砂脱泥的作用，或者限制跑浆、或者用于管道排气。

充填关键技术深井减压研究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管路中，弯头是高度磨损区，弯管的磨损集中在外半径一带采用缓冲盒（deadbox）可避免这种磨损，用偏置分接点可简化垂直管道到水平运输巷道的排出口缓冲盒的设计要使其直径保证盒内壁不接触从给料管落下的高速砂浆，这样可大大降低磨损率。充填关键技术典型充填系统5充填关键技术典型充填系统5充填关键技术典型充填系统5充填关键技术典型充填系统5充填关键技术充填系统5开阳磷矿磷石膏胶结充填系统孙村煤矿煤矸石胶结充填系统新桥硫铁矿废石胶结充填系统金川二矿区膏体加压泵送系统充填关键技术充填系统5开阳磷矿系统充填关键技术充填系统5开阳磷矿系统稳料仓皮带运输机来自双轴搅拌机活化搅拌机下至充填钻孔自制打散机来自稳料仓地表堆场双轴搅拌机来自打散机充填关键技术充填系统5开阳磷矿系统磷石膏供料线粉煤灰供料线水泥输送线供水线充填料浆制备及其输送线：打散破碎、振动放料、双轴搅拌、强力活化搅拌五条生产线充填关键技术充填系统5开阳磷矿系统充填关键技术采场充填与管道布置示意图

充填系统5开阳磷矿系统充填关键技术采场充填隔离墙架设示意图

无缝接顶充填系统5开阳磷矿系统充填关键技术充填系统5开阳磷矿系统平均充填能力达40~42m3/a，采场生产能力约500t/d，盘区达20～25万t/a打散破碎技术使磷石膏利用率达100%，利用磷石膏12万t/a振动放料技术，解决了磷石膏和粉煤灰在放料过程中的结拱现象，确保连续均匀地供料应用效果充填关键技术充填系统5开阳磷矿系统双轴搅拌和强力活化搅拌使料浆混合均匀、呈似膏体状、流动性好、不离析、脱水量少采用磷石膏料浆与废石交替综合嗣后充填工艺，充填效果好节约磷石膏建库费120万元/a，成功回收用砂坝矿公路下2262万t保安矿量应用效果充填关键技术充填系统5开阳磷矿系统矿石回收率从原先的70%提高到82.67%，贫化率小于6%有效保护地表环境系统基建投资仅700万元左右，为传统膏体充填系统的1/10，使用砂坝矿获得直接经济效益数亿元应用效果充填关键技术充填系统5开阳磷矿系统推广应用推广应用情况：在用沙坝矿、马路坪矿、青菜冲矿和新桥硫铁矿等推广应用推广应用前景：我国约有75%以上磷矿与开磷类似且积余磷化工废料5亿多万吨，年产磷化工废料6000多万吨，推广技术潜在效益每年50亿元以上充填关键技术充填系统5孙村煤矿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术充填系统5孙村煤矿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