煤矿膏体充填管道输送技术条件6-6
煤矿膏体充填泵送系统堵管问题探讨_李崇茂
收稿日期:2011-05-09作者简介:李崇茂(1988—),男,江苏徐州人,现就读于中国矿业大学。
煤矿膏体充填泵送系统堵管问题探讨李崇茂,王胜康,朱宁军(中国矿业大学,江苏徐州221116)摘要:煤矿膏体充填技术已经得到初步应用,并且取得了较好的经济和社会效益。
但由于发展时间短,技术难度大,故存在一些问题。
其中,以堵管为首,成为制约膏体充填技术发展与应用的瓶颈。
通过选择合理的工艺,配置高质量合格料浆以及优化泵送工艺、清洗工艺,可以有效减少堵管事故的发生。
关键词:膏体充填;堵管;配料;泵送工艺;管道清洗中图分类号:TD823.7文献标识码:A文章编号:1003-0506(2011)08-0047-03Probe into Blocking Problems of Paste Filling Pumping System in Coal MineLi Chongmao ,Wang Shengkang ,Zhu Ninjun(China University of Mining &Technology ,Xuzhou 221116,China )Abstract :Coal paste filling technique has been used preliminarily ,and have achieved good economic and social benefits.But there are some significant problems because of short development time and technical difficulties.Among them ,headed by blocking tube ,is an im-portant bottleneck which constrains development and application of paste filling technology.By choosing reasonable process with high quality pulp ,and optimizing pumping technology and clean craft ,the blocking pipe accidents can be effectively reduced.Keywords :paste filling ;tube jam ;ingredients ;pumping technology ;pipeline cleaning河南、河北、山东、安徽、江苏五省压煤的村庄达1094个,住户11万户,占我国村庄总压煤量的55%以上,仅兖州矿业集团109个村庄压煤就达5.5亿t [1]。
岱庄煤矿膏体充填管路方案选择及优化设计
岱庄煤矿膏体充填管路方案选择及优化设计解飞翔(淄博矿业集团公司岱庄煤矿)摘要:膏体充填就是把煤矿附近的煤矸石、粉煤灰、炉渣、劣质土、城市固体垃圾等固体废物在地面加工成无临界流速、不需脱水的膏状浆体,利用充填泵或重力作用通过管道输送到井下,适时充填采空区的采矿方法。
该文就岱庄煤矿膏体充填管路方案选择及优化设计进行阐述,以供同行参考。
关键词:膏体充填管路方案选择优化设计0引言针对岱庄煤矿村庄压煤严重,大量条带煤柱丢失的实际情况,膏体充填开采技术,岱庄煤矿通过膏体充填开采技术实现不迁村、少赔偿解决条带煤柱,保证矿井可持续发展;岱庄煤矿采用拟采用以煤矸石作为膏体充填料浆的骨料,输送阻力相对较大,同时为了保证输送距离较远的东西佛店村下膏体充填开采工作面的生产要求,所以,岱庄煤矿充填系统流速按以下原则进行设计:在充填泵最大充填能力时,保证流速控制在1.0~1.5m/s之间。
1充填管直径的选择岱庄煤矿膏体充填首试2351工作面条带煤柱可采煤量高达691.7万t,充填管径选择主要根据2351充填的需要考虑。
岱庄煤矿膏体充填系统设计能力120~150m3/h,流速1.0~1.5m/s,要求充填管道的内径为160~230mm;充填泵的输送速度受其液压马达驱动装置的能力限制,充填泵的输送能力也是有限制的,理论管输能力超过充填能力时说明这种情况充填泵在较小压力状态下工作,实际压力小于最大工作压力。
2干线充填管道参数选择2.1干线充填管形式:干线充填管形式有五种选择,一是普通无缝钢管,二是耐磨无缝钢管,三是双层金属耐磨复合钢管,四是陶瓷双层耐磨复合钢管,五是超高分子特塑钢编复合管。
根据国内外矿山充填实践经验,普通无缝钢管、耐磨无缝钢管(单层)具有初期投资较低的特点,但是,耐磨性能较差,使用寿命短,有的只数月就磨透报废,总的性价比不理想;双层耐磨金属复合钢管与陶瓷双层耐磨复合钢管,外层为无缝钢管,内层高耐磨金属材料与陶瓷,二者耐磨性能好,耐磨性能是优质无缝钢管的5~7倍以上,性价比高,相比之下陶瓷双层耐磨无缝钢管存在内层性脆,运输安装与使用要求高,所以,充填以双层耐磨无缝钢管更为有利,金川有色金属公司、太平煤矿、峰峰小屯矿等膏体充填都选择双层耐磨金属复合钢管,内层为KMTBCr耐磨金属材料;特塑钢编复合管具有耐磨性能好、管道光滑、输送阻力小、重量轻等特点,性价比高,所以,岱庄煤矿干线充填管设计选择双层金属耐磨复合钢管,工作面管选择薄壁无缝钢管。
矿山膏体充填技术
二、什么是膏体充填技术
将一种或多种固体物料与水进行优化组合,配制成具有一定稳 定性、流动性、可塑性的牙膏状的浆体,在外加力(泵压)或重力 作用下以柱塞流的形态,用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。
当砂浆的体积浓度大于50%时,料浆成稳定的粥状膏体,并像 塑性结构体一样在管道中作整体运动,膏体中的固体颗粒一般不发 生沉淀,层间也不出现交流,而呈现“柱塞状’’的运动状态。膏 体柱塞断面上的速度和浓度的变化为常数,只是润滑层的速度有一 定的变化。细粒物料像一个圆环,集中在管壁周围的润滑层慢速运 动,起到“润滑”的作用。由于膏体料浆的塑性粘度和屈服切应力 均较大,因而只能施加外力克服膏体屈服应力后,方可流动。
胶结充填技术
1、矿山充填种类
干式充填(固体,惰性物料)
湿式充填
水力充填(固体+水) 胶结充填(固体+胶凝剂+水)
2、胶结充填方式
搅拌
管道输送
①细骨料+胶凝剂+水
两相流体
采场
②细骨料+胶凝剂+水强力搅拌结构流体 加压管道输送 采场
搅拌
机械输送
③粗骨料+胶凝剂+水
低强度砼
采场
④大块物料 机械输送 采场
膏体充填的特点
①尾砂膏体充填的料浆重量浓度一般在75%以上,料浆的屈服 切应力和塑性粘度较大。
②充填料浆中要有一定比例的超细粒级物料,才能形成稳定 性好的膏体;
③膏体在管道中的流动呈柱塞状,其核心呈恒速流动,近柱 塞体。管壁处的速度梯度与摩擦阻力和表面润滑层的粘度有关;
④膏体充填料的内摩擦角较大,其凝固的时间短,能迅速地 对围岩和矿柱产生抗力,减缓空区闭合。在充填后几个小时便可 进行作业;
膏体的流变力学数学模型: 0 dduy
煤矿膏体充填管路的选型及布置研究
煤矿膏体充填管路的选型及布置研究对膏体充填管路的设计选型及现场布置进行了详细阐述。
标签:充填采煤;管道输送;设计选型;现场布置1 引言太平煤矿是我国最早开发应用膏体充填采煤技术的煤矿,截止今年8月,共充填96万方。
所谓膏体充填采煤,就是利用充填泵加压把膏体料浆通过管道输送到井下,及时充填全部采空区,控制顶板垮落。
如何设计和建设一套简单、可靠、实用的输送系统,是制约膏体充填采煤法的一个瓶颈。
本文将该矿充填管路设计选型及现场布置的经验做法总结如下。
2 充填管路选型的基本原则井下充填管路的选型应遵循以下几个原则:(1)技术可行,主要指管路的输送能力满足生产需要,并且可操作性强,便于充填作业的实施;(2)经济合理,就是要综合考虑各因素;(3)安全可靠,即尽可能地降低管路的破管、堵管机率。
使整个充填管路系统经济合理。
3 干路充填管选型3.1 材质选择在料浆管道输送工程中,由西安某大学下属公司研究并生产的KMTBCr28双金属耐磨钢管是一种耐磨、耐蚀、耐冲击性能好的输送管路,并且在金川公司二矿充填系统中得到广泛应用,效果良好。
它是在普通无缝钢管内壁复合一层高耐磨合金材料,制成外层为钢管、内层为耐磨材料的复合耐磨管,既具有高合金材料的耐磨、耐腐蚀特性,又具有较高的机械强度和较高的抗冲击性能。
3.2 浆体流速及管道内径的选择确定煤矿对充填能力的要求要大大高于金属矿山的要求,按照充填开采需要,太平煤矿设计充填系统充填能力Qj150m3/h。
通过膏体充填料浆流动性能实验表明,太平矿以河砂及电厂粉煤灰为骨料的充填料浆水力坡降较小,其约为同等条件下金属矿山高浓度充填料浆的1/2。
所以,最终确定充填系统设计流速vj1.8m/s。
该方案既做到充填管路重量较轻,又保证流速较小(远小于水砂充填流速)。
根据选择的流动速度,则可以计算出充填管道的内径D:D172(mm)。
故理论选取干路充填管道的内径为172mm。
3.3 充填系统最大工作压力充填系统压力与充填料浆的流动性能、充填系统管路长度成正比关系。
矿山地下采空区膏体充填理论与技术研究
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充填理论
充填Байду номын сангаас论
矿山地下采空区是指矿体开采后留下的空间区域。由于采空区的存在,会导 致岩体不稳定,甚至引发地面塌陷等地质灾害。因此,采空区的充填处理显得尤 为重要。充填理论主要研究充填材料的性质、充填材料的配比以及充填工艺等。
充填技术
1、膏体充填技术
1、膏体充填技术
膏体充填技术是一种以尾砂、废石等工业废料为主要原料,通过搅拌、混合 等工艺制成的膏状充填材料,将其注入到矿山地下采空区进行充填。该技术具有 适应性强、成本低、效果显著等优点,是治理矿山地下采空区的有效手段。
1、实验材料:收集铅锌尾矿和铅锌冶金渣,并进行破碎、磨细处理,以便进 行后续实验。
2、实验过程:将破碎、磨细后的铅锌尾矿和铅锌冶金渣按照一定比例混合, 加入适量的水搅拌均匀,然后倒入模具中成型,最后进行养护。
四、实验方法与流程
3、实验测试:对养护好的充填材料进行物理、化学和力学性能测试,包括密 度、吸水性、抗压强度、抗折强度等指标。同时,利用扫描电子显微镜(SEM) 对材料的微观结构进行观察和分析。
4、开发智能监控系统,实现对膏体充填过程的全过程监控和控制。利用传感 器、监测仪等设备,实时监测充填材料的物理和化学性质以及充填体的固化过程, 确保充填效果达到预期要求。
结论
结论
本次演示对矿山地下采空区膏体充填理论与技术进行了详细探讨,分析了充 填材料的配比、充填工艺及充填体的稳定性等问题。指出了现有技术的不足和研 究创新的思路。通过技术创新,可以有效提高矿山地下采空区膏体充填技术的效 果和降低成本,
矿山地下采空区膏体充填理论 与技术研究
01 引言
03 充填技术
目录
02 充填理论 04 研究现状
煤矿膏体充填管道输送工艺要求
煤矿膏体充填管道输送工艺要求
煤矿膏体充填管道输送工艺要求是确保煤矿下沉区域的安全和高效运营的重要
环节。
以下是满足该工艺要求的关键内容:
1. 管道材料与规格:充填管道应采用耐磨、耐腐蚀、耐高压的材料,如高密度
聚乙烯或聚氯乙烯等。
管道直径和壁厚应根据输送膏体的性质和量进行合理设计。
2. 管道布局与设计:管道布局应遵循最短路径原则,减少能量损失和输送压力。
同时,应考虑地下空间限制、地质条件等因素进行合理设计,以确保管道安全稳定。
3. 充填管道输送压力:根据膏体的流变性质和输送距离,确定合适的输送压力。
过高的压力可能导致管道破裂,过低的压力会影响输送效率,因此需进行合理调整。
4. 管道密封与维护:充填管道应设有有效的密封装置,以防止泄漏和外界物质
进入管道。
定期检查和维护管道,及时清除结垢、杂质等,确保管道的畅通和安全运行。
5. 控制系统与监测:建立智能化的控制系统,监测管道的输送压力、流量、温
度等参数,及时发现异常情况并采取相应措施,保障管道的安全运行。
6. 废水处理与环保:充填膏体运输过程中产生的废水应进行处理,遵守相关环
保法规,确保无害排放,减少对周围环境的影响。
7. 安全管理与培训:制定管道充填作业的安全操作规程,并进行相关人员的培训,提高工作人员的安全意识和应急处理能力,确保工作的安全可控。
综上所述,煤矿膏体充填管道输送工艺要求包括管道材料与规格、管道布局与
设计、输送压力、密封与维护、控制系统与监测、废水处理与环保以及安全管理与培训等多个方面。
通过遵循这些要求,可以确保充填管道在煤矿生产中的安全、高效运行。
矿山膏体充填技术ppt课件
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三、膏体的流变特征
真实物体在载荷外力的作用下都将发生物质流动与变形,而流 变学是研究载荷下物质流动与变形的科学。对于浆体的流变模型, 可用以下通式表示:
du y k dy
n
在上面通用表达式中,τ为剪切应力,Pa;(du/dy)为剪切速率, S-1 ;K、τy、n分别代表流体的粘度、初始剪切应力和流动指数。 K、τy、n,也就是流体的粘度、初始剪切应力和流动指数,统称 为浆体的流变参数。
③.流动指数n:流动指数也称流动性态系数,表示非牛顿体偏离牛 顿体的程度。对牛顿体,n等于1;对胀塑性体,n大于1;对假塑性 13 体,n在0与1之间。
常见浆体的流变数学模型
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剪 应 力 ( )
⑤塑流膨胀体 ④宾汉塑性体
初 始 剪 应 力 (
y
⑥塑流伪塑性体
②膨胀体 ①牛顿体
)
③幂律体
剪切速率(
膏体料浆在管道中的运动状态
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膏体的三个技术条件
①稳定性。它是指充填物料具有抵抗分层、离析的能 力,使膏体在输送管道中停留数小时不沉淀、不分层、不
离析,能顺利地进行输送。
②流动性。它是指膏体能在外力或重力作用下,能够 在输送管道中或采空区中顺利流动。
③可塑性。它是指膏体能够在克服屈服应力后产生非
可逆变形的能力,也就是膏体在通过输送管道弯道部位、
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①.粘度K:浆体运动时,运动较快的浆体部分会加速与其接触的运 动速度较慢部分,反之,速度较慢的浆体部分又有减缓与其接触的 流速较快部分的反作用。这种性质称为浆体的粘性,度量这种粘性 称为粘度。
: ②.初始剪切应力τy:含有一定数量细颗粒的悬液,在静止状态下 会形成具有一定刚度的三维絮凝结构,产生了内聚力,即初始切应 力,能抵抗一定的剪切作用。当剪切外力小于初始切应力,浆体不 会发生流动;当剪切外力大于初始切应力,浆体开始发生塑性流动。 初始剪切应力与浆体的浓度、温度、固体颗粒的粒径与级配、细颗 粒含量和颗粒重度等因素有关。
膏体充填管道输送数值模拟与分析
1 引 言
少 ,充填 体易 于接顶 ,有 利 于采场稳 定 和采矿作 业 安全 等 等 。但该 技术 方法 也存 在一些 缺点 ,如 充填 系统 投 资 高 ,充填 倍 线 要 求 大 或 需 大 功 率 泵 送 设 备 ,充填 管道 容易堵 塞等 等。 。因此 ,如何 克服 以 上 缺点 ,既要 避免 高压带 来 的高流 速造 成对 管道 的
一
系列 结 果 ,符 合 科 学 基 本 规律 ,说 明 了该 方 法 的科 学 性 和有 效 性 。 关键 词 : 体 充 填 膏 数值模拟 阻 力
文章 编 号 :1 O —4 5 (0 6 7 O 5 一 O O 4 0 1 2 0 )O 一 O 7 3 中 图分 类 号 :TD 2 . 856 文献标识码 : A
冲击和磨 损 ,又要 避免 压力小 而流 阻大造 成 的充填 管 道堵 塞 ,最 关键 的 问题 就 是要解 决管 道阻力 损失
膏体 充填 技术 自 2 0世 纪 8 0年代初 于德 国普 鲁 萨格 金属 公 司 巴德 格 隆德 ( a u d B dGrn )铅 锌 矿 成
功试 用后 ,相 继在 美 国 、加 拿大 、澳 大利亚 和南 非
( n r l o t ie st Ce t a S u h Un v r iy・Ch n s a 4 0 8 ) agh 1 03
Ab ta t s r c :Atf s ,t eb sccr u t n eo h a t a k i ig t c n l g n r d c d,t e u s i t h a i ic ms a c ft ep s eb c fl n e h o o y i it o u e r l s h n i p t t f r r h a i a a y i p o e so OTRAN o wa d t eb sc n l ss r c s f FL CFD ( a c lt n o l w y a c ).At a i o u l i g c lu a i ff o o d n mis ss fb i n b d u i i g mo e sa d p t i g f r r h a i a s mp i n,i t t n n l z h l wi g i h i ewi p pp n d l n u t o wa d t eb sc s u n t o mia ea d a ay e t efo n t e p p t n h FLOTRAN D ft e ANS o t r .Atls , c a g o d ft ef w rp r me e ,s a tt eFL CF o h YS s fwa e t h n el a so h l o a a t r t r h OT— a o RAN D g i n e e i s o e u t ,t e d t t h b sc r g lt n o ce t a h o is CF a an a d g ta s re f r s l s h a a ma c a i e u a i f s in i lt e re ,wh c o c ih s o h c e c n fe tv n s ft i me h d h ws t e s in e a d e f c ie e so h s to . Ke r s y wo d :Pa t a k i i g Nu rc l i lt n Re it n e seb c f l ln me ia smu a i o ss a c
矿山膏体充填管路参数设计
矿山膏体充填管路参数设计作者:杨立伟姜寄来源:《中国科技纵横》2013年第04期【摘要】文章针对目前国内一些采用膏体充填采矿的矿山由于缺乏对于输送管路的研究,管路参数设计不合理从而影响生产的现象,从充填管路内充填料的流速、管路内径、管路压力、管路壁厚和管路形式等五个方面进行阐述,确定了输送管路的设计参数,为矿山膏体充填管路参数设计提供参考。
工程应用证明,管路输送顺畅,输送能力能够满足充填系统对于输送管路的要求。
【关键词】膏体充填管路参数设计1 引言矿山膏体充填系统中,管路输送是实现充填作业的重要环节,在充填站配置并搅拌好的膏体充填料,通过管路输送到井下工作面采空区的充填地点。
目前,国内一些采用膏体充填采矿的矿山由于缺乏对于管路输送系统的研究,经常发生因管路参数设计的不合理,导致管路堵塞、破坏事故(如图1),以至造成充填作业的失败、生产停顿和企业经济损失,困扰着矿山企业和膏体充填开采技术的发展。
为此,文章从充填管路内充填料的流速、管路内径、管路压力、管路壁厚和管路形式等五个方面进行阐述,确定了输送管路的设计参数。
2 充填管路参数设计矿山膏体充填管路的设计参数主要包括:管路内充填料的流速、管路内径、管路压力、管路壁厚和管路形式。
设计时,根据充填系统充填能力,结合充填料的原料组成、充填料的浓度,考虑钻孔立管深度,水平管路长度等因素进行设计。
2.1 管路内充填料的流速膏体充填材料在管路输送中的一个重要特点是无临界流速,可以在很低的流速条件下长距离输送,根据国内外矿山充填的经验,一般高浓度充填料在管路内的流速不宜过大或过小。
充填料的速度过大,流动时需要克服的水力坡降大,管路磨损速度也快,增大能量消耗;流速过小则充填能力不能满足生产需要或需要增加充填管路内径。
所以,在兼顾能力、输送可靠性、充填料出口压力的基础上,在充填泵最大充填能力时,保证流速vj=1.8m/s左右。
2.2 管路内径管径的大小不仅影响充填能力而且还关系到充填系统的工作稳定性和安全性。
综合机械化膏体袋式充填采煤技术要求
综合机械化膏体袋式充填采煤技术要求综合机械化膏体袋式充填采煤技术要求:一、设备要求:1.采煤机装有适当的膏体充填装置,能够稳定、连续地向充填层输送膏体。
2.膏体制备设备齐全,包括搅拌设备、输送设备、储存设备等。
3.顶煤机配备强力覆岩机构,能够快速、有效地覆盖膏体层。
二、膏体要求:1.膏体应具有一定的流动性,能够在矿井内输送和充填。
2.膏体的浓度应适宜,一般在65%~75%之间。
3.膏体中的成分要稳定,能够在矿井环境下长时间保持其性质不变。
4.膏体应具有一定的黏稠度,能够附着在煤炭表面。
三、充填操作要求:1.严格按照充填方案进行操作,充填层的厚度和密实度要符合设计要求。
2.充填应从下部向上进行,避免膏体流失和泄露。
3.充填应均匀、稳定,防止出现漏充或过度充填现象。
4.在充填过程中要注意及时发现和解决堵塞或卡住的问题,确保连续充填。
四、安全要求:1.充填过程中要做好防火、防爆、防窒息等安全措施,保障作业人员的人身安全。
2.要做好通风、排水等环境保护工作,防止煤尘积聚和环境污染。
3.对于有毒有害的膏体成分要做好防护措施,确保作业人员的健康安全。
五、运输和储存要求:1.膏体的输送方式要选择合适的管道和输送设备,保证稳定输送和不发生泄漏。
2.膏体的储存设备要符合安全标准,能够长期储存和保持膏体品质。
3.储存设备要进行定期维护和检修,确保设备的正常运行和安全使用。
六、质量控制要求:1.要建立完善的质量管理体系,对膏体及其成分进行严格的质量控制。
2.要进行现场实时监测和抽样检测,确保膏体的质量符合要求。
3.要做好膏体的质量记录和追溯工作,方便追究责任和改进工艺。
以上为综合机械化膏体袋式充填采煤技术的要求,通过加强设备要求、膏体要求、充填操作要求、安全要求、运输和储存要求以及质量控制要求的管理和控制,能够实现高效、安全、可持续发展的膏体充填采煤工艺。
矿山地下采空区膏体充填理论与技术研究
矿山地下采空区膏体充填理论与技术研究胶结充填技术作为深井、复杂、特殊条件矿床的一种行之有效的开采技术,已有约半个世纪的历史,经历了低强度混凝土胶结充填、低浓度尾砂胶结充填、全尾砂高浓度胶结充填、全尾砂膏体胶结充填、高水速凝尾砂胶结充填等。
本文针对地下采空区膏体充填理论与技术进行了系统、深入的研究,主要内容和结论如下:(1)从膏体料浆的重量浓度、屈服应力、流变曲线、可泵性等多方面揭示了膏体的特性。
膏体充填料浆在管道中无明显的浓度梯度和速度梯度,是非牛顿流体,其流变模型近似于宾汉姆体,其流动状态为结构柱塞流。
(2)膏体充填料浆配合比的优化、充填材料的替代创新、外加剂的添加以及磁化水技术与活化搅拌技术的应用,既保证了膏体充填管道输送的平稳顺利和充填质量,又使整个充填系统取得了较好的经济效果。
(3)深井条件下充填体能有效降低围岩能量耗散率和平均矿柱应力,通过建立能量控制采场围岩失稳风险预测的理论模型,计算采场围岩能量,从而实现对采场围岩失稳风险预测,该方法不仅是深井开采安全程度评价的有效手段,也也合理设计和选择深井采场结构参数、充填工艺及材料提供了重要的理论依据。
(4)对膏体充填矿山可供选择的两种充填系统的适应性进行了深入分析,并通过临界流态浓度的界定与料浆流态的转化措施的研究,充分论证了膏体自流充填系统将是我国膏体充填矿山应优先选择应用与发展的充填系统。
(5)全面分析了自由降落料浆对深井垂直管路的冲击作用机理,建立了料浆在垂直管路中运动的理论模型。
满管流输送系统由于料浆对管道的磨损率小、管道所受的压力低,尤其适合深井矿山充填需要。
(6)运用数值模拟的方法对膏体满管流输送系统进行了分析研究,重点研究了满管流膏体输送的阻力损失:阻力损失值随管道长度、膏体入口速度、膏体容重和有效粘度的增加而增大,但随管道内径的增加而减小。
分析结果与膏体输送理论与现场实践相符合,证明了ANSYS软件中的CFD模块是膏体管道输送的阻力损失计算的有效工具,从而为矿山膏体充填带来了一种全新的直观的数值模拟方法。
浅析煤矿膏体充填绿色开采技术
浅析煤矿膏体充填绿色开采技术【摘要】煤矿膏体充填技术是一种新型的绿色环保技术,能实现煤矿的高产高效和环境保护。
本文介绍了煤矿膏体充填的特点,重点阐述了膏体充填采煤的关键技术和膏体充填采煤技术应用前景,对于煤矿的开采技术来说有一定的参考价值。
【关键词】膏体充填煤矿绿色开采煤矿膏体充填,就是指把煤矿周围的矸石、粉煤灰、工业产生的炉渣、城市排出的固体垃圾及胶结料等固体废物通过地面加工制作成“无临界流速、不需要脱水”的膏状浆体,在重力或泵压的作用下对工作面支架后方的采空区进行充填而形成必要的人工支撑体系,把采煤引起的地表移动控制在建筑物允许的范围内,实现不迁村采煤的方法。
煤矿膏体充填料浆是一种利用矸石、粉煤灰等固体废物制作的,适合管道输送的、低成本的、特殊“混凝土”或特殊“砂浆”。
在煤矿企业中应用膏体充填技术,可以实现煤矿的低碳运行及绿色开采。
而且,固体废物膏体充填开采把矸石等固体废物的利用,与控制采煤工作面顶底板岩层破坏,减少开采沉陷,保护地面建构物有效的结合起来,具有提高资源采出率、增强矿井安全保障度、保护矿区生态环境的鲜明特性的绿色开采核心技术,也是我国煤炭工业科技发展的主要方向。
1 煤矿膏体充填的特点膏体充填最早是1979年在德国格伦德金属矿发展起来的;国内金川有色金属公司1989年开始试验膏体充填;膏体充填已经在世界金属矿山开采和尾矿处理等方面得以比较广泛的应用,一年一度的世界膏体充填研讨会已经召开13次。
国内外金属矿山膏体充填技术研究成果,对我国煤矿发展膏体充填有重要参考借鉴价值,但是,以解放“三下一上”压煤为主要目的的煤矿膏体充填与金属矿山膏体充填有重要的区别。
与金属矿山膏体充填比较,解放“三下一上”压煤的煤矿膏体充填开采主要特点是:(1)充填的主要目的是减沉。
(2)充填与采煤同在一个工作面,充填体构筑方法不同于金属矿山,煤矿需要发展专门膏体充填隔离支架。
(3)充填材料强度性能要求不同,煤矿充填以后数小时后就要求充填体承载,否则,影响采煤面产量。
煤矿膏体充填料浆管道输送技术若干问题探讨
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式中 Q 一料浆的流量。 长度为 l 的圆管中层流料浆受力平衡方程为( 受力状态见图 1: )
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( 不离析沉降的条件下 , E无压力 ,在满足膏体料浆 满管输送 、 3 膏体料浆 自流时管道入 l 的自流输送条件为 : ) 充填料浆
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(.7 o +4 .2 Q) g 58 TDs 48 n 一p
( 4) 1
由上式可见 , 泵压与管径成反 比, 与料浆的浓度和流量成正 比。 最大水平泵送距离与最大压力 的函数关系为 :
, :
由于料浆流速合理取值范围为: < < , ( v ,g 00 0 v 2 则I : ( ) .4 一 )2 I 2 ,
浆 管 道 输 送 中 的 自流 输 送 和 泵 压输 送 技 术 问 题 。 1 料 浆管 道 输 送 阻 力损 失 膏体充填料浆 已具有黏塑性固体的某些特点 , 固体颗粒在膏体
图 1圆管 中料浆受力状态
1 0 m) 5劬 10mm) 6(
图 2 充填管道料浆输送模型
1 6rm) 7( a l ( a  ̄ mt ) l 0rm) 9( a
膏体充填料浆( 重量浓度 7 %一 0 I 5 8 %1】 I 如固体一般在输送管道 中 作整体移动 , 膏体料浆 中的固态 颗粒一般不发生沉降离析 , 膏体 的 不 同层间相互分开 , 呈现 出柱塞状 的稳定 结构流 , 其料 浆横断面上 的速度变化为常数 , 仅在靠近管壁处的润滑层速度有一定 变化 。 针对膏体充填料浆在煤矿充填工程 中的广泛应用 , 文通过对 本 料浆管道输送阻力损失和料浆管道输送平衡方程 的研究 , 探讨 了料
赵官煤矿膏体充填方案资料文档
26
◆ 膏体充填投资分类汇总表(总体概算价格)
序 号
名称
1
充填系统设备费
2
充填系统材料费
3
配套工程费
4
设备安装费
不可预见费
4
合计
单位 数量
参考价格/万元
1513.0 1360.0 430.0 120.0 100.0
3523.0
27
2、膏体充填成本概算(采两班,充一班,充填步 距2.4米,充填能力120m3/h)
新汶矿业集团赵官能源有限公司矸石 (黄河沙)膏体充填
设计方案
新汶矿业集团有限公司赵官煤矿 山东科技大学资源与环境工程学院
2009年9月
1
一、膏体的特点及充填意义
1、开采方法分析
村下等建筑物下采煤是困扰赵官煤矿生产正常接替和持 续发展的重大问题。目前村庄等建筑物下采煤主要采用搬迁 、条带开采等方法,但这些方法存在着成本高、回采率低等 缺点。固体废弃物膏体充填技术就是在这种条件下发展起来 的一种新的采煤技术。该技术具有高采出率、高效安全、覆 岩及地表沉陷控制效果好等特点。
4 胶结料仓
200m3
5 矸石称量
6 胶结料称量
7
水称量
1.4m3
8
其它
9
合计
单位
台 台 台 台 台 台 台
数 量
功率/KW 参考价格/万元
2
1
2×37
6
6×1
80.0 48.0 144.0
1
20.0
4
2×2
28.0
4
28.0
2
2×6
12.0
20.0
380.0
23
◇ 充填泵及测控系统概算
充填采矿规范
充填采矿规范第一章总则第一条:为认真贯彻矿山安全生产技术规程,促进松矿充填管理工作标准化和制度化,使技术管理工作与安全生产有机结合,根据松矿的实际情况,特制定本办法。
第二章采场准备第二条:充填前应认真清理充填进路残留矿石及杂物,排除积水,耙平底板和清理两帮底脚。
为下一层采矿时,提供一个安全平整的充填顶板。
第三条:严格按设计标准,在进路内铺设底筋和吊筋,尤其对于大断面进路开采时,这种加筋充填体是提高充填抗拉强度和整体稳定性的重要技术措施。
第四条:一次充填打底的进路的长度不得超过40m,对于长度超过40m的,必须在进路中间砌2.5米高的半截充填挡墙,并采用后退式分步充填方式,以避免造成打底厚度的不均和离析。
第五条:进路内须架设增强聚乙烯塑料管,牢固绑扎在进路顶板上,并延伸至充填挡墙外1~2节。
对分段充填的进路,还须同时架设两趟充填管,以保证料浆的充分接顶及接顶充填的安全生产。
第六条:每次充填结束时,必须将沉淀出的清水及时排净,为下一次充填及接顶充填作准备,同时,也利于砂浆的迅速沉降,充填体的强度增长。
第七条:保证充填进路分三次充填接顶,并严格控制每次充填的充填量,减少分层离析。
第八条:控制回采时间,加强采场通风,是充填体有一定的养护时间,保证回采时充填体有必要的强度质量。
第九条:采用控制爆破作业,避免开帮放炮时,对充填体的震动破坏。
第十条:井下废石就近充填处理时,必须保证打底充填质量,其充填高度不得低于2m。
第三章充填料制备与输送第十一条:充填料制备站以及充填泵站应尽量设置在矿体中央,以缩短输送距离。
第十二条:充填料制备站和管道输送系统的能力不应小于日平均充填量的两倍,并能满足一次最大充填量。
第十三条:充填料制备应设置高位水池。
第十四条:沙仓总容积不应小于一次最大充填量,并需满足供砂与用砂的平衡。
第十五条:水泥料仓必须保有7天以上的用量,自产水泥时亦不得少于三天。
第十六条:密闭水泥仓应设呼吸器、收尘器、料位仪,各种空口应密闭。
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主要由地面充填管道、充填钻孔立管、充填干线管道系统、充填工作面管道系统 、回水管道和管道 压力在线监测系统等组成。 5.1 地面充填管道
布置在地面充填泵出口与充填钻孔之间的管道,安设一个放气孔和一个监测泄浆阀。 5.2 充填钻孔立管
地面充填管道与井下充填干线管道之间的管道,充填钻孔立管应满足以下技术要求: a) 立管的安装倾斜度应小于 3‰; b) 应采取固管措施; c) 立管和孔底弯管内壁应含耐磨层。 5.3 充填干线管道系统 钻孔立管与充填工作面管道之间的连接管道,充填干线管道系统由充填干线管、保障阀、监测泄浆 阀、伸缩阀等其它辅助配件组成,其中,保障阀应至少布置 2 台,1 台布置在充填钻孔立管底,1 台布 置工作面切眼以外;监测泄浆阀每 150m-200m 布置 1 台,安装位置尽量选择在巷道低洼段;伸缩阀宜 配合监测泄浆阀位置安装,巷道变坡点前后可适当安装。 平行充填干线管道布置 1 路液压系统供液管道。充填干线管道系统的组成如图 1 所示。
2
管道系统的组成如图 2 所示
Q/ZBM 0002—2016
1—布料阀;2—万向节;3—充填工作面直管 图2 充填工作面管道系统布置示意图
5.5 工作面回水管道 工作面充填管和沉淀池之间的管道,用于将清洗充填管道的尾料排放到沉淀池。
5.6 管道压力在线监测系统
管道压力在线监 测系统由井 上监测服务器 客户端、井 下监测主站 与若干个井 下监测分站 传感器组 成。井上监测服务器客户端采用光纤接口,办公局域网用户通过电话线、光纤或以太环网方式接入井上 监测服务器;井下监测主站将井下监测分站传感器巡测数据上传井上监测服务器;一个井下监测分站传 感器对应膏体充填管道上的一个监测泄浆阀压力测点。管道压力在线监测系统的组成如图 3 所示。
管道压力监测分站传感器将充填管道压力实时数据传输至集中控制系统,通过异常数据的处理判断 故障点,采取以下措施:
a) 降低泵送,等压力数据正常后恢复正常泵送; b) 停止泵送,开启故障点后下一个监测泄浆阀,排浆降压,处理故障点后,恢复泵送; c) 停止泵送,关闭管道沿线保障阀,拆管处理故障点后,连接管路,恢复泵送; d) 停止充填,排净充填立管内浆体,充填管道沿线拆管处理。 6.4 管道清洗 充填工作面循环充填膏体结束后,应通过泵送灰浆、水和压风作业,将管道内的残留浆体清理出管 道,灰浆用量、水压及风压应在作业规程中规定。
ICS 73.100.10 D18
Q/ZBM
山东能源淄博矿业集团有限责任公司企业标准
Q/ZBM 0002—2016
煤矿膏体充填管道输送技术条件
Coal paste-filling pipeline technical condition
2016 - 06 - 05 发布
2016 - 07 - 01 实施
1
Q/ZBM 0002—2016 b) 充填管道的耐压强度应不小于充填管道沿线最低点所受膏体静压与最大泵压之和; c) 设计最大充填量时充填管道内膏体流速宜接近管道经济流速; d) 输送膏体时宜满管流; e) 充填管道及各种管道闸阀连接方式宜采用快速接头,管道端口尺寸应统一; f) 应设立充填开采集中控制系统,充填管道压力在线监测应并入充填开采集中控制系统; g) 泵送矸石浆前后,应泵送适量灰浆,充填灰浆量应在规程中规定,严禁泵送矸石浆前、后直接 泵送清水。
_________________________________
4
5.1 地面充填管道 ................................................................... 2 5.2 充填钻孔立管 ................................................................... 2 5.3 充填干线管道系统 ............................................................... 2 5.4 充填工作面管道系统 ............................................................. 2 5.5 工作面回水管道 ................................................................. 3 5.6 管道压力在线监测系统 ........................................................... 3 6 工艺 ............................................................................... 3 6.1 工艺流程 ....................................................................... 3 6.2 满管输送控制 ................................................................... 4 6.3 堵管预判及处理 ................................................................. 4 6.4 管道清洗 ....................................................................... 4
1—保障阀;2—监测泄浆阀;3—伸缩阀;4—充填干线管 图1 充填干线管道系统布置示意图
5.4 充填工作面管道系统 充填干线管道与回水管之间的管道,充填工作面管道系统由工作面直管、万向节、布料阀组成,系
统布置在充填支架管子道内,其中,每个充填支架配 1 件工作面充填直管和 1 件万向节;宜间隔 10 架 支架布置 1 台布料阀,每台布料阀配 2 件万向节。布料阀液压管道连接于工作面液压系统,充填工作面
图3 管道压力在线监测系统布置示意图 6 工艺 6.1 工艺流程
3
Q/ZBM 0002—2016 膏体经充填泵→ 地面充填管 道→充填钻孔 立管→充填 干线管道系 统→充填工 作面管道系 统→充填
封闭空间或回水管道。 6.2 满管输送控制
通过充填钻孔立管底保障阀、工作面端头附近保障阀和地面泵送能力来控制管道输送过程中浆体的 满管状态,充填泵送与保障阀,应满足同时开启要求,人为操作误差应控制在±5s 以内。 6.3 堵管预判及处理
I
Q/ZBM 0002—2016
前言
本标准按照GB/T 1.1-2009《标准化工作导则 第1部分:标准的结构和编写》给出的规则起草。 本标准由淄博矿业集团有限责任公司提出。 本标准由淄博矿业集团有限责任公司归口。 本标准起草单位: 充填开采工程中心、山东省充填开采工程技术研究中心、许厂煤矿、岱庄煤矿 本标准主要起草人:孙希奎、赵庆民、谭允寿、施现院 、吕卫东、江兆利、张洪鹏 、李秀山、郭守 刚、李向阳、谢志鸿、轩召军、蒲志强、沈海东 本标准为首次发布。
II
Q/ZBM 0002—2016
煤矿膏体充填管道输送技术条件
1 范围
本标准规定了煤矿膏体充填输送管道技术条件的有关术语和定义、适用条件、一般要求、输送系统 组成和工艺控制。
本标准适用于煤矿膏体充填管道输送技术。
2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅所注日期的版本适用于本文
3.3 监测泄浆阀 monitoring discharge slurry valve 监测管道压力和具备排放膏体充填材料功能的一种装置。
3.4 伸缩阀 expansion valve 可以调节长度方便管道连接的一种装置。
4 一般要求
a) 充填管道采用无缝钢管,应符合 GB/T8163-2008《输送流体用无缝钢管》的要求;
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB/T8163-2008 《输送流体用无缝钢管》
3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。
3.1 管道压力 pipe pressure 输送管道所承受的内压。
3.2 保障阀 protection valve 控制管道内膏体充填材料流量的一种装置。
山东能源淄博矿业集团有限责任公司 发布
Q/ZBM 0002—2016
目次
前言 ................................................................................. II 1 范围 ............................................................................... 1 2 规范性引用文件 ..................................................................... 1 3 术语和定义 ......................................................................... 1 4 一般要求 ........................................................................... 1 5 管道输送系统组 ..................................................................... 2