矿山膏体充填技术ppt课件
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矿山膏体充填技 术
汇报提纲
一、膏体充填技术的提出 二、什么是膏体充填技术 三、膏体的流变特征 四、膏体输送管道阻力 五、膏体制备与输送 六、膏体技术在其他方面的应用
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一、膏体充填技术的提出
非煤矿山开采，一直有两大问题：安全生产与环境保 护。 安全问题，主要是从地下采出矿石后留下了空场，空 场上部的岩石垮落造成人员伤亡和财产损失；
②水力充填，上个世纪四十年代末开始，现主要采用分级尾砂充填。
⑤膏体胶结充填，上个世纪八十年代出现，脱离了传统的两相流 体，采用结构流体输送与充填。
⑥高水速凝胶结充填，也是在上个世纪八十年代末出现，脱离了传 统的普通胶凝材料的充填方式。 ⑦块石胶结充填，大规模开始应用于上个世纪七十年代，属于“刚 性”充填料充填技术。 4
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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。
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、
环保问题，主要是矿石中有用金属提取后剩下的固体 废弃物。 为了解决这两个问题，矿山就把这些固体废物重新回 填到地下的空场，并避免空场垮落。由此就诞生了矿山充 填技术。 3
①干式充填，从古代采矿业开始。
③低浓度胶结充填，约在上个世纪五六十年代出现，以质量浓度50 －70%的两相流体充填。 ④高浓度胶结充填，约在上个世纪六七十年代出现，两相流体的质 量浓度得到了提高。
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(
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浇注/自淋/喷洒
胶凝浆体
传统的普通尾砂胶结充填技术在矿山的应用， 促进了充填采矿技术的发展。但随着这项技术的 广泛应用，也暴露出一系列的突出问题：充填体 强度低、养护周期长、充填效率低、井下脱水污 染环境、尾砂利用率低、充填成本高等。 克服管道输送胶结充填缺陷的主要途径—— 提高浓度。因此，提出采用膏体充填技术。
胶结充填技术
1、矿山充填种类 2、胶结充填方式 ①细骨料＋胶凝剂＋水 干式充填（固体,惰性物料） 水力充填（固体＋水） 湿式充填 胶结充填（固体＋胶凝剂＋水）
搅拌
两相流体
管道输送
采场
强力搅拌 加压管道输送 ②细骨料＋胶凝剂＋水 结构流体 采场 ③粗骨料＋胶凝剂＋水 ④大块物料 机械输送 搅拌 采场 低强度砼 机械输送 采场
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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。 7
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百度文库
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。
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膏体充填的优缺点
全尾砂膏体泵送胶结充填的主要优点有： ①尾砂利用率高(基本可达到100%)，可节省大部分采 集、加工充填料的费用；
②减少尾矿库基建、经营和维护费用；
③水泥用量减少，充填成本降低； ④改善井下作业环境、节省排水、排污费等。 膏体充填的主要缺点是：一次性基建投资大，工艺设备环
节多，维护管理复杂等。
变径锥形管、管接头等管件时，形状能发生变化，内部结
构不变。
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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； ⑤膏体充填料中一般添加水泥制备成胶结充填料，对选厂送 来的低浓度全尾砂常采用高效浓密机、真空过滤机或离心脱水机 进行脱水；膏体充填料常用柱塞泵进行输送。
du dy
)
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膏体的流变力学数学模型：
du 0 dy
膏体的流变模型属于宾汉塑性体。所以，膏体充填料的流变参 数为屈服剪切应力τ0和塑性粘度系数η。 膏体的流变力学物理模型： τ0
汇报提纲
一、膏体充填技术的提出 二、什么是膏体充填技术 三、膏体的流变特征 四、膏体输送管道阻力 五、膏体制备与输送 六、膏体技术在其他方面的应用
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一、膏体充填技术的提出
非煤矿山开采，一直有两大问题：安全生产与环境保 护。 安全问题，主要是从地下采出矿石后留下了空场，空 场上部的岩石垮落造成人员伤亡和财产损失；
②水力充填，上个世纪四十年代末开始，现主要采用分级尾砂充填。
⑤膏体胶结充填，上个世纪八十年代出现，脱离了传统的两相流 体，采用结构流体输送与充填。
⑥高水速凝胶结充填，也是在上个世纪八十年代末出现，脱离了传 统的普通胶凝材料的充填方式。 ⑦块石胶结充填，大规模开始应用于上个世纪七十年代，属于“刚 性”充填料充填技术。 4
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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。
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、
环保问题，主要是矿石中有用金属提取后剩下的固体 废弃物。 为了解决这两个问题，矿山就把这些固体废物重新回 填到地下的空场，并避免空场垮落。由此就诞生了矿山充 填技术。 3
①干式充填，从古代采矿业开始。
③低浓度胶结充填，约在上个世纪五六十年代出现，以质量浓度50 －70%的两相流体充填。 ④高浓度胶结充填，约在上个世纪六七十年代出现，两相流体的质 量浓度得到了提高。
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
14
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(
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浇注/自淋/喷洒
胶凝浆体
传统的普通尾砂胶结充填技术在矿山的应用， 促进了充填采矿技术的发展。但随着这项技术的 广泛应用，也暴露出一系列的突出问题：充填体 强度低、养护周期长、充填效率低、井下脱水污 染环境、尾砂利用率低、充填成本高等。 克服管道输送胶结充填缺陷的主要途径—— 提高浓度。因此，提出采用膏体充填技术。
胶结充填技术
1、矿山充填种类 2、胶结充填方式 ①细骨料＋胶凝剂＋水 干式充填（固体,惰性物料） 水力充填（固体＋水） 湿式充填 胶结充填（固体＋胶凝剂＋水）
搅拌
两相流体
管道输送
采场
强力搅拌 加压管道输送 ②细骨料＋胶凝剂＋水 结构流体 采场 ③粗骨料＋胶凝剂＋水 ④大块物料 机械输送 搅拌 采场 低强度砼 机械输送 采场
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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。 7
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百度文库
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。
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膏体充填的优缺点
全尾砂膏体泵送胶结充填的主要优点有： ①尾砂利用率高(基本可达到100%)，可节省大部分采 集、加工充填料的费用；
②减少尾矿库基建、经营和维护费用；
③水泥用量减少，充填成本降低； ④改善井下作业环境、节省排水、排污费等。 膏体充填的主要缺点是：一次性基建投资大，工艺设备环
节多，维护管理复杂等。
变径锥形管、管接头等管件时，形状能发生变化，内部结
构不变。
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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； ⑤膏体充填料中一般添加水泥制备成胶结充填料，对选厂送 来的低浓度全尾砂常采用高效浓密机、真空过滤机或离心脱水机 进行脱水；膏体充填料常用柱塞泵进行输送。
du dy
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膏体的流变力学数学模型：
du 0 dy
膏体的流变模型属于宾汉塑性体。所以，膏体充填料的流变参 数为屈服剪切应力τ0和塑性粘度系数η。 膏体的流变力学物理模型： τ0