矿山尾矿充填技术【ppt课件】
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(4)不厂尾矿的使用和因此总体规模曲线是短期的精细内容。
沉降速度 粒度分布 比重 流变特性 渗透性 力量
回填材料性质
回填材料性质
固体回收旋流器
90
85
固体回收溢（%）
80
75
70 0
50
100
150
200
250
絮凝剂的投加量（g/t）
絮凝剂用量对固体回收溢的影响
粒度分布
回填材料性质
(6)将非常精益水泥或其他火山灰粘合剂（3-6%）放入回填材料以提高强度性 能，产生的无侧限抗压强度范围从0.5到4MPa。
回填分类
膏体回填
膏体回填的发展：
(1) 膏体回填第一次应用是在1980年代德国的格伦德矿山。
(2)在那之后,这种方法已经在南非得到发展并在加拿大的维尔更加集中 地大量精炼。
矿山尾矿充填技术与安全评估
吴文
博士 /研究员/博导 总工程师
中国科学院2010年海外引进杰出技术人才(10人)
总览
介绍 回填分类 回填材料性质 回填采矿的稳定性 经济
介绍
介绍
应用回填进行露天开采和填充
回填的功能
(1) 地面控制, (2)支柱矿石恢复, (3)工作地面, (4)污物清理.
试验 实验室试验 实验室试验 实验室试验 实验室试验
比重值 2.6-2.9 2.8-4.4 2.8-3.35 2.82-2.96
流变特性
回填材料性质
典型流变曲线
回填材料性质
流变特性——流变模型
(1)赫歇尔巴克利(H-B)模型
0 kn
(2) Ostwald-De Waele模型或幂律模型
(3)二战后,水力回填方法在美国和加拿大的许多煤矿得到应用和改进。
回填分类
水力回填
(1)水力回填由沙子泥沙颗粒大小的聚合组成，水和通常一些类型的粘结剂(如水 泥、絮凝剂)被添加到液压填补中以克服缺乏真正的凝聚力。
(2)这个细颗粒的水力回填材料用水力旋流器通过一种称为脱泥的过程以满足 有10%通过10μm的正常标准和足够的排水率或渗透率避免液化风险,被送到一 个尾矿坝表面上。
回填材料性质
渗透率关系的实证
Kozeny-Carman‘s 方程式
Kozeny-Carman's修改方程
预测和测量的尾矿k值由Kozeny-Carman方程
回填材料性质
单轴抗压强度(uc)的回填
水泥含量对UCS的影响
回填材料性质
单轴抗压强度(uc)的回填
水泥含量对UCS的影响
ห้องสมุดไป่ตู้
回填材料性质
kn
(3)宾汉塑性模型
B kB
(4) 牛顿模型
回填材料性质
流变特性——流变参数
流变性状 赫歇尔巴克利 弹性 (牛顿)
剪切稀化 剪切稠化 宾汉塑性
k
流动性状指数 屈服应力
>0
0<n<+
>0
>0
1
0
>0
0<n<1
0
>0
1 n<+
0
>0
1
>0
例子
回填材料性质
流变特性——依时性流体性状
水力回填的特性(如渗透率和UCS)评判不同粒径分布，与流变性、渗 透率/或排水率和UCS有关。
回填材料性质
比重
水力回填尾矿比重
作者 Ni ,W.(2006) Rankine, K.J. (2006) Pettibone, H.C., et al(1971) Nicholson, D.E. et al(1964)
介绍
水力回填 膏体回填 岩石回填
回填分类
水力回填
回填分类
水力回填的发展:
(1)在美国第一个有记录的应用水力回填被认为是1864年谢南多厄、宾夕法尼 亚州费城和雷丁煤炭和钢铁有限公司保护一个由于地表沉陷而建立的教堂。
(2) 这个方法被成功地采取并由德国工程师发展，然后它被用于整个欧洲 的几个矿山
(3)膏体回填的衰落大约在19-25cm范围。
(4)泵送膏体回填的是与用于混凝土泵同一类型的活塞式泵。
(5)膏体回填的最终产品具有较低的孔隙率，回填密实。
回填分类
岩石回填
(1)利用从地下或表面废弃的岩石压碎成合适大小约为40mm来回填地下采空区 的空洞。
(2)典型的岩石回填混合物包括未胶结的或注水泥的岩石废料，总量取决于 填充的目标。 (3)水泥石灰岩回填是一种变体,广泛应用在加拿大,利用碎岩石废料和波特兰 水泥泥浆增加5%左右的重量。
单轴抗压强度(uc)的回填
水含量对UCS的影响
回填材料性质
单轴抗压强度(uc)的回填—公式
c m nC 2 log t
c 0.00176 E
对矿业回填的稳定性
模型
采场和进入推动的示意图和采场回填过程(澳大利亚)
对矿业回填的稳定性
模型
在一个隔离层元素中垂直回填采场的作用力(加拿大)
率几乎保持不变。
(2) 统一剪切率
(2)适合要求的流动液体 (3)容易负荷和清洁
缺点
剪切率是不统一的（好的线性粘 (1)没有办法负荷 高粘度
弹性,但还没有好的平行板的非线 聚合物熔体。
性研究）。
(2) 大 体 积 样 本 （ 通 常
3−30克或更多）
剪切率
剪应力
回填材料性质
渗透率特性
研究员
回填类型
经济
岩石回填:
废物处置: 2.96 百万吨/年
谢谢您的参 加!
回填材料性质
渗透率特性——渗透率影响因素或渗流速度
渗透率的有效粒度
回填材料性质
渗透率特性——渗透率影响因素或渗流速度
孔隙比和渗透率
回填材料性质
渗透率特性——渗透率影响因素或渗流速度
水泥含量对渗透率的影响:
(a)增加水泥含量降低了渗流速度。 (b)对于一个给定的水泥含量,下降百分数渗透率比细小聚合材料大。 (c)对于一个给定的水泥含量,降低渗透率也似乎依赖于尾矿和倾泻矿浆浓度的类型。 (d)在大多数情况下,煤泥(减去0.02毫米材料)被包括在分类尾矿、倾注系统将需要 水泥回填。
(3)粘合的膏体回填常用在加拿大和其他国家的许多开采充填煤矿。
膏体回填
回填分类
概念设计流程图
回填分类
膏体回填
(1)膏体充填的是一个统一的（全尺寸部分尾矿）、低渗透，一般由高密度固 体（超过80%的重量）的混合物与至少15% - 20微米（重量）的粉末组成以满 足泵送。
(2)最常用的膏体回填添加剂是一种火山灰水泥粘结剂例如水泥、渣、粉 煤灰等，他们提供重要的强度增长水平3–6%的重量。
对矿业回填的稳定性
分析方法: (1) 有限元 (2)边界元 (3) 有限差分方法
解决的问题： (1)地面控制 (2)回采水平 (3)回收煤柱
结果参数：
(1) 采场的应力、位移 (2) 地表的沉降 (3)充填特性
经济
水力回填：
废物处置: 3.04百万吨/年
膏体回填:
废物处置: 3.8百万吨/年
经济
n0
流变特性
回填材料性质
剪切速率和粘度为煤洗涤浓缩机底流
n0
电流计
回填材料性质
回填材料性质
管流变仪——主要特点
回填材料性质
旋转流变仪——主要特点
项目 优点
平行板 优点：
同心圆筒 优点：
锥形板 优点：
(1)小计量样本 (大约1克) (2)均匀剪切速率 (3)容易负荷和清洁
(1)对于大半径的 剪切速 (1)小计量样本 (大约1克)
Aubertin, M. et al (1996) 水力回填
Brady, A.C. et al (2002)
水力回填
Grice, A.G.(1989)
水力回填
Herget, G. et al(1988)
水力回填
水力回填
试验
实验室 实验室 实验室 实验室 现场
渗透率 (*10-4 cm/s) 0.01-1 8.3-13.9 3.89 10.3 24.7-25.8
(3)纸浆密度水力回填通常介于65% - 72%,但一定会更高或更低
回填分类
水力回填
(4）回填混合物液压泵从表面通过管网和钻孔的采场。在管道输送水力冲填满 流条件下，速度范围从2.5m/s到上限约10m/s来保持悬浮浆。
(5)液压布置填充的结果，在松散的填充结构中空隙率约为0.70。成功的水力 回填渗透系数范围从7×10-8m/s到7.8×10-5m/s。
沉降速度 粒度分布 比重 流变特性 渗透性 力量
回填材料性质
回填材料性质
固体回收旋流器
90
85
固体回收溢（%）
80
75
70 0
50
100
150
200
250
絮凝剂的投加量（g/t）
絮凝剂用量对固体回收溢的影响
粒度分布
回填材料性质
(6)将非常精益水泥或其他火山灰粘合剂（3-6%）放入回填材料以提高强度性 能，产生的无侧限抗压强度范围从0.5到4MPa。
回填分类
膏体回填
膏体回填的发展：
(1) 膏体回填第一次应用是在1980年代德国的格伦德矿山。
(2)在那之后,这种方法已经在南非得到发展并在加拿大的维尔更加集中 地大量精炼。
矿山尾矿充填技术与安全评估
吴文
博士 /研究员/博导 总工程师
中国科学院2010年海外引进杰出技术人才(10人)
总览
介绍 回填分类 回填材料性质 回填采矿的稳定性 经济
介绍
介绍
应用回填进行露天开采和填充
回填的功能
(1) 地面控制, (2)支柱矿石恢复, (3)工作地面, (4)污物清理.
试验 实验室试验 实验室试验 实验室试验 实验室试验
比重值 2.6-2.9 2.8-4.4 2.8-3.35 2.82-2.96
流变特性
回填材料性质
典型流变曲线
回填材料性质
流变特性——流变模型
(1)赫歇尔巴克利(H-B)模型
0 kn
(2) Ostwald-De Waele模型或幂律模型
(3)二战后,水力回填方法在美国和加拿大的许多煤矿得到应用和改进。
回填分类
水力回填
(1)水力回填由沙子泥沙颗粒大小的聚合组成，水和通常一些类型的粘结剂(如水 泥、絮凝剂)被添加到液压填补中以克服缺乏真正的凝聚力。
(2)这个细颗粒的水力回填材料用水力旋流器通过一种称为脱泥的过程以满足 有10%通过10μm的正常标准和足够的排水率或渗透率避免液化风险,被送到一 个尾矿坝表面上。
回填材料性质
渗透率关系的实证
Kozeny-Carman‘s 方程式
Kozeny-Carman's修改方程
预测和测量的尾矿k值由Kozeny-Carman方程
回填材料性质
单轴抗压强度(uc)的回填
水泥含量对UCS的影响
回填材料性质
单轴抗压强度(uc)的回填
水泥含量对UCS的影响
ห้องสมุดไป่ตู้
回填材料性质
kn
(3)宾汉塑性模型
B kB
(4) 牛顿模型
回填材料性质
流变特性——流变参数
流变性状 赫歇尔巴克利 弹性 (牛顿)
剪切稀化 剪切稠化 宾汉塑性
k
流动性状指数 屈服应力
>0
0<n<+
>0
>0
1
0
>0
0<n<1
0
>0
1 n<+
0
>0
1
>0
例子
回填材料性质
流变特性——依时性流体性状
水力回填的特性(如渗透率和UCS)评判不同粒径分布，与流变性、渗 透率/或排水率和UCS有关。
回填材料性质
比重
水力回填尾矿比重
作者 Ni ,W.(2006) Rankine, K.J. (2006) Pettibone, H.C., et al(1971) Nicholson, D.E. et al(1964)
介绍
水力回填 膏体回填 岩石回填
回填分类
水力回填
回填分类
水力回填的发展:
(1)在美国第一个有记录的应用水力回填被认为是1864年谢南多厄、宾夕法尼 亚州费城和雷丁煤炭和钢铁有限公司保护一个由于地表沉陷而建立的教堂。
(2) 这个方法被成功地采取并由德国工程师发展，然后它被用于整个欧洲 的几个矿山
(3)膏体回填的衰落大约在19-25cm范围。
(4)泵送膏体回填的是与用于混凝土泵同一类型的活塞式泵。
(5)膏体回填的最终产品具有较低的孔隙率，回填密实。
回填分类
岩石回填
(1)利用从地下或表面废弃的岩石压碎成合适大小约为40mm来回填地下采空区 的空洞。
(2)典型的岩石回填混合物包括未胶结的或注水泥的岩石废料，总量取决于 填充的目标。 (3)水泥石灰岩回填是一种变体,广泛应用在加拿大,利用碎岩石废料和波特兰 水泥泥浆增加5%左右的重量。
单轴抗压强度(uc)的回填
水含量对UCS的影响
回填材料性质
单轴抗压强度(uc)的回填—公式
c m nC 2 log t
c 0.00176 E
对矿业回填的稳定性
模型
采场和进入推动的示意图和采场回填过程(澳大利亚)
对矿业回填的稳定性
模型
在一个隔离层元素中垂直回填采场的作用力(加拿大)
率几乎保持不变。
(2) 统一剪切率
(2)适合要求的流动液体 (3)容易负荷和清洁
缺点
剪切率是不统一的（好的线性粘 (1)没有办法负荷 高粘度
弹性,但还没有好的平行板的非线 聚合物熔体。
性研究）。
(2) 大 体 积 样 本 （ 通 常
3−30克或更多）
剪切率
剪应力
回填材料性质
渗透率特性
研究员
回填类型
经济
岩石回填:
废物处置: 2.96 百万吨/年
谢谢您的参 加!
回填材料性质
渗透率特性——渗透率影响因素或渗流速度
渗透率的有效粒度
回填材料性质
渗透率特性——渗透率影响因素或渗流速度
孔隙比和渗透率
回填材料性质
渗透率特性——渗透率影响因素或渗流速度
水泥含量对渗透率的影响:
(a)增加水泥含量降低了渗流速度。 (b)对于一个给定的水泥含量,下降百分数渗透率比细小聚合材料大。 (c)对于一个给定的水泥含量,降低渗透率也似乎依赖于尾矿和倾泻矿浆浓度的类型。 (d)在大多数情况下,煤泥(减去0.02毫米材料)被包括在分类尾矿、倾注系统将需要 水泥回填。
(3)粘合的膏体回填常用在加拿大和其他国家的许多开采充填煤矿。
膏体回填
回填分类
概念设计流程图
回填分类
膏体回填
(1)膏体充填的是一个统一的（全尺寸部分尾矿）、低渗透，一般由高密度固 体（超过80%的重量）的混合物与至少15% - 20微米（重量）的粉末组成以满 足泵送。
(2)最常用的膏体回填添加剂是一种火山灰水泥粘结剂例如水泥、渣、粉 煤灰等，他们提供重要的强度增长水平3–6%的重量。
对矿业回填的稳定性
分析方法: (1) 有限元 (2)边界元 (3) 有限差分方法
解决的问题： (1)地面控制 (2)回采水平 (3)回收煤柱
结果参数：
(1) 采场的应力、位移 (2) 地表的沉降 (3)充填特性
经济
水力回填：
废物处置: 3.04百万吨/年
膏体回填:
废物处置: 3.8百万吨/年
经济
n0
流变特性
回填材料性质
剪切速率和粘度为煤洗涤浓缩机底流
n0
电流计
回填材料性质
回填材料性质
管流变仪——主要特点
回填材料性质
旋转流变仪——主要特点
项目 优点
平行板 优点：
同心圆筒 优点：
锥形板 优点：
(1)小计量样本 (大约1克) (2)均匀剪切速率 (3)容易负荷和清洁
(1)对于大半径的 剪切速 (1)小计量样本 (大约1克)
Aubertin, M. et al (1996) 水力回填
Brady, A.C. et al (2002)
水力回填
Grice, A.G.(1989)
水力回填
Herget, G. et al(1988)
水力回填
水力回填
试验
实验室 实验室 实验室 实验室 现场
渗透率 (*10-4 cm/s) 0.01-1 8.3-13.9 3.89 10.3 24.7-25.8
(3)纸浆密度水力回填通常介于65% - 72%,但一定会更高或更低
回填分类
水力回填
(4）回填混合物液压泵从表面通过管网和钻孔的采场。在管道输送水力冲填满 流条件下，速度范围从2.5m/s到上限约10m/s来保持悬浮浆。
(5)液压布置填充的结果，在松散的填充结构中空隙率约为0.70。成功的水力 回填渗透系数范围从7×10-8m/s到7.8×10-5m/s。