深井礦山充填理論與管道輸送技術(shù)

前言

近十年來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè)化過(guò)程的加速、世界制造業(yè)向中國(guó)的轉(zhuǎn)移，我國(guó)礦產(chǎn)資源的勘探、開發(fā)和供給已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、穩(wěn)定、快速發(fā)展的重要條件。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2009年我國(guó)的鋼、有色金屬、黃金、煤、水泥等大宗資源產(chǎn)品總量均居世界第一，已成為名副其實(shí)的資源產(chǎn)出和需求最大的國(guó)家。但是作為全球制造業(yè)大國(guó)，與我國(guó)巨大的消費(fèi)潛力相比，大多數(shù)金屬礦產(chǎn)資源的供應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的需求，如鐵礦石進(jìn)口量約占全世界鐵礦石進(jìn)口量的70%，銅的自給率不足40%。因此，資源的短缺已經(jīng)成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸，其保障度已接近或低于底線，嚴(yán)重威脅國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全，使我國(guó)面臨巨大的危機(jī)與挑戰(zhàn)。礦產(chǎn)資源供應(yīng)短缺的現(xiàn)狀固然與消費(fèi)過(guò)快增長(zhǎng)有關(guān)，但更多的原因在于國(guó)內(nèi)已探明的儲(chǔ)量十分有限，而且主要都集中在地表淺部(+600 m)。我國(guó)除有限的幾種資源(如稀土、錫、鎢、煤)在世界上略占優(yōu)勢(shì)外，大部分金屬探明儲(chǔ)量都偏低。我國(guó)地下開采的平均深度不及印度，與南非、加拿大等資源生產(chǎn)大國(guó)相比還有很大差距。隨著淺部資源的逐漸枯竭和深部資源勘探力度的加強(qiáng)，我國(guó)將步入深井開采國(guó)家行列。實(shí)際上，我國(guó)在深部勘探與開發(fā)方面已經(jīng)取得了一定成績(jī)，如膠東新城、夏甸等幾個(gè)百噸以上的大型金礦都是在500 m以下的第二富集帶找到的。山東新礦集團(tuán)、安徽冬瓜山銅硫礦、廣西高峰礦業(yè)等開采深度已經(jīng)接近或超過(guò)1000 m。眾所周知，充填采礦法由于能夠最大限度地回收礦產(chǎn)資源，保護(hù)地表環(huán)境和建構(gòu)筑物。特別是近年來(lái)，隨著充填材料、充填工藝及管道輸送裝備和技術(shù)的不斷進(jìn)步，在有色金屬礦山和貴金屬礦山得到了廣泛應(yīng)用。并且因充填成本的不斷降低和資源性產(chǎn)品價(jià)格的持續(xù)走高，以及國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，充填法因其無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)，在煤礦、鐵礦、化工礦山等傳統(tǒng)上不宜采用充填法的礦山，應(yīng)用比重也越來(lái)越大。尤其是深井或超深井開采(以下簡(jiǎn)稱為“深井開采”)這一特殊環(huán)境將帶來(lái)一系列安全問(wèn)題，主要包括巖爆(rockburst)、高溫、采場(chǎng)閉合和地震活動(dòng)等，其中尤以巖爆為主要危害。國(guó)內(nèi)外深井礦山開采實(shí)踐表明，充填采礦法，特別是管道自流輸送的膠結(jié)充填采礦法，由于充填效率高，可有效預(yù)防和控制巖爆，降低工作面溫度，成為深井礦山首選的開采方法。深井充填在我國(guó)尚處于起步階段，因此深井充填的技術(shù)研究成果相對(duì)匱乏。國(guó)外雖有研究，但并不系統(tǒng)，隨著我國(guó)越來(lái)越多的礦山步入深井開采行列，采用深井充填工藝的礦山將越來(lái)越多。為提高深井充填效率和水平，必須盡快創(chuàng)建系統(tǒng)的深井充填技術(shù)體系，推進(jìn)地下礦山采礦技術(shù)創(chuàng)新，從而實(shí)現(xiàn)在保護(hù)資源與環(huán)境，提高效益的前提下，確保礦山的可持續(xù)發(fā)展?！渡罹V山充填理論與管道輸送技術(shù)》一書共分7章，針對(duì)深井開采涉及的充填技術(shù)問(wèn)題，進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研討，重點(diǎn)介紹了深井礦山充填體的作用機(jī)理、充填材料及質(zhì)量控制、充填材料的制備工藝及管道輸送工藝技術(shù)，探討了適用于深井礦山的若干個(gè)充填系統(tǒng)的主要構(gòu)成及適用性、深井充填管道輸送系統(tǒng)的可靠性及管道磨損等問(wèn)題，給出了國(guó)內(nèi)外幾個(gè)典型采用充填法的深井礦山實(shí)例。本書編著過(guò)程中參閱了大量近年來(lái)發(fā)表的相關(guān)科技文獻(xiàn)，融入了編著者部分研究成果。本書尤其注重工程應(yīng)用性，試圖成為深井礦山充填系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工與管理的有價(jià)值的參考書，既可供采礦與安全工程專業(yè)的本科生和研究生作為教材使用，也可供相關(guān)領(lǐng)域設(shè)計(jì)、研究和生產(chǎn)技術(shù)人員參考。本書在撰寫與出版過(guò)程中得到了中南大學(xué)出版社文援朝總編輯的大力支持，在此表示衷心感謝。同時(shí)對(duì)本書所引用的文獻(xiàn)與資料的單位、作者一并致謝。因撰者學(xué)識(shí)與水平所限，錯(cuò)誤與不足之處在所難免，衷心期盼同行專家、讀者評(píng)判指正。

內(nèi)容概要

本書介紹了深井礦山充填理論、充填系統(tǒng)與工藝及管道輸送技術(shù)。內(nèi)容包括：深井礦山充填體作用機(jī)理、充填材料及充填質(zhì)量控制、充填材料的制備工藝與管道輸送、深井礦山充填系統(tǒng)、深井管道輸送的可靠性及管道磨損。此外還介紹了國(guó)內(nèi)外幾個(gè)典型的深井礦山實(shí)例。
本書涵蓋了大量的最新科研進(jìn)展和工程經(jīng)驗(yàn)，內(nèi)容豐富、敘述簡(jiǎn)明。可供從事礦山采礦工程的研究與設(shè)計(jì)的技術(shù)人員參考，也可作為有關(guān)專業(yè)研究生教材或參考書。

作者簡(jiǎn)介

王新民，男，1957年4月生，安徽省安慶市人，漢族，工學(xué)博士，中南大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。中南大學(xué)國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科采礦工程學(xué)科礦山無(wú)廢害開采方向?qū)W科帶頭人，采礦工程與技術(shù)研究所所長(zhǎng)，現(xiàn)任湖南中大設(shè)計(jì)院總經(jīng)理。
王新民教授長(zhǎng)期以來(lái)一直從事采礦工程與安全技術(shù)領(lǐng)域教學(xué)科研設(shè)計(jì)工作，主持和完成科研與設(shè)計(jì)項(xiàng)目60余項(xiàng)，包括國(guó)家“九五”科技攻關(guān)項(xiàng)目和“十一五”國(guó)家科技部科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目。獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)一項(xiàng)，省部級(jí)科技進(jìn)步一、二、三等獎(jiǎng)九項(xiàng)，出版著作三部，特別是在礦山充填材料、充填理論與應(yīng)用技術(shù)方面頗有建樹。

書籍目錄

第1章 緒論
　1.1 深井礦山充填技術(shù)的特性
　1.2 深井開采技術(shù)研究狀況
　1.3 深井礦山充填技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
第2章 深井礦山充填體作用機(jī)理
　2.1 采場(chǎng)圍巖及充填體穩(wěn)定性的控制因素
　2.2 充填體的作用機(jī)理
　 2.2.1 充填體的支護(hù)作用
　 2.2.2 充填體與系統(tǒng)的共同作用
　 2.2.3 充填體的充填作用
　 2.2.4 充填?的綜合作用機(jī)理
　2.3 膠結(jié)充填體的破壞機(jī)理
　 2.3.1 充填工藝及所形成的充填體的破壞形式
　 2.3.2 層狀充填體頂板的冒落條件
　 2.3.3 充填體破壞過(guò)程
　2.4 深井巖爆的能量詮釋
　2.5 深井礦山的充填支護(hù)系統(tǒng)
　 2.5.1 深井礦山充填區(qū)域支護(hù)的影響因素
　 2.5.2 連續(xù)礦柱與充填體組合的區(qū)域支護(hù)系統(tǒng)
第3章 充填材料及充填質(zhì)量控制
　3.1 常用充填材料的來(lái)源及分類
　3.2 充填骨科
　 3.2.1 充填骨科的化學(xué)成份
　 3.2.2 充填骨料的密度
　 3.2.3 充填骨科的孔隙率
　 3.2.4 充填骨科母巖的強(qiáng)度
　 3.2.5 松散充填骨科的沉縮
　 3.2.6 松散充填骨科的粒級(jí)組成
　3.3 膠凝材料
　 3.3.1 水泥
　 3.3.2 高水速凝固結(jié)材料
　 3.3.3 全水膠固材料
　 3.3.4 王業(yè)廢渣活性材料
　 3.3.5 磁黃鐵礦和黃鐵礦
　3.4 改性材料
　 3.4.1 水
　 3.4.2 絮凝劑
　3.5 充填體的含水與脫水
　3.6 充填體的力學(xué)特性
　 3.6.1 充填體的強(qiáng)度
　 3.6.2 充填體的自立高度
　 3.6.3 充填體的壓縮特性
　 3.6.4 充填材料制備和充填工藝對(duì)充填體力學(xué)特性的影響
　3.7 充填質(zhì)量控制
　 3.7.1 料漿的配合比
　 3.7.2 采場(chǎng)充填工藝
　 3.7.3 充填接頂
　 3.7.4 層狀充填體頂板的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)
第4章 充填材料的制備工藝與管道輸送
　4.] 充填系統(tǒng)和充填量計(jì)算
　 4.1.1 充填系統(tǒng)
　 4.1.2 充填量計(jì)算
　4.2 水砂充填系統(tǒng)
　 4.2.1 水砂充填的適用條件及優(yōu)缺點(diǎn)
　 4.2.2 制備站及結(jié)構(gòu)
　 4.2.3 充填?道和管件
　4.3 分級(jí)尾砂充填
　　4.3.1 尾砂的分級(jí)
　　……
第5章　深井礦山可以選擇的幾種充填系統(tǒng)
第6章　深井管道輸送的可靠性及管理磨損
第7章　國(guó)內(nèi)外深井礦山實(shí)例　
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：插圖：全尾砂脫水濃縮是全尾砂充填技術(shù)關(guān)鍵。國(guó)內(nèi)外應(yīng)用全尾砂充填的礦山均采用機(jī)械脫水工藝，即濃密、過(guò)濾兩級(jí)脫水。首先用高效濃密機(jī)將選廠12％～20％，質(zhì)量濃度的全尾砂濃縮成40％～50％的砂漿，再經(jīng)過(guò)濾機(jī)（真空帶式過(guò)濾機(jī)或其他高效過(guò)濾機(jī)）脫水，濾餅水分為20％～22％。這種脫水工藝能滿足充填料對(duì)尾砂脫水的要求，但系統(tǒng)投資大、能耗高、過(guò)濾機(jī)濾布更換頻繁、工藝復(fù)雜、處理能力有限；也有礦山使用高水速凝材料實(shí)現(xiàn)全尾充填。該材料適合于不同的全尾砂來(lái)漿濃度，但這種膠凝材料成本過(guò)高，膠結(jié)體后期碳化嚴(yán)重而喪失強(qiáng)度，未能大面積推廣應(yīng)用。因此，必須另辟蹊徑，針對(duì)地下金屬礦山已普遍建成立式砂倉(cāng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀，在充分利用現(xiàn)有系統(tǒng)、不增加投資的前提下，研究工藝簡(jiǎn)單、能耗低的全尾砂充填新技術(shù)。作者所在課題組早在1998年即在水口山礦務(wù)局康家灣礦開發(fā)應(yīng)用了非機(jī)械快速濃縮全尾砂膠結(jié)充填新工藝，即利用絮凝藥劑使低濃度全尾砂漿在立式砂倉(cāng)內(nèi)快速沉降濃縮，并最終實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)沉降，連續(xù)制漿，使全尾砂膠結(jié)充填工藝有了新的突破，也為該項(xiàng)技術(shù)在深井礦山充填的應(yīng)用奠定了重要的基礎(chǔ)。

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《深井礦山充填理論與管道輸送技術(shù)》是國(guó)家出版基金項(xiàng)目。

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