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第1章 绪论 1

1.1 胶结充填技术面临的主要问题 2

1.1.1 充填成本居高不下 2

1.1.2 尾砂脱水速度慢 3

1.1.3 充填料浆制备质量差 4

1.1.4 管道输送过程中磨损与堵塞严重 4

1.2 膏体充填的基本概念 5

1.2.1 泌水率与饱和率 6

1.2.2 颗粒级配 7

1.2.3 基于颗粒级配的膏体体积浓度计算 8

1.2.4 从屈服应力角度探讨膏体定义 8

1.3 膏体充填技术的发展历史 10

1.4 膏体充填技术应用与研究现状 12

1.4.1 膏体充填材料 12

1.4.2 尾砂浓密技术 14

1.4.3 膏体搅拌技术 15

1.4.4 膏体输送技术 16

1.4.5 自动控制技术 16

1.5 膏体充填的技术优势 18

1.6 膏体充填发展趋势 21

1.6.1 基础理论的发展趋势 21

1.6.2 工艺技术的发展趋势 22

1.6.3 专用设备的发展趋势 23

参考文献 23

第2章 膏体充填材料及其配比 25

2.1 膏体充填原材料 25

2.1.1 尾砂 26

2.1.2 粗骨料 28

2.1.3 水泥及其替代品 30

2.1.4 膏体化学添加剂 36

2.2 膏体充填材料物理性质 43

2.2.1 粒级组成 44

2.2.2 比表面积 47

2.2.3 相对密度 48

2.2.4 容重 49

2.2.5 孔隙率 49

2.2.6 浓度 50

2.2.7 沉降性 51

2.2.8 渗透性 52

2.3 膏体材料配比 56

2.3.1 确定膏体材料配比的原则 56

2.3.2 不同采矿方法对充填体强度的要求 57

2.3.3 流动性的要求 59

2.3.4 充填材料的级配要求 59

参考文献 63

第3章 膏体主要性能及其影响因素 65

3.1 膏体流动性能及其影响因素 65

3.1.1 塌落度及扩展度 65

3.1.2 稠度 67

3.1.3 流动度 68

3.1.4 膏体流动性的影响因素及其规律 69

3.2 膏体流变性质及其影响因素 73

3.2.1 膏体流变学基本概念 73

3.2.2 膏体流变模型 76

3.2.3 膏体流变性能测试仪 77

3.2.4 膏体流变性的影响因素 80

3.3 膏体凝结性能及其影响因素 85

3.3.1 凝结时间 85

3.3.2 抗压强度 89

3.3.3 收缩与膨胀 93

参考文献 96

第4章 尾砂浓密脱水原理 99

4.1 高分子絮凝剂作用机理 99

4.1.1 高分子絮凝架桥模式 99

4.1.2 不同类型絮凝剂作用机理 101

4.2 尾砂动态浓密半工业模拟试验 103

4.2.1 半工业实验平台研制 103

4.2.2 尾砂浓密半工业试验方案及其步骤 106

4.2.3 尾砂浓密底流浓度影响规律 109

4.2.4 浓密机内尾砂浓度宏观分布特征 111

4.3 尾砂重力浓密理论 116

4.3.1 静态沉降理论 116

4.3.2 动态沉降理论 121

4.4 尾砂过滤脱水理论 128

4.4.1 过滤的关键参数 129

4.4.2 非压缩过滤的基本方程 132

4.4.3 压缩过滤的基本方程 135

4.5 尾砂浓密性能理论表征 137

4.5.1 影响尾砂浆沉降浓密的参数 137

4.5.2 尾砂沉降特性 138

4.5.3 尾砂压缩特性 143

4.5.4 尾砂浓密性能表征实例 148

4.6 膏体浓密机耙架扭矩计算模型 151

4.6.1 浓密机内部散体区域划分 151

4.6.2 耙架受力分析 153

4.6.3 复杂结构搅拌耙架扭矩计算模型 155

参考文献 159

第5章 尾砂浓密脱水工艺与设备 161

5.1 絮凝剂制备与添加 161

5.1.1 絮凝剂溶解原理 161

5.1.2 絮凝剂溶解设备 162

5.1.3 絮凝剂制备与添加应用实例 163

5.2 尾砂浓密脱水工艺 164

5.2.1 一段脱水工艺 165

5.2.2 二段脱水工艺 167

5.2.3 多段联合脱水工艺 169

5.3 国内外重力浓密设备及其性能 170

5.3.1 立式砂仓 171

5.3.2 普通耙式浓密机 173

5.3.3 高效浓密机 175

5.3.4 膏体浓密机 182

5.4 国内外过滤设备及其性能 194

5.4.1 过滤设备的分类 194

5.4.2 带式真空过滤机 196

5.4.3 陶瓷过滤机 198

5.4.4 立式全自动过滤机 200

5.4.5 尾砂浓密脱水与过滤脱水方式的比较 203

5.5 膏体浓密工程实例 204

5.5.1 膏体浓密机结构 205

5.5.2 尾砂一段浓密工艺 208

5.5.3 浓密效果 208

参考文献 208

第6章 膏体搅拌理论 210

6.1 膏体搅拌机理及主要影响因素 210

6.1.1 膏体搅拌机理 210

6.1.2 膏体搅拌主要影响因素 211

6.2 膏体搅拌均匀性评价 214

6.3 双轴卧式搅拌机结构参数分析 216

6.3.1 搅拌臂 216

6.3.2 搅拌机叶片布置 220

6.3.3 搅拌筒长宽比 222

6.3.4 搅拌转速 223

6.3.5 容积利用系数 224

6.3.6 搅拌能力 225

6.4 搅拌功率计算及其影响因素 226

6.4.1 搅拌功率计算 226

6.4.2 搅拌功率与塌落度之间的关系 227

6.4.3 搅拌功率与流变特性之间的关系 228

6.5 搅拌低效区及其消除方法 229

6.5.1 搅拌低效区现象 229

6.5.2 搅拌低效区的消除方法 229

参考文献 231

第7章 膏体搅拌工艺与设备 233

7.1 膏体搅拌工艺分类及特点 233

7.1.1 间歇式膏体搅拌工艺 233

7.1.2 连续式膏体搅拌工艺 234

7.1.3 连续式与间歇式搅拌工艺之间的区别 235

7.2 国内外膏体搅拌设备及其性能 236

7.2.1 混凝土搅拌机 237

7.2.2 金属矿山粗骨料膏体连续搅拌机 243

7.2.3 细骨料膏体搅拌机 250

7.2.4 其他新型搅拌机 255

7.3 膏体制备工程实例 259

7.3.1 全尾浆体高速活化搅拌实例 259

7.3.2 全尾-碎石高浓度卧式搅拌工程实例 260

参考文献 262

第8章 膏体管道输送理论 263

8.1 现有膏体管流阻力计算方法 263

8.1.1 基于两相流理论的阻力计算方法 263

8.1.2 基于流变学理论的阻力计算方法 268

8.2 膏体管流阻力的试验测试及影响因素 271

8.2.1 管流阻力的实验测试方法 271

8.2.2 膏体管流阻力的影响因素 281

8.3 膏体触变性对其管流阻力的影响 284

8.3.1 膏体触变模型构建 284

8.3.2 管流阻力时间变化特征 286

8.3.3 试验现象分析 287

8.4 管壁滑移条件下膏体管流阻力的计算 288

8.4.1 膏体管壁滑移机理 289

8.4.2 膏体管内滑移流动分析 290

8.4.3 膏体管壁滑移速度模型推导 292

8.4.4 考虑管壁滑移效应的管流阻力计算 292

8.4.5 管流阻力计算模型适应性分析 294

8.5 系统启动过程中膏体管流阻力的计算 296

8.5.1 试验现象分析 296

8.5.2 停泵再启的阻力模型 298

8.5.3 工程实例分析 300

8.6 膏体管道输送的数值模拟技术 301

8.6.1 数值模拟的基础理论 301

8.6.2 数值模拟软件及应用现状 303

8.6.3 膏体管道输送数值模拟实例 304

参考文献 314

第9章 膏体管道输送工艺设备及其系统维护 316

9.1 膏体自流输送工艺 316

9.1.1 深井矿山自流输送的两种模式 317

9.1.2 非满管流动的管道破坏机理 318

9.1.3 满管自流输送原理 319

9.1.4 满管流输送技术措施 320

9.1.5 满管自流输送优化实践 325

9.2 膏体管道泵压输送工艺 327

9.2.1 泵压输送工艺的优点 327

9.2.2 泵压充填对膏体充填料的要求 328

9.2.3 膏体充填泵选型原则 328

9.3 国内外膏体泵压输送设备及其性能 329

9.3.1 往复式活塞泵 330

9.3.2 往复式隔膜泵 340

9.3.3 浆体其他输送设备 346

9.4 充填管道布置方式 347

9.4.1 充填钻孔 347

9.4.2 管道系统 348

9.4.3 管道布置形式优化 349

9.5 管道失效模式及其防护措施 351

9.5.1 堵管原因分析及其防护措施 351

9.5.2 充填管道爆管原因分析 351

9.5.3 管道磨损规律与预防措施 354

9.6 膏体充填管道减阻技术 358

9.6.1 水环减阻 358

9.6.2 振动减阻 358

9.6.3 外加剂减阻 361

9.7 膏体充填管道清洗技术 363

参考文献 365

第10章 膏体充填过程自动控制 366

10.1 膏体充填工艺流程概述 366

10.1.1 尾砂浓密工艺流程 366

10.1.2 粗骨料制备流程 367

10.1.3 水泥添加流程 368

10.1.4 膏体搅拌流程 369

10.1.5 膏体管道输送流程 369

10.2 膏体充填过程计量与控制设备 370

10.2.1 散体物料计量设备 370

10.2.2 散体物料输送与控制设备 376

10.2.3 浆体计量与控制 379

10.2.4 物位计 382

10.2.5 管道压力计 386

10.2.6 阀门 387

10.3 充填系统控制算法与实现 393

10.3.1 工业自动化控制系统的分类 393

10.3.2 主要控制回路 395

10.3.3 工艺控制算法 397

10.3.4 执行器 399

10.4 膏体充填自动控制工程实例 402

10.4.1 新疆某铜矿膏体充填自动控制系统 402

10.4.2 赞比亚某铜矿膏体充填自动控制系统 405

参考文献 408

第11章 国内外膏体充填工程实例 409

11.1 国内工程实例 409

11.1.1 云南某铅锌矿 410

11.1.2 新疆某铜矿 412

11.1.3 云南某铜矿 415

11.1.4 甘肃某镍矿 417

11.2 国外工程实例 420

11.2.1 中色谦比希铜矿 420

11.2.2 坦桑尼亚Bulvanhulu金矿 424

11.2.3 加拿大Williams金矿 426

11.2.4 瑞典Garpenberg矿 427

11.2.5 智利El Toqui矿 429

11.2.6 爱尔兰Lisheen铅锌矿 432

参考文献 433

附录 膏体充填领域著名厂商名录 434