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内容简介

本书介绍国内近几年金属矿山的膏体充填技术发展，包括工艺技术与核心设备。内容包括：膏体性能、膏体充填材料与配比、膏体浓密技术、膏体制备工艺与装备、膏体沿程阻力与管道输送工艺、膏体充填自动控制技术。此外，还介绍了国内外多个典型矿山的应用实例。本书涵盖了大量的新科研进展和工程经验，内容丰富、叙述简明。

作者简介

　　吴爱祥，教授、博士生导师、教育部长江学者、国家杰出青年基金获得者，教育部“金属矿山高效开采与安全”重点实验室主任、教育部创新团队首席教授，兼任中国金属学会采矿学术委员会主任、中国有色金属学会采矿学术委员会副主任、《金属矿山》等杂志理事，国家“863”计划资源环境领域专家，享受国务院政府特殊津贴。作者长期从事膏体充填采矿、矿岩散体动力学和溶浸采矿等方面的科研与教学工作。先后主持和承担了50多项科研项目，其中包括国家科技支撑计划项目、国家“973”计划课题、国家自然科学基金重点项目及面上项目、博士点基金及多项校企合作课题等。相关科研成果已获国家科技进步二等奖4项、省部级科技进步特等奖和一等奖6项。获得国家发明专利授权13项，出版专*3部，在国内外学术刊物上发表学术论文200余篇。
　　
　　王洪江，教授、博士生导师，2011年到澳大利亚南澳大学作访问学者。自参加工作以来，一直从事金属矿开采技术研究，内容涉及地下硬岩矿床的采矿方法、尾矿处置与综合利用技术、溶浸采矿等领域研究，取得了巨大的经济效益与社会效益。先后负责和参加了20余项科研项目，其中包括国家科技支撑计划、国家自然科学基金、博士点优先发展领域项目、云南省科技强省计划以及厂协合作项目。近十年来获国家、省部级科技奖7项，其中国家科技进步二等奖2项，北京市科学技术基础研究类一等奖1项。获得授权专利10项，在国内外知名刊物上发表学术论文90余篇，其中三大检索机构共收录39篇。

目录

目录
序
前言
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Bulyanhulu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

精彩书摘

　　《金属矿膏体充填理论与技术》：
　　根据工程经验，屈服应力超过200 Pa的膏体，其管道输送还是具有一定难度的。能够进行管道输送是膏体作为充填料浆的必要条件，不能进行管道输送的膏体没有现实意义可以认为充填料浆屈服应力达到200Pa时的浓度值，是能够进行工业应用的最大浓度值如果可以将最大浓度值降低1%～2%，将较大幅度地降低膏体输送难度，使得料浆既符合膏体特性，又便于管道输送。
　　除了采用屈服应力来表征膏体的流体力学性能，塌落度也在一定程度上反映了膏体流动性能的好坏。塌落度是料浆因自重自行塌落的高度差。料浆的塌落度主要由容重和屈服剪切应力决定，间接地反映了膏体流场内黏滞力与惯性力的比值。由于其测试方法简单，便于现场实施，从而被现场工作人员普遍接受。一般认为，膏体的塌落度范围为18～25cm。
　　综上所述，作者认为膏体是有足够细颗粒含量，使得流场的黏滞力大于惯性力并且达到饱和的结构流浆体。对于金属矿膏体充填，考虑国内外相关指标，町认为膏体是—20μm含量大于15%、塌落度为18～25cm、屈服应力在200Pa以下、泌水率为5%的结构流浆体。
　　1.3 膏体充填技术的发展历史
　　1978年德国Preussage金属公司Bad Grund铅锌矿进行了尾砂膏体泵送充填试验。它是将浮选尾砂（粒度为0～0.5mm）经过滤脱水，添加重介质尾砂（粒度为0.8～30mm）后，形成高浓度膏体状充填料浆，并在充人采场前添加水泥，形成各种强度的充填体。20世纪80年代初，Bad Grund铅锌矿建成膏体充填系统，并第一次成功应用柱塞泵进行了膏体输送，形成了“Preussage Pumped Fill”泵压充填新工艺（Lerche and Renetzeder，1984）。
　　1992年加拿大萨德伯里地区的Creightion矿首先使用膏体充填技术（Bloss andRankine，2005；Sivakugan et al.，2006）。矿山充填料主要采用分级尾砂、冶炼炉渣和生石灰，胶凝剂采用波兰特水泥，灰砂比在1：30～1：10。充填物料被制备成重量浓度为70%～72%的膏体状稠料浆，借助正压排量泵输送到井下采空区。为了制备成可输特性好的料浆，其物料配比有比较严格的要求，而且要求充填骨料与胶凝剂必须在搅拌槽搅拌均匀。
　　……

前言/序言

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