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《中南大学》 2004年
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基于工业生态学的矿山充填模式与技术

周爱民  
【摘要】:采矿工业在提供原材料的同时也不可避免地破坏自然环境。随着矿产需求量的增加,由资源开发利用引发的环境破坏和废料排放已成为全球性的严峻问题。因此,尽量使矿山固体废料不向地面排放和采空区被有效地充填,已是急待研究解决的重大课题。 按照工业生态学的观点,解决矿山环境问题最有效的途经是将矿山废料转化为资源被重新利用。基于工业生态学的充填模式就是要将矿山的各个工序作为一个系统对待,把矿山充填作为固体废料资源化的一个有效手段,实现矿山固体废料排放最小化,从根本上解决矿山环境保护问题。新的充填模式由三个基本要素组成:①内循环技术;②经济效益和③废料流量。第一要素是必要条件,即该充填模式必须以低成本、高效率和高可靠性能的充填技术作为支撑,是其核心要素。本文重点研究的自然级配废石胶结充填技术、赤泥胶结充填技术和高浓度全尾矿充填技术,正是为了满足这一充填模式的要求。第二要素为充分条件,在该充填模式下能够实现经济平衡甚至获取新增效益。第三要素则表征废料的资源化程度。这一充填模式将实现固体废料排放量最小甚至为零。 自然级配废石胶结充填技术充分利用矿山废石作为充填集料,采用充填料分流输送和自淋混合新工艺,实现最优含水量配合,获得令人满意的充填效果。不但简化了充填工艺系统、降低了水泥单耗和制造成本,而且充分利用了工业废料、可实现大规模连续充填和井下掘进废石不出窿。充填料的最优含水量模型为:W=K_cC+K_gG,从本质上揭示了各充填料组分的最佳含水状态。在最优含水量配合下的废石胶结充填料试块单轴抗压强度模型为:R_(28)=1.875+0.021C。 赤泥胶结充填技术利用赤泥的活性和矿山充填的低标号特点,通过添加激活剂获得完全满足矿山充填要求的赤泥胶结剂。采用赤泥胶结剂与425~#硅酸盐水泥均按1∶4的灰砂比与全尾砂混合后,前者28天的试块单轴坑压强度达2.5MPa,是后者的2.7倍;且赤泥胶结充填料在采场不脱水、流动性能好和有利于充填接顶。赤泥胶结充填技术创新了高成本加热活化利用赤泥的传统技术,不但为矿山充填提供了一种高性能、低成本胶结剂,而且为大宗量利用赤泥开辟了一条低成本途经。 实现全尾矿充填的高浓度挤压输送充填技术,通过在井下安装一挤压输送装置,借助料浆的自然压头,在无阀条件下加压输送高浓度全尾 摘要 矿充填料。挤压输送装置主要由三通、挤压输送缸、活塞和动力执行部 分组成,取消了传统的分配阀部件,从结构和输送原理上对输送泵进行 了创新。该技术的工艺系统可靠,实现了低投资、低污染和低成本的高 浓度充填,因而解决了高浓度全尾矿充填系统故障率高和投资大的难题。 由于只需在充填系统的适当位置安装一台挤压输送装置,能够很简便地 对现有浆体充填系统进行改造,在我国具有很广泛的适应性。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TD80

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【引证文献】
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