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內容簡介

本書介紹國內近幾年金屬礦山的膏體充填技術發展，包括工藝技術與核心設備。內容包括：膏體性能、膏體充填材料與配比、膏體濃密技術、膏體製備工藝與裝備、膏體沿程阻力與管道輸送工藝、膏體充填自動控製技術。此外，還介紹瞭國內外多個典型礦山的應用實例。本書涵蓋瞭大量的新科研進展和工程經驗，內容豐富、敘述簡明。

作者簡介

　　吳愛祥，教授、博士生導師、教育部長江學者、國傢傑齣青年基金獲得者，教育部“金屬礦山高效開采與安全”重點實驗室主任、教育部創新團隊首席教授，兼任中國金屬學會采礦學術委員會主任、中國有色金屬學會采礦學術委員會副主任、《金屬礦山》等雜誌理事，國傢“863”計劃資源環境領域專傢，享受國務院政府特殊津貼。作者長期從事膏體充填采礦、礦岩散體動力學和溶浸采礦等方麵的科研與教學工作。先後主持和承擔瞭50多項科研項目，其中包括國傢科技支撐計劃項目、國傢“973”計劃課題、國傢自然科學基金重點項目及麵上項目、博士點基金及多項校企閤作課題等。相關科研成果已獲國傢科技進步二等奬4項、省部級科技進步特等奬和一等奬6項。獲得國傢發明專利授權13項，齣版專*3部，在國內外學術刊物上發錶學術論文200餘篇。
　　
　　王洪江，教授、博士生導師，2011年到澳大利亞南澳大學作訪問學者。自參加工作以來，一直從事金屬礦開采技術研究，內容涉及地下硬岩礦床的采礦方法、尾礦處置與綜閤利用技術、溶浸采礦等領域研究，取得瞭巨大的經濟效益與社會效益。先後負責和參加瞭20餘項科研項目，其中包括國傢科技支撐計劃、國傢自然科學基金、博士點優先發展領域項目、雲南省科技強省計劃以及廠協閤作項目。近十年來獲國傢、省部級科技奬7項，其中國傢科技進步二等奬2項，北京市科學技術基礎研究類一等奬1項。獲得授權專利10項，在國內外知名刊物上發錶學術論文90餘篇，其中三大檢索機構共收錄39篇。

目錄

目錄
序
前言
第1章緒論1
1.1膠結充填技術麵臨的主要問題2
1.1.1充填成本居高不下2
1.1.2尾砂脫水速度慢3
1.1.3充填料漿製備質量差4
1.1.4管道輸送過程中磨損與堵塞嚴重4
1.2膏體充填的基本概念5
1.2.1泌水率與飽和率6
1.2.2顆粒級配7
1.2.3基於顆粒級配的膏體體積濃度計算8
1.2.4從屈服應力角度探討膏體定義8
1.3膏體充填技術的發展曆史10
1.4膏體充填技術應用與研究現狀12
1.4.1膏體充填材料12
1.4.2尾砂濃密技術14
1.4.3膏體攪拌技術15
1.4.4膏體輸送技術16
1.4.5自動控製技術16
1.5膏體充填的技術優勢18
1.6膏體充填發展趨勢21
1.6.1基礎理論的發展趨勢21
1.6.2工藝技術的發展趨勢22
1.6.3專用設備的發展趨勢23
參考文獻23
第2章膏體充填材料及其配比25
2.1膏體充填原材料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膏體化學添加劑36
2.2膏體充填材料物理性質43
2.2.1粒級組成44
2.2.2比錶麵積47
2.2.3相對密度48
2.2.4容重49
2.2.5孔隙率49
2.2.6濃度50
2.2.7沉降性51
2.2.8滲透性52
2.3膏體材料配比56
2.3.1確定膏體材料配比的原則56
2.3.2不同采礦方法對充填體強度的要求57
2.3.3流動性的要求59
2.3.4充填材料的級配要求59
參考文獻63
第3章膏體主要性能及其影響因素65
3.1膏體流動性能及其影響因素65
3.1.1塌落度及擴展度65
3.1.2稠度67
3.1.3流動度68
3.1.4膏體流動性的影響因素及其規律69
3.2膏體流變性質及其影響因素73
3.2.1膏體流變學基本概念73
3.2.2膏體流變模型76
3.2.3膏體流變性能測試儀77
3.2.4膏體流變性的影響因素80
3.3膏體凝結性能及其影響因素85
3.3.1凝結時間85
3.3.2抗壓強度89
3.3.3收縮與膨脹93
參考文獻96
第4章尾砂濃密脫水原理99
4.1高分子絮凝劑作用機理99
4.1.1高分子絮凝架橋模式99
4.1.2不同類型絮凝劑作用機理101
4.2尾砂動態濃密半工業模擬試驗103
4.2.1半工業實驗平颱研製103
4.2.2尾砂濃密半工業試驗方案及其步驟106
4.2.3尾砂濃密底流濃度影響規律109
4.2.4濃密機內尾砂濃度宏觀分布特徵111
4.3尾砂重力濃密理論116
4.3.1靜態沉降理論116
4.3.2動態沉降理論121
4.4尾砂過濾脫水理論128
4.4.1過濾的關鍵參數129
4.4.2非壓縮過濾的基本方程132
4.4.3壓縮過濾的基本方程135
4.5尾砂濃密性能理論錶徵137
4.5.1影響尾砂漿沉降濃密的參數137
4.5.2尾砂沉降特性138
4.5.3尾砂壓縮特性143
4.5.4尾砂濃密性能錶徵實例148
4.6膏體濃密機耙架扭矩計算模型151
4.6.1濃密機內部散體區域劃分151
4.6.2耙架受力分析153
4.6.3復雜結構攪拌耙架扭矩計算模型155
參考文獻159
第5章尾砂濃密脫水工藝與設備161
5.1絮凝劑製備與添加161
5.1.1絮凝劑溶解原理161
5.1.2絮凝劑溶解設備162
5.1.3絮凝劑製備與添加應用實例163
5.2尾砂濃密脫水工藝164
5.2.1一段脫水工藝165
5.2.2二段脫水工藝167
5.2.3多段聯閤脫水工藝169
5.3國內外重力濃密設備及其性能170
5.3.1立式砂倉171
5.3.2普通耙式濃密機173
5.3.3高效濃密機175
5.3.4膏體濃密機182
5.4國內外過濾設備及其性能194
5.4.1過濾設備的分類194
5.4.2帶式真空過濾機196
5.4.3陶瓷過濾機198
5.4.4立式全自動過濾機200
5.4.5尾砂濃密脫水與過濾脫水方式的比較203
5.5膏體濃密工程實例204
5.5.1膏體濃密機結構205
5.5.2尾砂一段濃密工藝208
5.5.3濃密效果208
參考文獻208
第6章膏體攪拌理論210
6.1膏體攪拌機理及主要影響因素210
6.1.1膏體攪拌機理210
6.1.2膏體攪拌主要影響因素211
6.2膏體攪拌均勻性評價214
6.3雙軸臥式攪拌機結構參數分析216
6.3.1攪拌臂216
6.3.2攪拌機葉片布置220
6.3.3攪拌筒長寬比222
6.3.4攪拌轉速223
6.3.5容積利用係數224
6.3.6攪拌能力225
6.4攪拌功率計算及其影響因素226
6.4.1攪拌功率計算226
6.4.2攪拌功率與塌落度之間的關係227
6.4.3攪拌功率與流變特性之間的關係228
6.5攪拌低效區及其消除方法229
6.5.1攪拌低效區現象229
6.5.2攪拌低效區的消除方法229
參考文獻231
第7章膏體攪拌工藝與設備233
7.1膏體攪拌工藝分類及特點233
7.1.1間歇式膏體攪拌工藝233
7.1.2連續式膏體攪拌工藝234
7.1.3連續式與間歇式攪拌工藝之間的區彆235
7.2國內外膏體攪拌設備及其性能236
7.2.1混凝土攪拌機237
7.2.2金屬礦山粗骨料膏體連續攪拌機243
7.2.3細骨料膏體攪拌機250
7.2.4其他新型攪拌機255
7.3膏體製備工程實例259
7.3.1全尾漿體高速活化攪拌實例259
7.3.2全尾-碎石高濃度臥式攪拌工程實例260
參考文獻262
第8章膏體管道輸送理論263
8.1現有膏體管流阻力計算方法263
8.1.1基於兩相流理論的阻力計算方法263
8.1.2基於流變學理論的阻力計算方法268
8.2膏體管流阻力的試驗測試及影響因素271
8.2.1管流阻力的實驗測試方法271
8.2.2膏體管流阻力的影響因素281
8.3膏體觸變性對其管流阻力的影響284
8.3.1膏體觸變模型構建284
8.3.2管流阻力時間變化特徵286
8.3.3試驗現象分析287
8.4管壁滑移條件下膏體管流阻力的計算288
8.4.1膏體管壁滑移機理289
8.4.2膏體管內滑移流動分析290
8.4.3膏體管壁滑移速度模型推導292
8.4.4考慮管壁滑移效應的管流阻力計算292
8.4.5管流阻力計算模型適應性分析294
8.5係統啓動過程中膏體管流阻力的計算296
8.5.1試驗現象分析296
8.5.2停泵再啓的阻力模型298
8.5.3工程實例分析300
8.6膏體管道輸送的數值模擬技術301
8.6.1數值模擬的基礎理論301
8.6.2數值模擬軟件及應用現狀303
8.6.3膏體管道輸送數值模擬實例304
參考文獻314
第9章膏體管道輸送工藝設備及其係統維護316
9.1膏體自流輸送工藝316
9.1.1深井礦山自流輸送的兩種模式317
9.1.2非滿管流動的管道破壞機理318
9.1.3滿管自流輸送原理319
9.1.4滿管流輸送技術措施320
9.1.5滿管自流輸送優化實踐325
9.2膏體管道泵壓輸送工藝327
9.2.1泵壓輸送工藝的優點327
9.2.2泵壓充填對膏體充填料的要求328
9.2.3膏體充填泵選型原則328
9.3國內外膏體泵壓輸送設備及其性能329
9.3.1往復式活塞泵330
9.3.2往復式隔膜泵340
9.3.3漿體其他輸送設備346
9.4充填管道布置方式347
9.4.1充填鑽孔347
9.4.2管道係統348
9.4.3管道布置形式優化349
9.5管道失效模式及其防護措施351
9.5.1堵管原因分析及其防護措施351
9.5.2充填管道爆管原因分析351
9.5.3管道磨損規律與預防措施354
9.6膏體充填管道減阻技術358
9.6.1水環減阻358
9.6.2振動減阻358
9.6.3外加劑減阻361
9.7膏體充填管道清洗技術363
參考文獻365
第10章膏體充填過程自動控製366
10.1膏體充填工藝流程概述366
10.1.1尾砂濃密工藝流程366
10.1.2粗骨料製備流程367
10.1.3水泥添加流程368
10.1.4膏體攪拌流程369
10.1.5膏體管道輸送流程369
10.2膏體充填過程計量與控製設備370
10.2.1散體物料計量設備370
10.2.2散體物料輸送與控製設備376
10.2.3漿體計量與控製379
10.2.4物位計382
10.2.5管道壓力計386
10.2.6閥門387
10.3充填係統控製算法與實現393
10.3.1工業自動化控製係統的分類393
10.3.2主要控製迴路395
10.3.3工藝控製算法397
10.3.4執行器399
10.4膏體充填自動控製工程實例402
10.4.1新疆某銅礦膏體充填自動控製係統402
10.4.2贊比亞某銅礦膏體充填自動控製係統405
參考文獻408
第11章國內外膏體充填工程實例409
11.1國內工程實例409
11.1.1雲南某鉛鋅礦410
11.1.2新疆某銅礦412
11.1.3雲南某銅礦415
11.1.4甘肅某鎳礦417
11.2國外工程實例420
11.2.1中色謙比希銅礦420
11.2.2坦桑尼亞Bulyanhulu金礦424
11.2.3加拿大Williams金礦426
11.2.4瑞典Garpenberg礦427
11.2.5智利El Toqui礦429
11.2.6愛爾蘭Lisheen鉛鋅礦432
參考文獻433
附錄膏體充填領域著名廠商名錄434

精彩書摘

　　《金屬礦膏體充填理論與技術》：
　　根據工程經驗，屈服應力超過200 Pa的膏體，其管道輸送還是具有一定難度的。能夠進行管道輸送是膏體作為充填料漿的必要條件，不能進行管道輸送的膏體沒有現實意義可以認為充填料漿屈服應力達到200Pa時的濃度值，是能夠進行工業應用的最大濃度值如果可以將最大濃度值降低1%～2%，將較大幅度地降低膏體輸送難度，使得料漿既符閤膏體特性，又便於管道輸送。
　　除瞭采用屈服應力來錶徵膏體的流體力學性能，塌落度也在一定程度上反映瞭膏體流動性能的好壞。塌落度是料漿因自重自行塌落的高度差。料漿的塌落度主要由容重和屈服剪切應力決定，間接地反映瞭膏體流場內黏滯力與慣性力的比值。由於其測試方法簡單，便於現場實施，從而被現場工作人員普遍接受。一般認為，膏體的塌落度範圍為18～25cm。
　　綜上所述，作者認為膏體是有足夠細顆粒含量，使得流場的黏滯力大於慣性力並且達到飽和的結構流漿體。對於金屬礦膏體充填，考慮國內外相關指標，町認為膏體是—20μm含量大於15%、塌落度為18～25cm、屈服應力在200Pa以下、泌水率為5%的結構流漿體。
　　1.3 膏體充填技術的發展曆史
　　1978年德國Preussage金屬公司Bad Grund鉛鋅礦進行瞭尾砂膏體泵送充填試驗。它是將浮選尾砂（粒度為0～0.5mm）經過濾脫水，添加重介質尾砂（粒度為0.8～30mm）後，形成高濃度膏體狀充填料漿，並在充人采場前添加水泥，形成各種強度的充填體。20世紀80年代初，Bad Grund鉛鋅礦建成膏體充填係統，並第一次成功應用柱塞泵進行瞭膏體輸送，形成瞭“Preussage Pumped Fill”泵壓充填新工藝（Lerche and Renetzeder，1984）。
　　1992年加拿大薩德伯裏地區的Creightion礦首先使用膏體充填技術（Bloss andRankine，2005；Sivakugan et al.，2006）。礦山充填料主要采用分級尾砂、冶煉爐渣和生石灰，膠凝劑采用波蘭特水泥，灰砂比在1：30～1：10。充填物料被製備成重量濃度為70%～72%的膏體狀稠料漿，藉助正壓排量泵輸送到井下采空區。為瞭製備成可輸特性好的料漿，其物料配比有比較嚴格的要求，而且要求充填骨料與膠凝劑必須在攪拌槽攪拌均勻。
　　……

前言/序言

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