金属矿露天坑与地下空区尾矿协同充填清洁生产

针对露天坑和地下空区诱发地质灾害、尾矿库存在溃坝风险和破坏区域环境等问题,以金属矿露天转地下开采矿山工程为研究对象,结合阶段空场嗣后充填法开采,发明了不均匀尾矿充填体制作与取样装置,基于流体弗劳德准则,结合现场原位取样力学试验,提出了考虑尾矿充填强度不均匀特性的强度计算方法;基于测量学与系统工程理论,提出了露天坑与地下空区三维信息提取和尾矿协同充填与排水技术;运用流体力学和有限元理论构建了一次充填高度和挡墙构筑位置参数优化三维模型,形成了高效—材料再用—低成本轻型挡墙尾矿充填封闭技术。研究成果在石人沟铁矿得到应用,建成了原矿200万t/a的铁矿床露天转地下开采尾矿充填清洁技术工程示范,取得的主要技术指标为尾矿综合利用率达到100%、嗣后充填成本25元/t、挡墙构筑效率0.016道/(人·时)、构筑成本606元/m^2。突破了露天坑与地下空区尾矿协同充填技术瓶颈,完善了矿山尾矿处置理论与技术,实现了尾矿零排放,消除了露天坑与地下空区安全隐患,推动了冶金矿山生态文明建设,加快了资源绿色开采进程。

多物料协同胶结充填系统工艺及应用研究

目的:为了减少矿山固废堆存,降低处置成本,同时提高井下矿石回采率,针对矿山极细滤泥充填存在浓度低、絮凝沉降困难、溢流跑混等问题,以河南某铅银矿为例,提出了滤泥、米石协同处置精准制备充填系统工艺。方法:开展了滤泥、米石基本物理性质、流动性及强度试验,通过理论分析研究,结合现场实际情况,提出了该铅银矿多物料协同胶结充填工艺,并进行了充填系统的建设及工业试验。结果:1)滤泥粒径小于74μm颗粒占比达94%,滤泥∶米石为5∶5时,充填骨料中-20μm以下含量占比超过20%,能够满足充填料浆长距离输送;2)采用静态计量周期制备工艺,滤泥采用黏性配料机进行给料计量,米石采用常规配料机进行给料计量,能够实现黏性滤泥的均质打散及精准给料,保障充填系统稳定连续运行;3)现场工业试验时,充填浓度为64%,充填料浆均质化程度高,充填系统运转连续,制备能力达60 m^(3)/h,充填料浆自流至井下空区,泌水率小于3%。结论:多物料协同胶结充填系统的建成使用,提高了矿石回采率,提升了矿山经济效益,同时也为矿山安全开采提供了保障。

平煤十二矿充填协同垮落式工作面快速回撤技术

以平煤十二矿己15-31030工作面为工程背景,研究了充填协同垮落式工作面的回撤技术。通过对工作面快速回撤前准备、现场回撤设备的布置以及回撤工艺的分析,得到了充填协同垮落式工作面快速回撤技术工艺。解决了工作面搬家时设备回撤工效低、安全性差以及综采工作面设备回撤方式不适用于充填协同垮落式工作面设备回撤的问题,提高了工作效率,保证了充填协同垮落式工作面回撤过程中的安全,保障矿井工作面的正常接替。

复合采空区覆岩冒落机理及其协同治理方法研究

针对某矿浅孔留矿法开采时,复合采空区可能导致冒落冲击及地表陷落等危害问题,采用理论分析与数值模拟相结合的方法进行了覆岩冒落机理及采空区治理方法的研究。通过岩体极限冒落跨度力学分析,计算得到采空区顶板极限冒落跨度为46.4 m,小于采场长度,采空区存在冒落风险;RFPA2D数值模拟结果表明,采动应力影响下采空区暴露空间大小、优势节理组及应力平衡拱的存在是导致覆岩冒落呈现快速—缓慢冒落机制的主要影响因素。对于复合采空区条件下的矿体开采,所留顶柱并不能有效支撑采空区,据此,提出了顺次崩落中段顶柱与地表协同充填的复合采空区治理方法,消除采空区危害的同时,可有效回采40%的顶柱矿量,创收经济效益达1350万元,研究可为矿山复合采空区治理提供借鉴。

孟家堡子铁矿岩移控制方法研究

孟家堡子铁矿露天开采完成后,位于+70 m水平以下的矿体采用无底柱分段崩落法开采,随着井下采矿的进行,覆岩已经冒透至露天坑底,形成了大规模的地表塌陷坑,岩移活动对地表办公区及竖井构成了严重威胁。目前矿山存留的废石无法满足地表塌陷坑充填需求,致使塌陷坑边壁岩移发展无法得到有效控制。根据临界散体柱支撑原理,试验研究了尾砂替代废石充填地表塌陷坑的岩移控制新方法,分析了不同尾砂浓度及散体粒径分布下的尾砂渗透特征,得到了受散体下落高度影响的尾砂混入高度预测表达式。研究表明:70%~80%浓度下的尾砂混入高度范围为130.76~42.36 m,该浓度范围内的尾砂混入高度小于塌陷坑内散体覆盖层的最小厚度,即采用该浓度范围内的尾砂充填地表塌陷坑是安全可行的,最终确定的现场合理尾砂充填浓度为75%~80%。为确保充填作业安全顺利进行,将塌陷坑划分为斜面充填区与饱满充填区,提出了沿塌陷坑轴向与径向三向协同充填方法,为矿山安全、绿色、高效开采提供了有力保障。

煤系地层覆盖下铝土矿开采岩体地压活动规律研究

通过统计山西某煤系地层覆盖下铝土矿采区内的勘探钻孔资料,铝土矿采矿厚度和煤铝之间岩层厚度的采厚比分为6.9、11.9、17.4三种情况。根据采厚比的不同情况,建立煤下铝矿体回采模型,研究分析煤下铝房柱法开采过程中应用崩落协同充填技术处理采空区时覆岩地压活动规律。铝土矿的开采使上覆岩层垂直应力释放,水平应力略有增加;煤下铝回采过程中,同步崩落顶板处理采空区,对上覆岩层沉降、上覆煤层应力释放具有显著的控制作用,均未出现铝土矿的开采导致煤层拉剪破坏的情况,同时未超过规范对于地表保护等级Ⅰ级的水平变形和倾斜的允许值。根据数值分析结果建立了煤层底板水平变形、倾斜随采场沿倾向推进之间的线性关系,沿倾向总的开采阶段数不宜超过11个。

CFD Study on Local Fluid-to-Wall Heat Transfer in Packed Beds and Field Synergy Analysis

To reach the target of smaller pressure drop and better heat transfer performance, packed beds with small tube-to-particle diameter ratio(D/dp<10) have now been considered in many areas. Fluid-to-wall heat transfer coefficient is an important factor determining the performance of this type of beds. In this work, local fluid-to-wall heat transfer characteristic in packed beds was studied by Computational Fluid Dynamics(CFD) at different Reynolds number for D/dp=1.5, 3.0 and 5.6. The results show that the fluid-to-wall heat transfer coefficient is oscillating along the bed with small tube-to-particle diameter ratio. Moreover, this phenomenon was explained by field synergy principle in detail. Two arrangement structures of particles in packed beds were recommended based on the synergy characteristic between flow and temperature fields. This study provides a new local understanding of fluid-to-wall heat transfer in packed beds with small tube-to-particle diameter ratio.