钢渣在矿山充填胶凝材料中的水化硬化性能研究现状分析

将钢渣应用于制备矿山充填胶凝材料是资源利用的重要途径之一,本文分析了不同处理工艺和产地来源对钢渣物理和化学性质的影响规律,探讨了6种钢渣充填胶凝体系的水化硬化机理和协同作用机制,梳理了钢渣在矿山充填材料应用中的优势、不足和发展趋势。研究表明:(1)脱硫石膏可以促进钢渣的水化和溶解;水泥熟料、矿渣、粉煤灰可为钢渣水化提供碱性环境;硅灰能为钢渣水化提供大量的高反应活性硅。(2)钢渣可以改善充填料浆和易性并提高充填体后期强度,同时也会延长充填材料凝结时间,降低其早期强度。(3)钢渣的掺入可有效增强充填体的塑性变形特征,在煤矿冲击动力灾害风险防控方面有良好的应用前景。

磷石膏协同多元固废制备矿山充填材料

为解决磷石膏利用率低、对环境危害大与低成本矿山充填材料研制的问题,本文以粉煤灰、钢渣、高炉矿渣为胶凝材料组分,协同磷石膏制备一种新型的磷石膏基矿山充填材料。通过抗压强度、流动度、凝结时间、浸出毒性和微观试验研究了充填材料的工程与环境特性。结果表明:所研制的矿山充填材料的抗压强度、流动度、凝结时间均能满足规范,达到工程应用需求;在养护28 d后,充填材料的重金属元素的浸出浓度都可以满足地下水Ⅲ级标准的要求,不会污染环境和危害人体健康。当钢渣和高炉矿渣的掺量逐渐增加时,抗压强度逐渐升高,流动度和凝结时间逐渐降低;充填材料中主要的水化产物是钙矾石和C—(A)—S—H凝胶,两者都为充填材料提供了主要的强度,且C—(A)—S—H凝胶可以包裹住重金属离子。

矿山充填采矿技术对金属与非金属矿山生产效率的影响研究

金属与非金属矿山生产过程中,更新的矿产资源开采技术一直是提升产量和效率的关键。本文关注到矿山充填采矿技术的应用并针对其在金属与非金属矿山生产效率上的影响进行了深入研究,建立了合适的技术模型并通过有关矿山的数据进行了实证的分析。研究表明,矿山充填采矿技术的广泛采用在提高矿山生产效率,减少矿石废弃、矿山安全及环境保护等多方面具有明显优势。尤其在金属矿山生产过程中,改技术能有效提高矿石的回采率,优化矿石的开采过程,进一步推动了生产效率的提升。在非金属矿山生产过程中,该技术同样起到了显著的改进作用。因此,推广矿山充填采矿技术在提高金属与非金属矿山的生产效率具有重要的实际意义和应用价值。

矿山充填胶凝材料质量快速检测方法的试验研究

常规充填试块强度检测法对充填胶凝材料质量管理缺乏及时指导性,那么一种适用充填胶凝材料的快速检测方法就显得尤为重要。本试验在24小时标准水泥快速检测方法的基础上寻求突破,发明一种8小时矿山充填胶凝材料快速检测方法,利用高温水浴养护加快充填胶凝材料水化反应速率,使胶砂试块在短时间内拥有较高的机械强度,用于快速评估充填胶凝材料质量,并实现超前预测充填试块28天抗压强度。

基于ERT技术的矿山充填管道堵塞三维可视化检测方法

全尾砂胶结充填法,在金属矿山的开采中被广泛应用。充填料浆在管输过程中的堵管、爆管现象,给充填管道带来很大的安全隐患,是制约充填技术发展和应用的瓶颈。为了探索矿山充填管道堵塞的可视化检测方法,获取矿山充填管道内壁结块的几何形状与相对位置的三维信息,利用COMSOL软件建立多层ERT传感阵列的三维模型,采用有限元方法求解ERT正问题,阐明了ERT三维敏感场内电势与电流密度的变化趋势。在此基础上,以灵敏度为媒介分析ERT的“软场”特性,揭示了三维敏感场内检测灵敏度的分布规律。采用Gauss-Newton算法求解ERT的逆问题,对5种堵塞仿真模型进行三维图像重建,仿真结果表明正则化Gauss-Newton一步算法在重建图像质量上与正则化Gauss-Newton迭代算法差别极小,但在重建时间上优于正则化Gauss-Newton迭代算法,更适合三维图像重建。Gauss-Newton一步算法中选择Laplace先验知识优于Noser先验知识。最后,根据仿真模型,采用某金属矿尾砂制作尺寸不同的4种结块试件,养护14 h后放入充满质量分数为74%全尾砂充填料浆的竖直管道中的5个不同位置,模拟充填管道内壁5种不同的结块位置及堵塞程度。利用自主研发的48电极3D-ERT成像系统,采用Gauss-Newton一步算法,对以上5种堵塞情况进行三维成像实验。实验结果表明:实测结果与仿真结果一致,重建图像可以准确反映出管道内壁结块的几何形状和所处位置等三维信息。

基于造纸污泥灰的矿山充填胶凝材料活性激发试验

矿山充填的胶凝材料可以选用成本低的造纸污泥灰,高温煅烧后的造纸污泥灰其潜在活性需要激发剂激发才能够显现出来。在分析造纸污泥灰高温煅烧后组分与化学成分的基础上,尝试性的利用不同浓度的NaOH、Na_(2)SO_(4)、NaCl溶液在实验室进行了高温煅烧造纸污泥灰活性激发试验。基于试验结果发现:NaOH激发剂、Na_(2)SO_(4)激发剂与NaCl激发剂对于造纸污泥灰活性都有一定的促进作用,NaOH激发剂、Na_(2)SO_(4)激发剂的激发效果明显,NaCl激发剂效果相对较弱。激发剂溶液浓度与激发效果基呈正相关性,工程应用上,建议选用CaOH及CaSO 4的混合物作为激发剂,CaCL_(2)作为早强剂。试验结果为造纸污泥灰在矿山充填应用中提供了理论支持。

浅析矿山充填钻孔施工工艺

矿山充填钻孔是一项非常重要的矿山工程技术,随着机械化技术的发展,20世纪初出现了钻孔机和充填机等机械化设备,使得矿山充填钻孔技术得到了快速发展。随着矿山充填钻孔技术的不断发展,其应用范围也逐渐扩大,成为了矿山开采中必不可少的技术手段之一。本文结合某矿山深部挖潜扩产技术改造充填钻孔施工,通过对比各钻进工艺方法优缺点,结合项目地质情况,综合考虑工期、质量(钻孔垂直度)等因素,确定本项目拟采用的钻进方法。

矿山充填技术的演进历程与基本类别

充填采矿技术是实现矿山绿色发展的重要技术载体,在历时几十年矿山实践中有了长足发展。在综述常规矿山充填技术发展历程和基本类别的基础上,提出以矿山充填、固废处置、采空区再利用、地热开发、战略资源储备和智能控制等为协同发展目标,以充填能效为发展主线,将矿山充填技术演进历程划分为体积性充填、结构性充填、功能性充填和智能性充填4个阶段,分别从概念、功能和基本类别等进行了论述。认为目前矿山充填发展阶段为结构性充填,随着矿山生产实践与科学技术的不断发展,功能性充填和智能性充填将成为矿山充填发展的新方向,进一步革新充填材料、充填工艺和充填装备,将对深地矿产资源开发与未来矿山转型升级等产生重要而又深远的影响。

基于工业生态学的矿山充填模式

从工业生态学的观点阐述了矿山环境问题的新观念和矿山工业生态系统;建立了充分利用矿山废料的矿山充填模式,把矿山充填作为矿山固体废料资源化的有效手段,通过矿山充填将矿山废料转化为矿山内部资源,最大限度地降低向地表排放矿山废料量,从根本上解决矿山环境污染问题,提高资源效率,实现矿山效益最大化;提出并阐述了矿山充填新模式的3个基本要素:充填技术、经济效益、废料资源化,分析了通过矿山充填实现矿山固体废料零排放在技术、经济和废料流量匹配条件等方面的可能性。

矿山充填料管道挤压输送计算机模拟

为了研究矿山充填料管道挤压输送料浆的运动规律,在假定挤压输送设备活塞由曲柄连杆机构驱动的条件下,推导出活塞位移呈三角函数形式的料浆运动相关方程,以及在挤压输送设备作用下,入口管道和出口管道内料浆的8种运动状态的速度和加速度计算公式。运用计算机模拟管道长度、管道垂高、充填料浆浓度及料浆流变力学参数、活塞运动周期与曲柄半径等不同时,管道内料浆的流动规律。研究结果表明:挤压输送的起始条件仅对前几个周期内料浆的运动有影响;调整充填管道长度、管道垂高、充填料浆浓度和流变参数、挤压输送设备活塞运动周期、曲柄半径和安装位置(入口管道长度)等其中的任何1个参数,对管道内料浆的流动状态均会产生影响,但对于给定的充填管路和充填料浆,总能找到使入口管路和出口管路内料浆的流动速度大于0m/s的相关参数,实现充填料浆挤压输送。

有色冶炼炉渣在矿山充填中的应用研究

充填采矿由于充填成本较高而制约着其发展。寻求一种能替代水泥的胶结料用于井下充填 ,以降低充填成本 ,不少矿山企业和科研人员对此怀有兴趣。铜坑矿在应用有色冶炼炉渣代替部分水泥作胶结材料用于井下充填的试验研究获得成功 ,取得了良好的技术经济效果。

镁渣的改性及其在矿山充填领域的应用探索

随着全球镁行业的快速发展,以皮江法为主的炼镁过程中产生大量冶炼废渣(镁渣)不断堆积,对环境的威胁与日俱增。如何大规模无害化处理镁渣,并实现镁渣的资源化利用,对推进金属镁行业的发展和环境的保护至关重要。通过总结镁渣的基本特性和应用现状,分析了镁渣的膨胀和胶凝特性机理。鉴于镁渣活性低,大多数镁渣的应用常常配合粉磨、急冷和添加激活剂等激活方式,但是仍然没有根本解决镁渣活性低和膨胀的问题。因此,提出了使用化学稳定剂对镁渣进行改性处理,阐明了改性原理和改性过程,并通过室内试验和工业试验成功获得了一种改性镁渣(MMS)。MMS呈完整球团状,硬度高且性质稳定,富含β-Ca_(2)SiO_(4),具有良好的水化活性。在此基础上,研究使用MMS混合粉煤灰作为胶凝剂,并以风积沙为骨料制备了一种新型膏体充填材料(MFPB),发现MFPB具有良好的基本性能。其中,MFPB的mini-坍落度值在127~141 mm,28 d强度可达5.249~7.491 MPa,并且具有良好的环境稳定性。基于以上理论和试验研究,在麻黄梁煤矿开展了工业试验,将MFPB用于井下充填,井下28 d取心平均强度可达6.23 MPa。如将该技术推广,不仅能把镁渣、粉煤灰等固废进行大规模产业化处理,还可大幅度降低矿山充填的成本。

矿渣及赤泥制备矿山充填胶结剂对煤矿安全管理的促进

赤泥因其碱(氟)化物含量高以及颗粒极细等特性,造成了大气、地下水体和土壤的污染。本文采用矿渣、赤泥、脱硫石膏等工业固体废物与少量的水泥熟料制备出一种新型的矿山充填专用胶结剂,并阐述了该胶结剂应用到全尾砂充填、膏体充填技术上的强度性能以及工作性能,分析了该胶结剂的水化反应过程和充填试料块强度增长机理。通过浸出实验研究了该胶结剂的浸出特性,评估该材料对矿山地下水的影响,并运用可拓理论的预警监测与控制机制,实现煤矿企业安全危机有效管理。

矿山充填技术的研究与展望

介绍了矿山充填技术的发展历程及应用现状,着重提出了煤矿矸石井下充填技术,融入了"绿色开采"理念。通过对充填体力学作用机理的探讨,结合采矿作业要求,研究了新的充填工艺和方式。对于保护环境、合理开发资源,实现矿产资源的二次开发利用,促进矿山可持续发展具有一定的现实意义。

工控机在矿山充填控制系统中的应用

金属矿山充填是矿山生产中关键的环节，为保证充填系统的可靠运行，宜采用计算机控制。新桥硫铁矿充填改造工程计算机控制系统，以研华工业控制计算机为核心，控制方案采用了弱控制策略与ＰＩＤ控制相结合的柔性递阶控制，从而保证了系统运行的可靠性、安全性。

矿山充填孔及尾砂矿充填回采技术的应用与探讨

尾矿砂是固体矿物矿山开采选矿过程中的废弃产物,大量尾砂地表堆积库存,给生态环境,耕地及人民生命安全带来严重的危害。矿山回采区回填,是矿山开采可持续发展的趋势。通过已开采矿山应用尾矿砂充填采空区的实践研究成果,介绍了矿山充填钻孔施工及尾矿充填工艺等技术,并分析阐述了矿山尾矿砂回填这种"绿色"开采社会意义和经济价值。

改性煤气化渣用于矿山充填的试验研究

针对煤气化渣应用于矿山充填中强度低的问题,研究激发剂对煤气化渣活性的影响,并将其部分替代粉煤灰用于矿山充填。初选三种激发剂,确定单掺激发剂时最优掺量;随后,采取正交试验对三组分激发剂进行优化设计,确定复合激发剂最优掺量。结果表明,单掺激发剂时,最优激发剂及其掺量为:0.5%氢氧化钙、2.5%硫酸钙、2.0%聚合盐,对比未激发组其3 d抗压强度比分别为116.9%、113.9%、117.0%。复掺激发剂时,最优激发剂掺量组合为:0.125%氢氧化钙、0.625%硫酸钙、1.000%聚合盐,对比未激发组其3 d抗压强度比可达到127.4%。试验表明,改性后的煤气化渣充填体强度可以满足矿山充填强度要求。

矿山充填技术与胶凝材料的选用

结合胶结充填技术发展,论证了充填技术与胶凝材料的紧密关系,介绍了国内矿山充填应用的主要胶凝材料,适应的充填技术和各自的优缺点。最后结合实际,提出了充填技术与胶凝材料选择应注意的一些问题,为用户论证和选择充填技术提供参考。

粉煤灰在矿山充填中的试验研究

为将粉煤灰用于矿山充填,进行了初步研究。试验研究结果表明:粉煤灰用于矿山充填是可行的,不仅可以节省水泥,而且可以减少粉煤灰对环境的污染,具有良好的经济效益与社会效益。

矿山充填技术回顾与进展展望

简明介绍了清华大学绿色建材课题组在矿山充填技术领域研发的三个历史阶段、现状以及下一步要开展的工作,从矿山充填技术、胶凝材料、相关理论和应用方面分别简述了高水速凝材料固结充填技术、全砂土胶结充填技术、似膏体充填技术和现行的凝泰克充填技术的特性,用实例标注了这些工作的发展概况,同时对矿山充填技术的发展趋势进行了展望。